双流体模型气液传质数值模拟初探

以实验测量和数值模拟相结合的方式对气液传质的流体力学行为进行了系统的研究,从更深层次上揭示了气液体系的流动机制,得出了气含率径向分布规律,对气液传质研究具有重要意义。     

基于工程体与地质体相互作用的两体力学模型初探

针对大坝和坝基、坝肩和库岸相互作用传统的一体两介质模型,提出了两体力学模型的基本概念、研究思路以及应用范围;阐述了一体两介质力学模型与两体力学模型之间的差异,并用单轴压缩实验进行了验证;建立了重力坝和坝基相互作用的两体力学模型,为大坝与坝基的整体稳定性研究与评判提供了一条新的途径。     

气井环空带压对水泥环力学完整性的影响

受井下作业、油套管或封隔器泄漏等因素产生的井口环空带压,使高温高压气井水泥环密封完整性面临巨大挑战。为此,基于弹性力学多层厚壁圆筒理论和摩尔库仑失效准则,建立了水泥环应力和失效计算模型,研究了环空带压对水泥环胶结面应力和失效的影响。结果表明,环空带压将增大水泥环胶结面的切向拉应力,过大的切向拉应力将导致水泥环失效。与此同时,井筒温度增加产生的切向拉应力也会增大水泥环失效风险。环空带压越大,水泥环安全系数越低,且温度效应对安全系数的影响较小。对高温高压气井,可根据井身结构(地层-水泥环-套管)参数建立水泥环安全系数图版,从而为确定合理的最大允许环空带压值提供依据,研究结果对提高气井井筒安全性、延长开采寿命具有重要意义。     

基于随机散粒体模型的堆石体真三轴数值试验研究

基于三维变形体离散单元法,模拟堆石体的真三轴试验,研究堆石体在三向不等应力状态下的强度和变形特性。真三轴数值试验装置采用六刚性板加荷方式,等中主应力比路径加载。数值试验结果表明：真三轴数值试验能较好反映堆石体在三向不等应力状态下的应力和变形规律,数值模拟得到宏观应力变形特性与试验规律相似;等中主应力比参数的大小对堆石在三向应力状态下应力和强度特性有显著的影响,堆石体在 3 个加载方向的变形也随该参数的变化而变化,应力比参数从 0 到 1 变化过程中中主应变方向先压缩后膨胀,小主应变方向一直处于压缩状态;堆石体的内摩擦角随着值的增加而增大,基本符合 Lade-Duncan 破坏准则;在细观层面上,围压越高,值越大,颗粒配位数越大; 加载过程中,颗粒接触法向和法向接触力各向异性程度加强,各向异性主方向角由水平向转向大主应变方向,试样各向异性系数的演化规律和试样的宏观应力变形曲线相对应,试样的宏观力学特性与细观组构存在内在的关联。     

基于堆石体二元介质模型的面板坝数值计算

 对于高面板堆石坝而言,在高应力场作用下堆石颗粒破碎明显,从而导致坝体变形率增加,因此在数值计算中必须考虑颗粒破碎的影响,传统的堆石体本构模型由于不能合理反映颗粒破碎的影响,导致计算变形与实测变形差别较大。天生桥面板堆石坝为我国已建工程中同类坝型的第一座200 m级高坝,具有丰富的原型观测资料,在基于考虑堆石体颗粒破碎的二元介质模型的基础上,采用平面有限元分析坝体的应力变形性状,并与实测结果进行了对比分析,结果表明：考虑颗粒破碎后,坝料的剪胀量将会减小,剪缩量相应增大,建议模型的计算结果定性上更加精确,定量上也更为合理,可以更好地反映面板坝尤其是高面板坝的应力变形特性。     

沿空留巷围岩结构模型的建立及其稳定性分析

综合考虑沿空留巷围岩变形、采场覆岩运动规律及巷旁支护结构的特点,将沿空留巷顶板结构简化为采空区矸石、巷旁充填体及巷帮煤体共同作用的弹性力学模型,计算了该条件下的支护反力,利用控制变量的方法分析了影响支护反力的主要因素是充填体宽度和充填体弹性模量,得出了巷旁充填体压缩量计算公式。在此基础上,通过UDEC数值模拟方法,模拟了沿空留巷顶板关键岩块在弹性支撑条件下的应力状态,分别得出了充填体宽度及弹性模量与顶板下沉量的关系。     

基于可靠度方法的盐岩地下储气库腔体收缩风险分析

由于腔体收缩导致的储气库可用体积减少是盐岩地下储气库在运营阶段的常见风险类型之一,严重时会造成腔体围岩破损甚至坍塌破坏,引发重大事故灾害。针对盐岩地下储气库在运营过程中可能发生的腔体收缩事故,通过力学分析推导出无限、理想盐岩体中恒定内压下球形腔体在盐岩稳态蠕变阶段的体积收缩率公式,并结合腔体收缩风险的分级标准建立盐岩介质中球形腔体的体积收缩的极限状态方程;然后通过可靠度分析法计算各参数为正态随机分布时腔体收缩各级风险的发生概率,分析地应力与腔体内压差值与各级风险发生概率之间的变化规律;最后讨论若将围岩的弹性变形、初始蠕变变形以及加速蠕变变形考虑在内时对计算结果的影响,为我国盐岩储气库的运营管理提供理论参考。     

考虑围压效应的修正软岩热弹黏塑性本构模型

 大量的软岩三轴剪切试验表明,不同的围压下,软岩力学特性变化非常大。随着围压的增加,软岩的应变软化和剪胀性变弱;当围压足够大时,甚至表现为应变硬化和剪缩。已有软岩热弹黏塑性本构模型针对不同的围压大小,需要设定不一样的参数,使其应用到数值分析上带来一定困难。为了能用统一参数来描述软岩受围压影响的力学性质,对已有的软岩热黏弹塑性本构模型进行修正。修正模型中所有参数都具有明确的物理意义且都可通过常规三轴试验确定。通过实验数据与计算结果对比,验证了修正本构模型的正确性。     

基于空间智体模型的岩体稳定性分析方法

采动岩体稳定性是解决矿山安全问题的关键所在,但是,由于岩体赋存于复杂的地质环境中,变形破坏特征是地质构造、地下水、采矿方法及环境等诸多不确定性因素共同作用的结果,表现为复杂的非线性动力学特性,故采用单一方法难以表征这种复杂系统特性,需要探求一种新的方法。在现有分析方法分析和总结的基础上,研究开采影响范围内的岩体在外界采矿工程环境变化时表现出的自适应系统行为,建立了基于空间智体的岩体稳定性分析模型,通过采动空间智体的内部属性特征、学习机制和外在行为涌现表征岩体的稳定状态及变形破坏规律,最后进行了实例验证。     

基于混合优化技术的模型修正研究及其实现

对GARTEUR飞机模型进行参数型修正过程的缩聚问题,参数的灵敏度问题及其参数修正的求解问题作了分析和探讨。在此基础上对飞机模型进行有限元建模和试验模态分析,得到分析模态和模态试验的前六阶模态,运用有限元数据和实测数据进行基于混合优化技术模型修正研究。该结果表明,方法对解决修正研究中的修正结果的不唯一问题及其精度问题有实际意义。     

环状大悬臂挑篷风载特性与风场绕流分析

基于FLUENT软件并引入k-ε湍流模型,对环状大悬臂挑篷屋盖风载和风场进行模拟分析。数值计算分析风向角、屋盖倾角、看台后部通风率、挑篷开洞、有无后挑等参数对挑篷屋盖风压分布的影响;针对屋盖周围气流的绕流特性,分析设置屋盖竖向气动导流板和在挑篷外环边缘附近开洞对降低屋盖负风压的作用。研究结果表明：无论风向角如何变化,水平挑篷屋盖上风压均以吸力为主,较高的吸力分布在迎风的前缘位置;屋盖倾角宜设在 0°~15°范围,过大或过小均不利于结构抗风;增大结构迎风面的通风率有利于减小水平屋盖的平均风压;屋盖是否后挑对水平屋盖上表面的风压影响较小;增设屋盖竖向导流板可减低水平屋盖前缘局部极值风压;在环状挑篷外环边缘附近开洞可较明显减小屋盖风压。     

干湿循环过程中改良土的物理力学特性研究

对高淳膨胀土进行了改良后的干湿循环试验研究,包括直剪试验和无荷膨胀率试验,研究了干湿循环对改良膨胀土抗剪强度和变形的影响。结果表明,随着循环次数的增加,抗剪强度逐渐减小,土的粘聚力c也逐渐减小;无荷膨胀率增大后趋于稳定。     

基于Rankine模型的墙体位移–土压力近似计算

墙体位移是影响土压力的核心要素。根据Rankine土压力模型,以试样在单剪试验中的剪切过程近似模拟墙后土体由静止进入极限状态的历程,构建土体剪应变与墙体位移在等极限应变条件下的几何方程和基于点应力状态的剪应力与土压力平衡方程,结合以双曲线表达且与几何方程相匹配的剪应变–剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立综合反映土体变形与强度特性及初始应力状态影响的墙体位移–土压力函数关系,讨论极限状态下墙体位移的主要影响因素。分析表明:静止与被动(或主动)状态之间的墙体位移–土压力曲线是土体应力–应变特性的宏观体现,两者随变形的增加呈现出相似的变化规律;主动(或被动)状态下的墙体位移随土体极限剪应变、滑移区范围的增加而增大,随静止土压力系数的降低而减小(或增大);工程设计常用力学指标下的粗细粒土进入主动状态时,墙体位移与墙高之比为0.6‰~15.0‰,被动时为-0.5%~-5.9%,理论分析与相关文献模型试验结果吻合。     

基于标准模型的风压数值计算

指出结构风压的研究和分析手段分为理论分析、实验研究及数值计算。数值求解流体力学方程（CFD）因为花费低、周期短、损耗小而得到了广泛应用。对标准模型风压进行了数值分析,并与风洞试验数据做了比对。结果表明：数值模拟风洞计算风压的结果是正确的。     

基于界面物态演变规律的衬垫界面动力模型

衬垫界面的动力剪切特性对填埋场动力稳定性有着重要影响,然而,已有界面/接触面动力本构理论无法完整揭示其动力剪切过程中的物态演变机理。将土工膜/GCL界面的动力剪切过程分为土质材料变形和界面滑动摩擦两个物态阶段,提出了触发界面物态演变的界面临界状态和临界应力,结合界面动力剪切基本规律,分别采用弹塑性模型与摩擦系数模型描述两个物态阶段,建立了衬垫界面动力模型,并与多次循环条件下的土工膜/GCL界面动力剪切试验进行对比,验证了该动力模型的准确性。研究表明,该模型能有效地模拟衬垫界面动力剪切变形的力学特性与物态演变规律,为填埋场动力稳定性分析提供了理论支持。     

Coulomb模型下考虑墙体侧向位移的土压力计算

墙体侧向位移对土压力有显著影响。基于墙体位移-土压力关系是墙后土体应力应变特征的宏观体现这一基本认识,通过构建Coulomb土压力模型下的几何与平衡方程,将直剪试验中微观的土体单位长度剪切位移ε同剪应力τ关系转化成宏观上的墙体位移与土压力曲线,推导了极限位移可求、涵盖主动至被动状态全过程的墙体位移-土压力计算模型。分析表明：滑移区范围、初始应力状态及土体的ε-τ关系是影响墙体位移-土压力曲线的核心要素;相对于主动区,被动区范围对墙土摩擦作用更加敏感,导致静止与被动状态之间的位移-土压力关系受墙土摩擦影响更加显著;墙后土体初始应力状态对墙体位移的影响主要体现为静止土压力系数K₀,随着K₀的增大主动与被动状态下的墙体位移相应增加和减小;极限状态下墙体位移与工程经验吻合,理论模型能基本反映土压力随位移的变化规律。     

基于改进灰色模型的机场柔性道面性能衰减研究

采用年交通增长率和土基CBR两个指标,对灰色模型进行了修正,建立了大修后的机场沥青混凝土道面性能衰减模型,通过实例验证表明,该模型预测精度高,能客观反映机场柔性道面的性能衰减规律,满足机场道面养护工作的要求。     

基于改进角点理论的砂土非共轴模型及其应用

基于传统角点理论建立的非共轴模型虽然能够描述砂土的非共轴行为,但却具有一定的理论缺陷。提出了一种改进的角点理论并将其应用到了砂土状态相关剪胀模型中,从而建立了一个新的砂土非共轴模型。该模型仅在主应力方向改变的加载条件下给出非共轴塑性变形,克服了传统角点模型的不足。构建了模型的隐式积分算法和相应的一致性切线刚度张量,并通过Toyoura砂的单剪试验对算法进行了验证,证明了算法的正确性。最后,利用建立的模型分析了条形基础的承载力,预测结果表明:非共轴塑性的引入使得地基模型整体刚度下降,导致力学响应表现出一些软化特征,忽略非共轴塑性的影响可能导致工程设计偏于危险。     

改进遗传神经网络的大坝渗流监测模型

在对遗传算法的适应度函数改进并修改选择方法的基础上,用改进的遗传算法优化BP神经网络权值,提出一种改进遗传神经网络的大坝渗流监测模型。结合实例分析表明:预测模型合理,训练精度与检测性能得到提高。