基于传递矩阵算法的裂隙注浆扩散机制研究

在裂隙岩体注浆工程中,由注浆压力引起的裂隙位移对注浆扩散过程影响显著.为研究浆体在裂隙岩体流动时浆液的扩散规律,克服以往假设裂隙无开度变化且仅在单一裂隙内考虑浆液扩散的情况,将传递矩阵算法引入宾汉流体本构方程,利用传递矩阵求解任意位置处的裂隙位移,同时建立考虑浆液在岩体间劈裂注浆的简化裂隙岩体模型通过加设阻力来模拟浆液...     

混凝土结构中氯离子扩散分析的精细积分法

针对混凝土结构中氯离子扩散分析有限元模型存在的问题,为了去除氯离子扩散场半无限大假设及其对计算精度的影响,利用误差函数确定了氯离子扩散场的补偿长度及补偿系数,进而利用精细积分技术研究建立了混凝土中氯离子扩散分析的精细积分有限元法,定义了氯离子扩散矩阵和氯离子分布矩阵,研究了集中分布矩阵和一致分布矩阵对计算结果的影响。算例分析结果表明,该方法计算结果与解析解之间吻合很好,能够有效提高有限元法分析混凝土中氯离子浓度分布和扩散过程的计算精度、计算效率及算法稳定性。     

Stochastic numerical method for analysis of solute transport in fractured porous media

Many of the earlier studies analyzed the spatial moments for the solute in the fractured media by assuming constant medium properties, such as, fracture aperture, diffusion coefficient, matrix porosity and fracture sorption, etc. However, these medium properties often exhibit random variations in space. Therefore, we developed stochastic two dimensional numerical models for the solute transport through fractured rock, treating the matrix diffusion coefficient as a stochastic process and evaluated the effect of the variance of log diffusion and integral scale on mean travel distance, spreading behavior and effective dispersion coefficient for the solute in the fracture. Subsequently, the analysis is done to study the effect of varying coefficient of variation of aperture, matrix porosity, fracture sorption, and decay rate coefficient on spatial moments for the solute in the fracture. It is shown that the higher value of integral scale ratio increases the mean travel distance and decreases the spreading behavior of the solute in the fracture. This phenomenon occurs due to the stochastic process of diffusion. The study indicates that the behavior of spatial moments for the solute in the fracture is affected due to random variability of diffusion, porosity, and aperture and sorption coefficient.     

基于相似理论的海工预应力混凝土构件寿命预测

根据经典相似理论及海工预应力混凝土结构耐久性的主要表征量,以氯离子扩散系数为纽带建立了室内加速模拟环境试验结构与现场环境结构之间的时间相似关系。参考连云港港区氯盐侵蚀环境,设计了相应的人工气候模拟侵蚀条件;浇筑了2根与现场构件材料组成相同、结构特征相似的试验梁。对现场构件及侵蚀后的试验梁钻取混凝土粉末试样,通过快速氯离子检测方法(即RCT法)测得氯离子含量。按照Fick第二扩散定律并通过Matlab拟合得到氯离子扩散系数,并根据其时间衰减关系得到该地区对应的海洋大气区时间相似系数,实现现场服役结构耐久性寿命预测。     

考虑扩散势作用的多离子扩散模型及影响因素分析

扩散是成岩作用、溶质在沉积物和地下水中运移等过程中的重要机制。实际工程中主要是多离子共存系统,已有研究忽略了离子带电产生的静电效应对扩散进程的影响,使得各离子间的相互作用在扩散模型中未得到体现。基于经典Fick定律,考虑离子间静电效应产生的扩散势作用,借助电中性约束条件,通过推导建立了考虑扩散势作用的多离子扩散模型,采用COMSOL Multiphysics有限元软件对多离子的扩散行为开展了数值模拟,重点分析了扩散势影响因素的作用。结果表明:扩散势对阳离子的扩散具有加速作用,对阴离子的扩散具有阻滞效果。当阴离子扩散系数相同时,扩散势对离子的加速作用随阳离子扩散系数的减小逐渐增强。当溶液中阴、阳离子扩散系数均固定时,扩散势对离子的加速作用随离子价位的增加略有提高。     

土体的椭圆——抛物双屈服面模型及其柔度矩阵

本文证明了以经典塑性为基础的弹性模型的土体应力－应变柔度矩阵不能满足主对角线元素应占优的要求，为此作者提出了修正椭圆－－抛物双屈服面模型。     

Contaminant transport through fractured-porous media: An experimental study

In this paper, an experimental study has been carried out to investigate the behavior of solute transport through fractured-porous media. Experimental set-up consists of fractured-porous media which has been created with clay (matrix) and a single fracture is created in middle of the clay matrix in flow direction. During experiment, the clay matrix is saturated with fresh water and solute tracer is injected in the fracture at inlet and the samples are collected from out let for different times of interval. Concentration profiles of experimental data of chloride and fluoride are simulated with developed numerical model to estimate transport parameters. Results show that the value of matrix-diffusion coefficient depends on fracture velocity and residence time till to reach in equilibrium condition. It is also found that higher value of diffusion coefficient leads to reduce the magnitude of solute concentration in the fracture. The experimental results indicate that there is substantial diffusion and sorption in the fractured-porous matrix. The estimated parameters and numerical model can be used for design of waste disposal system in the fractured matrix system. Finally, numerical results of various temporal moments have been predicted to study the behavior of reactive solute in the fracture, and it was found that the behavior of solute mass recovers, mean arrival time and second time moment are nonlinear along the travel distance for solute in the fracture in the presence of matrix-diffusion and decay rate coefficient.     

随机模拟法在滑坡可靠性分析中若干规律的讨论

以三峡库区某滑坡为研究对象,对基于Monte-Carlo法的滑坡可靠性分析中的若干规律进行了初步探讨。研究发现,随机变量的概率分布类型对滑坡破坏概率的影响较小,且随机变量服从不同概率分布时稳定性系数样本均近似服从正态分布;模拟次数小于1 000时,模拟次数对破坏概率影响较大,当模拟次数达到7 000次时,则破坏概率计算结果趋于稳定;随机变量的变异系数对滑坡破坏概率的影响较大,且破坏概率随随机变量变异系数的增大而增大。     

双重介质中有限导流垂直裂缝井试井模型求解的新方法

在T.A.Blasingame等人提出的均质油藏中有限导流垂直裂缝试井模型（TPR）的基础上采用Laplace变换与反演技术,完成了双重孔隙介质中有限导流垂直裂缝井试井模型的求解新算法.讨论了介质间窜流、弹性储容比、裂缝导流能力及外边界条件对压力动态的影响,结果表明：用该方法计算的结果与经典的双重介质垂直裂缝井模型一致.这种算法计算速度快,精度满足要求,可用于现代试井分析的自动拟合中.     

流体黏性对盐指型双扩散对流扩散通量影响的试验研究

为研究盐指型双扩散对流过程中流体黏性对通量的影响,使用中间有移动挡板的试验水箱形成初始为静止状态的糖-盐双层系统,并通过调整糖、盐组分质量分数设计了一系列密度稳定比相同而流体黏性不同的试验工况,进行了双扩散对流扩散通量变化规律的试验研究。试验结果表明:流体黏性对盐指型双扩散对流扩散通量的影响不可忽略,在双扩散对流强度相同的条件下,试验流体黏性越大,盐指型双扩散对流扩散通量越小；当试验流体的运动黏滞系数均小于1.15 mm²/s时,糖和盐这两种组分跨界面的双扩散对流扩散通量随流体黏性增大而减小的趋势相近,当两种组分的质量分数持续增大时,盐溶液的黏性仍缓慢增大,而糖溶液的黏性迅速变大,此时糖组分的跨界面双扩散对流扩散通量仍会随糖溶液黏性的增大而减小,但盐组分的跨界面双扩散对流扩散通量不再变化；Stern数与流体黏性呈负相关关系。     

幂律型流体劈裂注浆机理研究

劈裂注浆技术已广泛应用于各种地下工程之中,但其理论研究远落后于工程实践。为了明确幂律型流体劈裂注浆机理,基于平板裂缝模型及幂律型流变方程,推导出幂律型流体劈裂注浆最大扩散半径计算公式,并分析其适用范围及参数确定方法,最后通过现场注浆试验对其进行验证。结果表明:① 劈裂注浆最大扩散半径与起裂注浆压力、浆液锋前压力、裂缝劈裂宽度、黏度系数、浆液平均流动速率及流变指数等有关;②通过分析浆液最大扩散半径与注浆压力差之间的关系,发现注浆压力差越大,浆液最大扩散半径越大;同时,根据裂缝宽度与浆液压力差的关系,可知裂缝宽度越大,所需要的注浆压力差越小;③根据工程试验结果,得到幂律型流体劈裂注浆最大扩散半径理论计算值与实际测量值之间的误差,验证了幂律型流体劈裂注浆最大扩散半径计算公式的正确性与可行性。研究成果可为同类型注浆工程提供一定的理论支撑与技术支持。     

竖向荷载下群桩承载特性的弹塑性分析

 分别采用Lade Duncan模型和刚 塑性薄单元模型模拟土体的弹塑性和桩土界面的相对运动 ,对竖向受荷群桩进行了三维弹塑性有限元分析。研究表明：大、小桩距群桩的承载性状有 明 显差异,大桩距群桩侧摩阻力存在"沉降软化"现象,不同于小桩距群桩的"沉降硬化";增 大桩距有利于调动台底土参与工作,提高承台分担比;随荷载增大,各桩荷载趋于均匀分布。     

倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布的实验研究

基于研制的倾斜岸坡角形域顶点排污立面二维扩散水槽实验装置及格栅振荡紊动系统,对8个倾角θ=360°/β（角域映射系数β=4,5,…,11）的角形域,按格栅振荡频率n=20,40,60 r/min的3种情况进行了一系列瞬时线源排放的扩散实验,采用图像采集与数字图像处理技术测量二维浓度场分布。结果表明：各倾角的横向和垂向扩散系数均随格栅振荡频率的增大而增大,当格栅振荡频率n=20,40,60 r/min时,各倾角横向扩散系数的平均值分别为18.38,30.88,43.94 cm²/s ; 垂向扩散系数的平均值分别为1.89,2.47,3.24 cm²/s;在格栅振荡条件下,垂向扩散系数平均占横向扩散系数的7.4%～10.3%,横向和垂向扩散系数随倾角的大小呈现波状变化特征。实验证明倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布呈现以角域映射系数β的奇偶不同和以β=4的倍数的周期性变化规律。     

基于概率模型的随机裂隙优势产状取值

随机裂隙是广泛存在于岩体中的一种规模较小的结构面,由于其发育的随机性,故其产状、规模等结构面性质难于确定。但是,大量研究表明,同一地区相同地质环境下发育的随机裂隙,其结构面性质存在一定的统计规律。利用建立概率模型的方法,对某花岗岩地区水电站左岸坝基随机裂隙组的优势产状取值进行了探讨。通过建立概率模型所绘制出的概率曲线进行研究发现,相对于简单的求样本的算数平均值,取概率曲线峰值点所对应的数值为一组裂隙最佳产状更为合理。     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一，针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点，研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理，推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式；给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法，从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析，展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点，不需要裂纹面与有限元网格一致，不需要在裂缝周围布置高密度网格，模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

Anisotropic diffusion of volatile pollutants at air-water interface

The volatile pollutants that spill into natural waters cause water pollution. Air pollution arises from the water pollution because of volatilization. Mass exchange caused by turbulent fluctuation is stronger in the direction normal to the air-water interface than in other directions due to the large density difference between water and air. In order to explore the characteristics of anisotropic diffusion of the volatile pollutants at the air-water interface, the relationship between velocity gradient and mass transfer rate was established to calculate the turbulent mass diffusivity. A second-order accurate smooth transition differencing scheme (STDS) was proposed to guarantee the boundedness for the flow and mass transfer at the air-water interface. Simulations and experiments were performed to study the trichloroethylene (C₂HCl₃) release. By comparing the anisotropic coupling diffusion model, isotropic coupling diffusion model, and non-coupling diffusion model, the features of the transport of volatile pollutants at the air-water interface were determined. The results show that the anisotropic coupling diffusion model is more accurate than the isotropic coupling diffusion model and non-coupling diffusion model. Mass transfer significantly increases with the increase of the air-water relative velocity at a low relative velocity. However, at a higher relative velocity, an increase in the relative velocity has no effect on mass transfer.     

不等直径串列圆柱绕流大涡模拟

为研究背负式海底管线中增设的小直径附属管线对主管线的水动力影响,将大涡模拟中经典Smagorinsky亚格子模型与特征线算子分裂有限元法结合,并引入出口对流边界条件,完善了基于特征线算子分裂有限元的大涡模拟方法。通过自编程序数值模拟Re=1 000的单圆柱绕流,计算结果与相关文献吻合较好,验证了该算法计算圆柱绕流的有效性,并分析了Re=1 000时不同直径比、间距比情况下的串列双圆柱绕流,根据流场的不同涡脱落形态及两圆柱平均阻力系数、升力系数随直径比、间距比变化的规律得到了不同直径比条件下的临界间距范围。达到临界间距后,流场由单一涡脱落状态转变为双涡旋脱落状态。最后分析了两圆柱平均阻力系数及升力系数在临界间距后急剧增加的原因,为背负式海底管线的布局优化提供了理论依据。     

地基劈裂灌浆的本构关系：冶勒水电站第三岩组灌浆机理分析

用弹塑性断裂力学的观点解释冶勒水电站第三岩组水泥帷幕灌浆取得成功的机理，正确描述了在强固结、弱胶结的地层劈裂灌浆的三个力学效应－劈裂的浆刃效应、充填的扩张效应、挤密的回弹效应。基于地层厚度、裂纹长度与裂纹张开宽度之比甚大，提出了采用无限板宽的半无限裂纹的合理近似假定，从而为求解灌浆中的相关参量确定了较为合适的数学模型。对Ｇ·隆巴迪有关浆液的最大扩散数半径、最大灌入量和最大总的上抬力的理论计算公式提     

基于Marc的混凝土坝与坝基渗透系数反演

利用通用的商业有限元软件Marc与Fortran语言的接口，并运用Marc的“死活单元”技术和网格加密技术，编制了混凝土坝渗流场的正分析程序．在此基础上，利用某混凝土宽缝重力坝的坝基扬压力测压管的水位观测资料，采用改进的遗传算法进化反演混凝土坝与坝基的渗透系数．算例表明，采用遗传算法-Marc反演混凝土坝的渗透系数是可行的，且计算效率较传统计算方法要高．     

Effects of L-Moments,Maximum Likelihood and Maximum Product of Spacing Estimation Methods in Using Pearson Type-3 Distribution for Modeling Extreme Values

Modeling of extreme values like annual maxima’s is important in many applications. Pearson Type-3 (PE3) distribution is an important probability distribution, widely used for modeling of extreme values with a variety of estimation methods. The focus of this study is to assess the effects of three methods of estimation of parameters for PE3 distribution namely L-moments (LM), maximum likelihood estimation (MLE) and maximum product of spacing (MPS). Assessment is based on a two-step approach. The first step uses simulation experiments while the second is based on empirical analyses, by varying size and shape characteristics of the sample. The study concluded that the estimates using LM method have low bias in case of small sample and when data exhibits small to moderate skewness and kurtosis. MPS is a reasonable alternative and provides efficient estimates, especially when the data shows large skewness and kurtosis with small to moderate size of sample. MLE method is useful in case of very large sample size with low values of shape characteristics of data. The results of this study provide useful guidelines for fitting PE3 distribution, especially to extreme values.