土石坝随机渗流场有限元分析

考虑岩土体的渗透系数在空间分布的变异性对坝体进行随机渗流模拟,应用Monte-Carlo随机有限元方法结合Matlab程序建立了随机场有限模型,计算了随机等势线,水力坡降等参数,并进行了相关参数的变异性分析。     

应力与渗流耦合作用下溪洛渡拱坝变形稳定分析

 以溪洛渡工程为例,通过对大坝基础地质条件、岩体内应力–渗流耦合作用机制的详细分析,基于现场监测数据,对大坝复杂基础的渗流耦合作用机制和渗压、水位变化规律进行分析;对比渗流场分析结果和实测结果,确定岩层的渗透参数及边界条件。建立裂隙岩体渗透特性和应力–变形的关系,采用非线性有限元方法,对施工期典型阶段的大坝基础渗流工作状态进行三维数值精细模拟分析,分析结果与现场变形和压应力监测值进行对比,得到施工期大坝复杂基础的渗透真实工作状态,预测大坝运行期的渗流工作性态,从而指导大坝现场渗控体系施工,对保证蓄水过程的施工质量和大坝安全具有重要指导意义。     

有限元在岩体渗透参数反演中的应用

观测了大坝枢纽施工前期钻孔水位的分布情况,采用试算方法并结合有限元数值计算软件,分析了整个枢纽区渗流场的分布状况,并反演得出与实际工况相吻合的枢纽区岩体的渗透参数,从而为后期枢纽施工期和运行期渗流场的分布以及防渗和排水措施的布置提供计算依据。     

三维基坑开挖阶段地下水渗流分析

为了掌握基坑开挖施工阶段地下水非稳定渗流规律及施工阶段对土体地下水孔压影响,建立了基坑开挖阶段地下水渗流的三维有限元分析模型。通过对基坑开挖阶段地下水渗流场的三维分析,达到对基坑渗流场实际复杂情况的模拟,比较理想地反映基坑渗流场中孔压等势线、流速矢量等渗流要素在不同施工阶段条件下的变化规律,在一定程度上弥补过去对基坑渗流场研究的不足。结果表明,针对基坑开挖施工全过程地下水三维有限元分析和模拟是完全必要的。     

库水位升降作用下库岸边坡渗流特征研究

以某库岸边坡工程为例,在对其地质环境调查研究的基础上,运用GEO-SLOPE软件中SEEP/W模块,较为全面地模拟了库岸边坡库水位升降下的渗流场。从库水位上升、水位保持及水位下降三阶段出发,分析了库区内分布较广的强风化泥质砂岩、泥灰岩类型的岸坡在水库升降变化作用下其渗流特征及分布变化规律、水岩相互作用;分析了该库岸边坡的孔隙水压力变化特征和渗流速度动态变化规律,为进一步渗流与变形耦合分析提供了依据。     

非饱和渗流随机模型中水力要素的随机特性研究

为了分析非饱和渗流水力要素的随机特性,将土壤的水力特性参数作为随机空间函数,运用Karhunen-Loeve展开和摄动方法,对二维非饱和渗流进行随机数值模拟。研究结果表明:土壤越干燥,负压水头和含水率的变异性越大;Gardner-Russo模型中的m值越小,含水率的变异性越大;负压水头、含水率及达西流速的变异性对土壤质地的粗糙程度比较敏感;土壤介质的各向异性降低垂向达西流速的变异性。非饱和渗流的随机理论尚待进一步的研究和完善。     

寒区隧道渗流场和温度场耦合问题的三维非线性分析

根据传热学和渗流力学的基本理论,考虑冻土渗流场和温度场的耦合影响,建立冻土渗流场和温度场耦合问题的三维数学模型,应用Galerkin法进行有限元分析,并编制有限元分析程序。运用该数学模型和有限元分析程序,进行了青藏铁路昆仑山隧道DK977+578～DK977+682浅埋段的温度场以及渗流场和温度场耦合问题的三维非线性分析。分析结果表明:渗流场对隧道围岩的温度场影响较大,在寒区隧道工程设计时,应该考虑渗流场与温度场的耦合影响。     

基于激光点云数据的裂隙岩体渗流场的无单元法模拟

 利用三维激光扫描技术获取岩体表面高精度激光点云数据,进而得到岩体裂隙网络的几何信息和产状分布情况。研究基于激光点云坐标数据求解含复杂裂隙网络岩体二维渗流场的无单元法,采用罚函数法处理渗流边界条件,并推导无单元Galerkin法的基本方程和积分格式。该方法首先将激光点云数据经坐标投影和抽稀后作为无单元模拟的节点坐标数据;然后结合岩体裂隙网络的几何信息,采用无单元法计算渗流场,进而分析岩体的渗透特性。该方法具有以下优点：(1) 可以精确获取高陡边坡的裂隙产状、位置坐标、长度和开度等几何信息;(2) 直接将激光点云作为无单元法节点,减少生成裂隙网格和生成节点坐标的工作;(3) 将裂隙网络采用裂隙渗透张量表示,可以对非连通裂隙、不同开度和不同充填程度的裂隙进行模拟。在此基础上,应用IDL编制基于海量激光点云数据的岩体裂隙产状分析和无单元法渗流场数值模拟软件LIDAREFM,并计算怀柔县桥梓镇一裸露岩石边坡的渗流场。计算结果表明,该方法是可行、有效的,计算得到的渗流场分布及特性能够反映岩体裂隙网络对渗流场的影响。该方法为研究裂隙岩体真实渗流场分布提供了一种新的研究思路。     

考虑土性参数空间变异性的桩基可靠度分析

土性参数空间变异性是土性不确定性的一个主要来源,对岩土结构稳定性影响非常大,但目前多数研究采用间接近似的隐式模型模拟,采用直接明确的显式模型模拟的研究较少。本文将基于蒙特卡洛模拟的可靠度方法与随机场理论相结合,建立基于随机场理论的桩基可靠度分析方法,采用随机场法直接明确地模拟土性参数空间变异性,并基于钻孔桩实例分析土性参数空间变异性对钻孔桩可靠度设计的影响。结果表明,土性参数空间变异性对桩基设计结果影响很大,忽略空间变异性将导致设计结果更保守,土性参数空间变异性对小直径钻孔桩的设计结果影响更突出。另外,文章还采用等效方差折减法间接近似地模拟空间变异性,结果表明,采用方差折减函数简化形式的等效方差折减法模拟设计结果偏保守。     

基于统计模型的裂隙岩体渗流场的并行数值模拟

为模拟天然岩体中裂隙对渗流的影响,基于裂隙的空间形态及分布的统计特性,应用裂隙网络随机模拟技术,采用Matlab程序生成二维裂隙网络.由此裂隙网络生成包含裂隙的有限元计算网格.考虑到渗流场数值模拟分析时步多、计算量大的问题,采用基于element-by-element策略的有限元并行计算方法进行数值模拟.该方法不集成整体刚度矩阵,可有效节省存储量,同时可降低共轭梯度法中的迭代次数,提高收敛性.编制相应的模拟分析并行程序,并在分布存储的并行机上实现.分别对包含1,2组裂隙的岩体进行渗流场的数值模拟.计算结果表明,该方法能够较真实地反映裂隙岩体的实际状态,对于模拟岩体中的裂隙是很有效的;同时,并行计算可有效降低数值模拟的计算时间.     

渗流作用下土石坝防渗探讨

简述了土石坝被广泛应用的原因,研究了土石坝渗流问题的方法,探讨了土石坝地下水渗透数学模型的选用,指出实际工程中需建立一套新的运动微分方程,以解决非稳定渗流情况下大坝应力变形及防渗问题。     

基于复数表达的随机渗流研究

以复数形式表示渗透系数,将其变异值设置为复数的虚部.利用有限单元法,通过求解复系数线性方程组计算随机渗流问题,并编制相应程序,计算结点水头和水头变异值.在应用蒙特卡罗法进行渗流计算时,仅考虑帷幕渗透系数的变异,并假设其服从均匀分布.选取水头均值与水头标准差为蒙特卡罗法渗流计算的统计特征值.从数值方面分析了基于复数表达的随机渗流计算所得的水头值及水头变异值与蒙特卡罗法计算的水头均值及标准差之间的关系,验证了所用方法在模拟随机渗流场方面的正确性和可行性.为大型复杂问题的大变异性求解提供了方便快捷的计算方法.     

有限单元法在土坝三向稳定渗流中的应用

本文阐述了有限单元法求解具有浸润面的土坝三向稳定渗流场的原理和方法。并利用有限单元法的特点给出在均质土坝和非均质土坝上调整浸润面和渗出段的方法和计算任意形状过水断面的渗流量方法。文中还详述了在国产TQ-16型计算机上实现具有一定规模的土坝三向稳定渗流问题有关的技术。最后结合实际工程对均质和非均质渗流场进行了计算分析,经与原体观测资料对比,二者颇为接近,从而为广泛应用电子计算机计算土坝三向渗流问题提供了经验.     

基于非稳定渗流随机有限元的隧洞涌水量预测

 在隧洞涌水量预测分析中,由于地质条件等不确定性带来岩体介质渗透性的空间变异性,所以渗流场不可避免地具有随机性。于是将岩体介质渗透张量视为三维各向异性空间随机场,并利用三维可分离向量随机场的局部平均法对随机场进行离散,从而得到一系列随机变量来近似描述随机场。然后基于一阶摄动法随机变分原理,推导出了三维非稳定渗流场随机有限元列式,通过对随机有限元列式的求解,得到非稳定渗流的随机渗流场,结合一阶Taylor级数展开随机有限元法,推导出渗流场中流量的均值和方差的计算公式,并编制相应的程序。最后,以一隧洞开挖为算例,进行涌水量的随机预测,并验证所提方法和程序的正确性和可行性。     

超高心墙坝非稳定渗流三维有限元分析

水库蓄水和放空过程对土石坝渗流安全产生重要影响,300 m级超高心墙坝渗控方案是筑坝关键技术难题之一。结合300 m级砾石土心墙堆石坝工程,通过建立整体三维有限元模型,模拟大坝运行过程中水库蓄水和放空过程,分析库水位变化条件下心墙等区域的浸润面和渗透坡降变化,研究水位变化速率对坝体渗透稳定性的影响。数值模拟结果表明,蓄水时随着库水位的升高,自由面在心墙内形成陡降并自上游侧向下游侧不断发展。蓄水历时越短、水位上升速率越快,心墙内形成的浸润面越陡。放空时随着库水位的下降,心墙内水位下降有所滞后,自由面在心墙内形成凸形面。放空历时越短、水位下降速率越快,心墙内形成的凸形浸润面落差越大。     

浸水路堤稳定性有限元分析

通过有限元模拟计算了水位升降变化对浸水路堤变形和稳定的影响,计算分析表明,水位升降对浸水路堤变形和稳定性的影响,主要是路堤外静水压力和路堤内渗流的破坏性作用,得出了在浸水路堤工程实践中,控制路堤外水位、阻止路堤内渗流作用有利于浸水路堤的稳定的结论。     

裂隙岩体渗流模拟的三维离散裂隙网络数值模型(Ⅰ)：裂隙网络的随机生成

对于裂隙岩体中的渗流来说，离散裂隙网络模型比等效连续体模型更能刻画其基本规律。发展了用于模拟裂隙岩体渗流的三维离散裂隙网络数值模型，并编制了裂隙岩体渗流模拟程序FracFlow。该模型可以利用野外露头上采集到的裂隙的观测数据，通过计算机处理最终形成三维裂隙网络的人工几何模型，然后用边界元法求解所生成的裂隙网络中的渗流问题。在此第一部分中，介绍了利用计算机随机生成三维裂隙网络的详细过程，然后利用算例校核了程序的正确性。     

北江大堤石角段强透水堤基渗流分析

北江大堤石角段修筑的深厚的强透水砂卵石层上,虽经过截渗（高喷墙）、压渗、排渗（减压井）等工程处理,汛期堤内仍有险情出现。通过对险段补充地形、地质的测量勘探,查明原河床与Ⅰ级阶段地分界线,通过对该堤段测压管资料的分析整理,对整个渗流场有了全面的认识,采用水平二向渗流有限元对全石角段渗流场进行分析计算,从宏观上较好地反映了实际的渗流状况,明确了危险区域和出险原因,为加固处理提供了依据。     

土质高边坡的降雨渗流场数值模拟分析

运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和-非饱和土质高边坡暂态渗流场的变化情况,本文对降雨边界的处理方法加以改进,使其适用于土质高边坡渗流场的计算.对砂箱模型和土质高边坡模型的计算结果表明:所提出的边界条件的改进足可行的;雨水入渗引起土壤基质吸力大量丧失,降雨初期基质吸力丧失最快;当降雨强度相对土体入渗能力较大时,基质吸力的丧失速度主要取决于土体自身的入渗能力.