数值模拟地下洞室开挖方案优化

结合北京地铁动物园车站的建设,以开挖扰动导致围岩塑性区面积最小、围岩中产生的最大位移最小为评判准则,采用数值模拟的方法对同一断面不同的开挖步序进行了优化,其优化结果与实际工程中采用的开挖顺序一致,对于类似地下洞室的建设具有一定的参考价值。     

大断面地下洞室开挖优化数值模拟

以开挖扰动导致围岩塑性区面积最小，围岩中最大位移最小和支护结构受力最小或支护结构安全系数最大为评判准则，采用数值方法对某大跨度、高边墙地下洞室在同一断面不同的开挖步序进行了优化，其优化结果与实际中采用的开挖顺序一致，对于类似大断面地下洞室的建设具有一定的参考价值。     

地下洞室施工开挖三维动态过程数值模拟分析

根据地下洞室施工开挖程序和锚固施工方法 ,提出了大型地下洞室施工开挖过程动态模拟的三维有限元数值分析方法。依据岩体破坏特性和弹塑性力学耗散能原理 ,给出了施工开挖动态优化的评估指标和方法 ,并对施工爆破和锚固支护方式等因素进行了模拟分析     

大型地下水封石油洞库裂隙岩体各向异性渗透特性的分析和应用

依托黄岛地下水封石油洞库工程,研究裂隙岩体各项异性渗透特性。考虑裂隙结构面的粗糙情况,对单一平板裂隙渗流立方定律进行修正,并推导出对应的三维裂隙岩体渗透张量计算式。根据油库库区水文地质资料可知:基岩裂隙在空间上的分布具有明显的方向性,将库区地质结构分成五个区,计算各分区裂隙岩体的渗透张量。建立基于裂隙岩体各向异性渗透张量理论的三维地下水非稳定流数值模型,运用该模型模拟施工不同阶段库址区渗流场的变化。通过对模拟结果和观测资料的对比分析,表明采用该模型的模拟结果比较符合实际,可以预测开挖及运营期间渗流场的变化。     

基于三维数值模拟的地下大型洞室锚固参数智能优化

地下大型洞室锚固参数优化具有以下特点：稳定性目标和经济性目标是矛盾的，洞室的稳定性分析非常复杂，评价指标要求全面反映锚固效果，锚固参数组合的方案数量多，优化计算量大。针对这些特点，在采用FLAC^3D。进行较大规模的三维数值模拟的基础上，综合应用遗传算法、神经网络建立了进化神经网络演化有限差分方法，确定了约束条件及优化的指标，给出了优化的方法和步骤。利用该方法，对水布垭地下厂房3～6层施工的上、下部锚索、锚杆、喷层等锚固参数进行了优化。工程实例表明所提方法是可行的。     

大型地下洞室施工顺序的数值方法优化

结合某工程大断面地下洞室建设中围岩稳定问题,以开挖过程中对周围岩体的扰动破坏面积最小、产生的最大位移最小作为优化准则,采用数值方法对同一断面内两种不同的开挖顺序进行了模拟计算,分析比较,得出了最优的施工开挖顺序,为设计和施工提供了较为可靠的依据.     

地下洞室开挖数值模拟分析

以某地下洞室施工为例,通过关键点小主应力及安全系数随开挖步的变化,分析了开挖对大型地下洞室群围岩稳定造成的影响,数值计算表明,开挖过程中,围岩整体稳定性较好,但是围岩小主应力随开挖步的不断递进而持续增大,关键点安全系数持续减小,局部关键点最小安全系数不满足规范要求,需及时支护,且通过支护方案比选,确定了经济合理支护方案。     

地下洞室开挖对地表建筑的影响

针对地下洞室开挖可能会对地表建筑产生的影响,通过离心模型试验研究了开挖后附近土体的沉降情况,并通过数值模拟研究了地表建筑物的位置、高度和宽度对这种沉降的影响。试验得到了土体中的标志点在开挖过程中的时程曲线,并得到了最终地表的沉降曲线与沉降云图。数值模拟得到了地表建筑物的最大相对沉降和最大水平应变与其位置、高度和宽度的关系。结果显示,当地下隧道恰好从建筑物正下方穿过时,地下隧道顶部的沉降量与水平应变最大;但当地下隧道从建筑物附近穿过时,地表建筑基础的倾斜率可能会更大。     

基于Citespace的我国地下水封洞库发展态势分析

随着我国经济的快速发展,石油消费需求激增以及国家战略储备需要,地下水封洞库的建设越来越受到国家的重视。基于CNKI中国期刊全文数据库和Citespace分析软件梳理分析了该领域发展态势和研究热点,结果表明：该领域经过四十多年的发展,我国地下水封洞库经历了初步探索阶段、发展成长阶段,正处于快速增长时期;研究作者众多且合作关系密切,已形成较紧密的合作体系;研究机构以院校、勘察设计单位和企业为主,但机构间合作较少。目前,地下水封洞库关键技术研究热点以数值模拟渗流场分布、涌水量预测、水封效果和围岩稳定评价为主。     

地下洞室多孔墙体热湿传递的数值模拟

提出了一种以温度与相对湿度为驱动势的多孔墙体热湿耦合传递的数学模型,该模型同时考虑了水蒸气与毛细孔内液态水的传递。采用控制容积法将理论方程组离散并编制了计算程序,对深埋地下洞室的墙体进行了热湿传递的数值模拟,得到了墙体温度、相对湿度、热流率、湿流率的变化规律。结果表明,墙体传热过程趋于稳定的时间远小于传湿过程。     

正交试验法在地下水数值模拟敏感性分析中的应用

地下水数值模型中参数的可靠性是决定模型可靠性的重要因素,进而也影响到利用地下水数值模型开展模拟和预报结果的可靠性,因而开展地下水数值模拟中参数的敏感性分析十分重要.但由于模型中参数众多,且各种参数间多彼此相互影响,使得敏感性分析十分复杂而困难.以往的数值模拟中进行敏感性分析的不多,方法单一且存在一些不足,结果的可靠性也...     

基于数值模拟的天津市地下水严重超采区演变分析

天津市是华北地区典型的水资源短缺城市,地下水的长期超采已引发地面沉降等环境问题。为科学分析地下水开采现状,并预测压采条件下的地下水严重超采区演化趋势,本文采用基于有限差分原理的MODFLOW软件,建立了天津市平原区地下水流动的三维非稳定流数值模型,经识别和校正过的模型能准确反映人工开采引起的各承压层地下水位波动。基于该...     

一种确定裂隙非饱和水力参数的数值模拟法

根据裂隙面分形维数、裂隙面位错值和裂隙面上的面积接触率 ,用随机布朗函数生成裂隙的开度分布。基于裂隙局域为平行平板的假定 ,把裂隙面离散成许多等大小的正方形网格 ,对裂隙排水和吸水时的非饱和渗流过程进行了数值模拟。根据不同毛细压力下裂隙饱和度和非饱和渗透系数的模拟结果整理出了裂隙排水和吸水曲线 (即毛细压力 -饱和度的关系曲线 )以及减饱和、增饱和时的非饱和渗透系数 -毛细压力的关系曲线。模拟结果与试验结果的定性比较表明用本文方法来确定岩体裂隙非饱和水力参数是切实可行的。     

地裂缝对洞室围岩稳定性影响的研究

以西安地铁的基本地质情况为工程背景,利用ANSYS分析软件,对穿越地裂缝处的洞室开挖进行了模拟研究,通过对比分析地裂缝处与非裂缝处围岩—支护系统的应力、应变变化情况,从而确定出地裂缝对隧道的稳定性有着决定性的影响。     

解析法与数值法预测石硐沟铅锌银矿矿坑涌水量

基于石硐沟铅锌银矿为水文地质条件复杂的岩溶裂隙充水矿床,利用解析法和数值法分别建立了模型,对其矿坑涌水量进行了计算,以提高矿坑涌水量预测的准确性,为进一步的防治水提供了依据。     

裂隙网络模型在地下水数值模拟中的应用研究进展

地下水在裂隙介质中的渗流和运移过程与在多孔介质中的过程存在机理上的差别,这与裂隙系统的尺度效应和非均质性有关,这也给数值模拟带来困难。采用裂隙网络模型可以对发生在不同尺度上的渗流和运移过程进行模拟,从而有效地解决以上存在的问题。构建裂隙网络模型的方法主要有体视学方法和随机模拟方法。按照假设条件和概念框架的不同,裂隙网络模型主要可分为连续体模型、离散裂隙模型和混合模型,在应用过程中可根据研究区的实际情况选择合适的模型。本文在对已有成果进行综合论述的基础上,指出其中存在的不足和需要改进之处,从而为以后的进一步研究指明方向。     

饱和-非饱和带地下水流数值模型的双层迭代方法

为了避免求解高度非线性的三维饱和-非饱和水流方程,本文假设在非饱和带和饱和带中地下水流分别由一维垂向流模型(θ-模型)和二维水平流模型(H-模型)描述。在地下水面的水流通量(qH)是连接θ-模型和H-模型的边界条件。通过将垂向平均含水量-θ(H,t)展开成以H为变量的一阶Taylor级数,qH可表示作为水位(H)的函数。一个双层迭代方案被用于求解饱和-非饱和水流模型,它包括应用有限单元法结合Picard迭代求解非线性的θ-模型、H-模型和应用Taylor级数逐步逼近非线性函数-θ(H,t)的两个迭代过程。算例结果表明:在模型功能方面,该方法实用性强,能够很好地描述饱和、非饱和带水量平衡,较好地反映含水量与地下水位的变化;在计算技术方面,方法思路清晰,求解过程易于程序实现,且两个层次的迭代都具有较快的收敛性。     

酒泉盆地地下水系统数值模拟与预测

在分析研究区水文地质条件的基础上,基于水量平衡基本原理,本文应用FEFLOW建立了研究区地下水系统水流模型。利用观测井地下水位动态观测资料,对模型进行了识别并运用识别后的模型模拟了研究区在P=50％、75％、95％三种不同降水和径流保证率条件下的地下水系统水资源量的构成及变化。模拟结果表明：酒泉盆地地下水系统水资源长期处于负均衡状态,地下水位呈持续下降状态。因此提出,盆地内水利工程的建设及布局应考虑增加对地下水资源的有效补给,缓解地下水位的持续下降,以促进盆地内地下水资源的可持续开发。     

考虑潜水的三维地下水流半解析数值方法

现有地下水半解析数值方法不能应用于潜水含水层的地下水流问题。为此,基于Neuman模型提出了潜水非稳定流的半解析数值求解格式,利用伽辽金法与正交解析函数族推导了解耦形式的加权余量方程式。在编制Fortran计算程序实现数值求解的基础上,利用已有解析解验证了方法及程序的正确性,计算结果很好地反映了潜水完整井流具有的三维流动特性及潜水面滞后反应效应,而且当忽略给水度时,该方法可以退化为针对承压含水系统的已有成果。数值算例表明,半解析数值方法适用于模拟包括潜水含水层、承压含水层及弱透水层的多层结构含水层系统的地下水流问题,能够为可概化成层状含水系统的地下水开采及地面沉降等问题中三维水流模型的高效计算提供途径。     

Stability analysis of underground oil storage caverns by an integrated numerical and microseismic monitoring approach

Underground storage in unlined caverns is of great significance for storing energy resources. Construction of underground storage caverns is an extremely complex process, involving extensive multi-bench excavation and strong unloading. Excavation-induced damage of surrounding rock masses may lead to instability of underground storage caverns. The aim of this paper is to put forward a method by integrating numerical simulation and microseismic monitoring for evaluation of cavern stability. A novel numerical method called Continuous–Discontinuous Element Method (CDEM) is applied to simulate micro-cracks under excavation-induced unloading conditions. Meanwhile, a microseismic (MS) monitoring system is employed to monitor real-time MS events during construction of storage caverns. Numerical results are validated using the monitoring data from the MS monitoring system. The integrated method is proved to be successful in capturing micro-cracks in underground storage caverns. Local instability, potential unstable zones and micro-crack evolution are analyzed, and cracking mechanisms are also discussed.