堤坝渗漏圆柱状热源模型及试验研究

 集中渗漏的地下水在流动过程中与岩土体发生热交换,从而改变附近的地温状况。结合集中渗漏通道自身特点假定渗漏通道为圆柱状,对形成集中渗漏通道后的岩土体温度场和渗流场特征进行分析,建立圆柱状渗漏通道热源模型,分别描述渗漏通道内外的传热过程。根据渗漏通道内的水流导热微分方程进行推导,确定通道为有限长和无限长2种情况下的沿程温度分布公式,由实测的温度变化通过反演可求出渗漏流速。通过室内试验模拟地下水渗漏通道的传热问题,得到不同热源强度、边界条件、渗漏水流速等相关因素影响下温度场的分布情况,并计算出不同工况下的流速,与实测数据相比误差较小,由此验证所建立的热源模型和提出的计算方法是可行的。     

冲击试验在堤坝渗漏通道探测中的应用研究

 利用冲击试验测量平面中某一点渗透系数的特点,第一次将冲击试验应用到堤坝渗漏通道的探测的工程应用之中。以岭澳水库工程为例,通过一系列冲击试验的测量,判断得到桩号0+275～295区间的坝段存在渗漏通道。运用温度示踪以及电导率探测的方法,分析得到渗漏通道的位置范围,与冲击试验测量结果基本一致。对0+275～295坝段区域进行灌浆处理以后,通过记录水库库水位及坝后量水堰流量变化,发现灌浆效果明显,证明冲击试验的测量结果的正确性。冲击试验在寻找渗漏通道以及对土石坝进行检修加固等方面有明显的实际工程意义和广阔的应用前景。     

堤坝多集中渗漏通道位置温度探测研究

把渗漏通道虚拟为线热源,参数化渗漏通道的位置,利用迭加原理,推导了多个渗漏通道的温度场解析,再利用BURSA-WOLF模型进行坐标转化,最后运用最优化方法迭代出集中渗漏通道位置的数值解。结合工程实例,建立多个虚拟线状集中渗漏通道位置温度探测的二维模型。首先进行单个集中渗漏通道位置的最优化,如果残差平方和(SSE)足够小,则终止计算;否则计算下一个渗漏通道位置,直到残差平方和足够小。计算结果确定了陡河水库左坝肩中的两个较强的集中渗漏位置,估计了三个微弱的集中渗漏大致位置。该方法较同位素及综合示踪法定性分析更为精确。根据计算对主要渗漏进行了进一步治理,水库漏水量明显减小,说明该方法是有效的。     

混凝土构件温度场的数值计算

对混凝土梁受高温作用时温度场计算进行了分析研究,用有限差分的方法编制了计算程序,计算结果与实验结果吻合良好.程序有较好的通用性.     

渗流作用下单圈管冻结温度场数值模拟

通过采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,建立渗流作用下单圈管冻结的简化分析计算模型,定性的分析渗流作用对冻结温度场的重要影响。结果表明,地下水渗流作用会对冻结温度场产生很大的影响,表现为降温区范围缩小,冻土形状不规整,上游温度高于下游温度,冻结壁扩展速度降低,冻结壁交圈时间增加。当渗流速度增到一定程度时,过大的流速会导致冻结壁不能交圈。     

日光温室稳态温度场的数值模拟

根据质量、动量和能量守恒定律,利用对太原地区某自然通风日光温室温度场连续测试得到的相应数据,建立了该类自然通风日光温室的数学模型,应用新建数值模型,对自然通风日光温室内温度场的分布情况进行了稳态的模拟,结果表明：在稳态条件下,模拟值与现场测试数据有较高的吻合度,此模型可用于该类自然通风日光温室温度场的预测。     

基于温度场的冻土路基变形数值分析及对比

考虑相变和全球气温升高的影响,利用数值分析方法,对青藏铁路典型路基的变形问题进行了分析和数值模拟。通过建立路基有限元模型,选取适当的边界条件、初始条件及热学计算参数,在计算了典型路基断面温度场变化的前提下,对三年的路基变形场进行了数值分析并与实际测试资料进行了对比分析。分析表明,融化沉降在一年内已基本完成,并逐渐开始回冻,两三年后,除路堤填料和地基的进一步压密外,蠕变效应开始显现。因此,对高温、高含冰量冻土而言,蠕变产生的沉降变形是不可忽略的。     

钢筋混凝土烟囱基础温度场的数值分析

对烟囱基础的内壁最高温进行有限元分析,考虑了由内衬内表面计算的基础环壁埋深和直径、土壤导热系数和隔热层的厚度及材料类型等因素对烟囱基础温度场的影响。通过数值模拟结果与试验结果相比较,表明模拟结果是正确的。用有限元对基础温度场的分布规律进行了数值分析,为烟囱基础温度场的计算提供理论依据。     

高温下钢筋混凝土内部温度场数值模拟

针对高温下钢筋混凝土构件导热的非线性瞬态特点,全面考虑其热工参数和质量热容参数的变化时序性,把传热学理论与计算机数值模拟技术相结合,利用ANSYS热分析功能,模拟高温(火灾)作用下混凝土构件内部温度场的变化,应用瞬态温度场仿真程序对四面受火矩形截面柱和T形截面梁温度场进行了数值模拟,模拟结果较试验结果偏大的原为模拟未考虑结构构件实际火灾环境的散热。算例模拟表明,模拟结果与文献给出的试验结果图形曲线走向一致,验证了计算机数值模拟结果分析的适用性与正确性,为混凝土结构构件抗火分析提供了计算辅助手段与理论依据。     

堤坝高聚物防渗墙静力荷载试验与数值分析

为了对比高聚物防渗墙和混凝土防渗墙在静力荷载下的受力特性,以非水反应类聚氨酯高聚物防渗墙和混凝土防渗墙为实例,开展了2种防渗墙在静力荷载下的试验研究。同时利用ABAQUS有限元软件对静力荷载下防渗墙的受力特性进行数值模拟。结果表明:数值计算结果与试验数据吻合较好,高聚物防渗墙在相同的静力荷载作用下应力值远小于混凝土防渗墙,且高聚物防渗墙与土体变形协调能力较好,不易发生破坏。     

热脉冲法监测土坝集中渗漏的数值仿真

 基于温度示踪法的基本原理,结合心墙堆石坝的温度分布特征,进行梯度法与热脉冲法的选型对比,验证梯度法监测心墙堆石坝集中渗漏的不足。鉴于此,基于FBG传感系统,提出适用于土石坝心墙集中渗漏监测的热脉冲法。该方法以多孔介质–热源–FBG的共轭传热数学模型为理论基础,首先采用ADINA进行数值模拟,得到温升与渗流速度、加热功率的关系。随后,进行心墙堆石坝集中渗漏的数值模拟,得到各监测剖面的渗流速度分布。根据温升与渗流速度、加热功率的拟合公式,将其换算为温升分布,进行集中渗漏监测的数值仿真。结果表明：该方法能进行渗漏通道的准确定位,监测系统离心墙下游面越近,监测效果越好,集中渗漏强度越大,温升异常越明显。     

乌东德水电站坝址区地下水渗流三维非稳定流数值模拟

 针对乌东德水电站坝址区水库蓄水后的绕坝渗漏问题及地下水渗流二维和准三维稳定流模型的不足,在充分分析坝址区工程地质和水文地质特征的基础上,概化出乌东德坝址区地下水系统的水文地质概念模型,建立坝址区地下水渗流三维非稳定流数值模型,并采用有限差分法和预处理共轭梯度法对模型进行了求解。在天然工况、有帷幕正常蓄水和无帷幕正常蓄水3种工况坝址区地下水三维渗流场模拟的基础上,根据水均衡原理,计算各种方案枯水期和丰水期坝址区的渗漏量,结果表明,正常蓄水工况下,右岸绕坝渗漏量约为左岸的5.7倍,防渗处理后总渗漏量可减少72.98%,丰水期左、右坝肩和坝基的绕坝渗漏量均较枯水期有所降低。该模型稳定性好,收敛速度快。     

库坝区地下水渗流场模式识别模型研究

 阐述应用模式识别方法研究库坝区地下水渗流场特征的优点。基于模糊优选相关理论建立混合比模型,根据不同样本之间的区别和联系从理论研究及工程应用角度给出水样类别的定量化界定标准,为目标模式的数学表达提供理论支持。基于模式识别基本思想并结合多元函数及BP网络相关理论建立多因素增量模型,其目标模式识别值存在且唯一确定,该模型能够筛选并整合有效信息,针对未知样本与已知样本基元值之间的增量关系来实现样本目标模式的确定,完成模式识别。通过龙羊峡坝区地下水渗流场工程实例进行验证,结果表明,模式识别方法对于研究地下水渗流场特征和补给关系具有避免过多主、客观因素干扰,便于程序实现,计算过程清晰,结果明确的特点。     

饱和多孔介质流-固耦合的数值模型及工程应用

基于计算流体力学和岩土力学,考虑渗流场和应力场的相互作用,推导介质的平衡方程和饱和孔隙流体的连续性方程,建立流-固耦合模型。结合Galerkin法,对平衡方程进行有限元离散,同时,采用向后差分格式和二阶精度Warming-Beam差分格式,对连续性方程进行有限差分离散,从而对模型进行数值求解。最后,以一富水双向隧道为例,进行施工数值仿真,得到不同施工阶段隧道围岩的孔隙水压力、位移场、应力场的分布及其支护锚杆的受力特性,并将计算结果与相关现场监测得到的一般性规律进行对比,为类似隧道工程的设计和施工提供参考。     

大坝混凝土温度应力数值模拟

为了模拟大坝混凝土早期内部温度变化和应力发展,本文建立了大坝混凝土在半绝热条件下的早期温度场模型,并在此模型基础上考虑自生体积变形和徐变来建立应力场模型;对比温度应力曲线与强度发展曲线,计算出混凝土开裂敏感度。通过模型计算值跟试验结果的对比,证明该模型可以用来验证温度应力试验机试验结果,具有合理性;故该数值模型可以验证由温度应力试验得到的混凝土综合抗裂指标。     

地球物理场中煤层气渗流控制方程及其数值解

 为探索地球物理场中原地煤层气运移能力对煤层气储集和富集能力的影响,以地应力场、地温场中煤层气连续性方程、气体状态方程、吸附方程、渗流方程为基础,建立了应力、温度影响下的煤层气渗流控制方程。方程体现了地应力和地温对煤层气压力、含量、渗透率和孔隙率的影响,其中,应力和温度通过影响煤层气压力影响吸附量,通过影响煤层气压力和孔隙率影响游离量;温度还通过影响吸附常数b影响吸附量;不同的应力、温度组合条件下,渗透率的变化机制不同。通过Kaiser声发射原岩应力测试实验、不同温度下煤的甲烷等温吸附实验、不同温度及有效应力下煤体中甲烷渗流实验以及煤的孔隙率、工业分析等实验,研究应力、温度影响下的煤层气渗流特征。不同温度下煤的甲烷等温吸附实验表明,吸附常数a随温度变化不明显,b随温度升高而下降;不同温度、不同有效应力条件下煤的甲烷渗流实验表明,小有效应力条件下,煤体中甲烷渗透率随温度升高而升高;大有效应力条件下,渗透率随温度升高而下降。以实验数据和原始地质资料为基础,采用有限差分法,进行了地球物理场中原地煤层气渗流运移能力的一维、二维数值模拟。计算表明：研究区现今原地煤层气渗流运移导致的煤层气散失甚微,低渗煤层具有良好的储集和富集能力,但不利于后期开采,卸除地应力和升高温度是提高煤层气抽采率的有效途径。     

煤体—瓦斯耦合数学模型及数值解法

本文根据固体变形与瓦斯渗流的基本理论,提出了媒体瓦斯耦合数学模型,并提出了这一数学模型的数值解法,结合阳泉煤矿的实际,分析了巷道瓦斯涌出规律,获得了几个有价值的结论,与现场资料对比,证明是吻合的．     

无粘性土的室内试验和数值模拟

通过室内模型砂槽的试验和GEOSTUDIO模拟,研究了均质无粘性土流土的破坏由开始到结束的过程。通过对试验得到的数据和GEOSTUDIO模拟得到的数据进行对比分析,发现模拟得到的结果与实验得到的结果基本一致,误差在允许的范围内。同时研究表明:均质无粘性土在渗流作用下发生渗透变形的过程中,有一个渗透系数基本不变的阶段。这一阶段土体中还没有形成渗流通道,土体处于暂时稳定的安全渗流状态。超过水力梯度的临界点以后,土体的渗透系数会急剧增加,渗流流量和渗流流速迅速变大,破坏速加快。