基于Taylor展开随机有限元法的裂隙岩体随机渗流分析

基于等效连续介质模型 ,应用Taylor展开法分析裂隙岩体渗透性的随机性与裂隙基本几何参数随机性的关系 ,然后用一阶Taylor展开随机有限元法分析裂隙岩体渗流场的随机性。数值分析表明 :隙宽的随机性对渗流场的影响最大 ,裂隙的迹长次之 ,间距的影响最小。     

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。     

破碎岩体的渗流理论及其应用研究

以国家自然基金重点项目“煤矿瓦斯灾害预防及煤层气开采中的应用基础研究”和教育部博士点基金“峰后应力状态下的岩石渗透性研究”为背景，通过理论、试验、数值模拟和结合潞安王庄煤矿采空区通风渗流问题的具体应用，进行了如下具有创新意义的工作：(1)自行研制开发出目前已获国家专利的破碎岩石压实渗透仪，并给出了一套进行破碎岩石压实水渗透测试的试验方法。利用开发的渗透仪和试验方法，系统测定并分析了砂岩、页岩和煤3种岩样在不同破碎程度下压实的渗透系数变化规律。(2)利用置信区间方法、随机过程理论深入分析了破碎岩体渗透性的随机性特性，并建立破碎岩体渗流的随机微分控制方程。(3)用控制体欧拉法建立了描述破碎岩体塑性大变形的基本方法，开展了试验背景下破碎岩体渗流场的数值模拟。推导出求解破碎岩体渗流方程的一、二阶摄动随机有限元列式。(4)计算并给出采空区破碎岩体的支承压力分布规律，建立了采空区破碎岩体渗流分析的数值模型，结合潞安王庄煤矿综放面采空区的破碎岩体通风渗流，系统分析并得出了与理论和实测相吻合的流场分布和近似瓦斯浓度的分布规律。     

随机力学参量对混凝土细观损伤演化的影响

基于随机骨料细观数值模型和弹脆性损伤破坏本构模型,研究了弹性模量、拉压强度等随机参量及其组合形式对试件宏观拉压强度的影响。结果表明:以弹性模量和强度的乘积作为一个综合随机参量,并以相关系数来反映它们之间的关系,较之传统独立考虑弹性模量和强度的随机分布,可获得更为合理的试件拉压损伤破坏全曲线,并与试验曲线有较好的吻合性。     

长江堤防三维随机渗流场研究

给出分析各向异性非均质稳定随机渗流场问题的三维有限元模型;结合实际工程问题,统计分析长江荆南干堤土性参数的分布特征,通过Kolomogorov-Smirnov统计检验表明,渗透系数呈高斯分布假设可以接受。通过对长江荆南干堤随机渗流场的三维有限元统计模拟的数值分析,研究长江荆南干堤渗流场的各种随机特性,并进一步对随机模拟结果进行统计检验,验证模拟结果的合理性。在实际的分析研究中把上下游水位的随机波动引入三维有限元的随机分析模型,分析上下游水位的变异性对渗流场矢量的随机干扰和边界条件的随机性对随机渗流场分析结果变异性的影响。在此基础上进一步考虑施加诸如垂直截渗墙、下游导渗沟等抗渗措施后其作为复杂边界条件的扰动,在与场内土性参数的变异性共同影响下,对渗流场水头势分布的随机干扰特性,并与相应的确定性稳定渗流场问题的结果对比,证实随机渗流场研究的必要性、可行性及实用性,实现对长江荆南干堤的三维渗流场的较为全面的随机场模拟及特性分析,分析得到的结论通过统计检验并结合实测工程数据对照证明是可靠的,所研制的程序是适用的。     

仿天然岩体裂隙渗流的实验研究

本文用人工粗糙面缝隙模拟天然岩体裂隙进行物理模型实验，对天然岩体裂隙渗流机理及其规律做了初步探讨。在总结洛米捷及路易斯研究成果的基础上提出了一个改进计算模式，使得计算理论值与实测值吻合得更好。     

岩体裂隙的网络分析及渗流模型

本文首次运用图理论来阐述裂隙网络的基本构成和特点,并用数值矩阵将复杂裂隙系统的组构关系形象地表示出来,为岩体裂隙的数学描述提供了新方法,由此所导出的裂隙渗流离散数值模型能较好地描述岩体中渗流分布的极不均匀性和渗透空间各向异性机制,为解决工程中的裂隙岩体渗流问题做了新的探索．     

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。     

试论渗流场和渗流理论

渗流场是地下水在岩土空隙中运动的产物 ,水动力场和水化学场是其不可分割的两个过程 ,只有用两项指标综合表示渗流场才较为完整。为此 ,以达西定律为切入点 ,建立化学指标 (aij、βj、kj 或k′j)表示的达西定律、地下水年龄、渗透系数、导水系数、实际速度等公式 ,赋予渗流理论新的内涵。针对山西西峪矿区水文地质问题 ,使理论获得进一步应用及拓展 ,对渗流场产生新的认识 ,从理论和实践上发展了渗流理论。     

裂隙岩体渗流概述

从岩体应力场对渗流的控制作用、渗流对岩体的作用机理、应力—渗流耦合三方面,分析了裂隙岩体渗流的主要问题,阐述了裂隙岩体三个基本模型的原理和优缺点,为合理选取裂隙岩体渗流计算模型提供了参考。     

裂隙岩体饱和-非饱和渗流研究进展

本文从裂隙岩体非饱和渗流特性及参数、裂隙岩体浸润面的确定方法、渗流数学模型、工程应用研究等方面对高坝工程裂隙岩体渗流研究现状进行了系统的分析总结。当前,主要沿用多孔介质渗流的方法研究裂隙渗流,所建立的裂隙岩体非饱和渗流水力参数关系还不能真实反映裂隙渗流的特性;连续介质-非连续介质渗流模型能够较好反映裂隙岩体的空隙结构和渗流特性,要继续研究相应的数值计算方法;库水位升降变化及降雨影响下库岸边坡岩体渗流是饱和-非饱和非稳定渗流,应将饱和区与非饱和区统一起来分析。     

砂土渗流过程的细观数值模拟

基于散体介质理论,利用PFC2D内置FISH语言定义的流固之间的作用力方程和压力梯度方程,求解不可压缩流体中两相介质的连续方程和Navier-Stoke方程。并尝试用该理论模拟不同水压下渗流引起砂土特性变化的全过程,数值试验得到了流速、渗透系数、孔隙率和砂的流失量等参量的定性变化规律,表明水土相互作用贯穿于渗流的全过程。模拟结果与试验结果相符,且流速与压力梯度满足达西定律,表明应用该理论来模拟复杂的水土相互作用是可行的,它具有一定的理论意义,为进一步研究多孔介质中考虑流固耦合的渗透破坏研究如流土、管涌等奠定了一定的理论基础。     

溪洛渡拱坝坝基渗流-应力耦合分析研究

把裂隙岩体概化为等效连续介质 ,基于表征单元体的概念建立了统一的渗流 弹塑性应力全耦合控制方程。对拱坝坝区耦合分析表明 ,与非耦合计算相比 ,渗流场差别非常明显 ,结构面的抗滑能力有所降低 ,对坝体的安全产生不利影响。     

Probability density evolution analysis of stochastic nonlinear structure under non-stationary ground motions

In the present paper, a framework of dimension-reduction modeling method is developed for a dual stochastic dynamic structural system of spectrum-compatible non-stationary stochastic ground motion processes and stochastic structures. With the aid of the proposed method, the random variables used to describe the stochastic characteristics of the non-stationary ground motion processes and the structural parameters are respectively represented by the one-elementary-random-variable functions, contributing to an entire stochastic dynamic structural system readily described by merely two elementary random variables. Owing to the fact that the number of the elementary random variables needed is extremely small, the set of the representative points associated with the elementary random variables can thus be selected by the widely-used number theoretical method, and then the probability density evolution method can be conveniently combined to conduct the dynamic response analysis and dynamic reliability evaluation of nonlinear stochastic structures. In the numerical examples, the probability density evolution analysis of an eight-storey reinforced concrete frame structure with random parameters subjected to spectrum-compatible non-stationary stochastic ground motion processes is investigated as a case study. Numerical results fully demonstrated the effectiveness and robustness of the proposed method.     

Analysis of stochastic systems in continuum physics: Some developments of the stochastic adaptive interpolation method

This paper deals with the analysis of stochastic systems in continuum physics which are modelled by a random partial differential equation using the so called stochastic adaptive interpolation method. This paper proposes some developments of the method, mainly oriented towards the solution of stochastic inverse problems.     

研究生渗流理论与测试课程的可视化教学初探

水电、岩土、石油天然气等工程领域常见渗流问题,与之相关的专业课程渗流理论与测试备受各大院校重视,针对研究生课程教学中的突出问题,在完善学生渗流相关基础的同时,探讨课程的可视化教学模式。基于不同类型渗流软件的仿真技术,对岩土介质进行不同角度的可视化展示,阐明渗流的概念、规律、模型及计算过程,结合科研课题的现场演示,让学生深入理解渗流深层含义,自主完成不同案例的渗流分析。教学实践表明,软件仿真可视化教学,有助于提高研究生自主学习的积极性,激发学生的创新思维,提高科研能力。     

Soil deformation induced by Double-O-Tube shield tunneling with rolling based on stochastic medium theory

The prediction of soil deformation during tunneling is very difficult for Double-O-Tube (DOT) shield tunnel construction, especially for the shield rolling. According to the characteristics of DOT shield tunneling and rolling, a calculation model of soil deformation due to tunneling-induced ground loss was established. Based on the stochastic medium theory, the theoretical solutions of soil deformations considering the rolling of DOT shield machine were derived by polar coordinate transformation and multi-subdomain integral method. The predicted surface settlement from the proposed solution is better agreement with the observed data than those obtained by the two previous methods (namely the equivalent excavated-area method (EAM) and the simple superstition method (SM)). In addition, only ground surface settlement can be estimated under no rolling of DOT shield machine using the two previous methods, while this proposed solution owns great progress in solving the subsoil deformation and the influences of rolling. In order to further study the influence of DOT shield rolling angle on soil deformation under different engineering conditions, the parameter sensitivity analyses regarding the tunnel depth h, the ground loss parameter ɛ and the influence zone angle β₀ were extensionally discussed.