岩土工程专业课程与数值模拟应用的融合创新及实践

通过数值计算和图像处理技术，再现或预测工程对象的演化过程和发展趋势，为当前工程对象的设计、施工、管理提供指导意见，因此，数值模拟方法已经成为解决岩土工程难题和进行岩土相关科研的一种不可或缺的手段，且逐渐发展成为研究生和高年级本科生的一门必修课程。本文总结了数值模拟在岩土工程实践和科研中的重要性以及当前数值模拟教学存在的问题，创新性提出了一种以“工程问题”为导向，“数值软件＋模拟分析”相结合的教学方法，并阐明了本文所提教学方法的内容和实施途径，提升课程教学质量的创新思路、举措、效果及反思，以及推广至相关岩土工程专业课程的应用前景。     

三维地质建模技术在岩土工程数值模拟中的应用

地质问题本身的复杂性,使得三维地质建模成为制约岩土工程数值模拟发展的障碍之一.充分利用工程地质勘察的基本资料,根据所研究地质对象的空间形态和相互关系,以AutoCAD为平台,借助AutoLISP二次开发技术,进行AutoGAD三维地质模型的构建.探讨了建模过程中关于地表、地层以及软弱带等模拟的方法以及奇异单元的优化处理技术.最后,将此建模方法应用到实际工程中.结果表明,所建立的模型基本上保存了原地质体的信息,在网格规模一定时充分利用了地质体的控制信息,避免了建模过程中不必要的简化所造成的失真.     

FLAC~(3D)快速建模方法及在桥址建模中的应用

随着计算机技术的快速发展,FLAC3D数值模拟软件在各行业中发挥着越来越巨大的作用,尤其在公路、矿山、市政等各岩土工程领域都得到了广泛的应用。复杂三维模型建模技术是数值模拟的关键和困难的问题,FLAC3D复杂三维地质模型建模方法是综合运用CAD、SUFFER、ANSYSY及FLAC3D软件进行的模拟,其在桥梁桥基稳定性数值模拟分析中发挥重要作用。以清江水布垭拟建跨江特大桥梁桥位区三维地质模型的建立为例,分析其在工程中的应用。     

三维水文地质建模技术研究综述

从空间数据模型、模型的构建方法、复杂地质体建模及应用三维水文地质模型进行地下水数值模拟等几个方面论述了三维水文地质建模技术的发展和研究现状,分析了目前三维水文地质建模技术的难点和不足;对未来三维水文地质建模技术的发展提出了建议;得出虽然目前一些难点和不足限制着三维水文地质建模技术的发展和应用,但由于水文地质行业对可视化及定量化的迫切需求及建模理论和建模技术的提高,其在水文地质行业中将发挥越来越重要的作用;最后,指出了针对不同应用的指导性质的概化原则、方法及标准体系的研究是未来专业水文地质工作人员重点研究的方向之一.     

三维地质建模技术在水力发电工程中的应用

三维实体模型是描述水电工程地质问题的最有效方法之一,通过对地质体对象的分类及其三维建模方法的研究,从建模功能、数据表达和数值计算分析等几个方面系统地研究了三维地质建模技术,并最终在岩滩、万家口子和小湾等3个实际的水力发电工程中得到应用.     

CFD技术在泵装置水力优化设计中的应用

介绍了CFD技术在水泵装置水力设计过程中的作用、预测泵装置损失的方法及泵装置整体模拟技术。CFD整体模拟技术已应用于南水北调东线工程灯泡贯流泵装置研究中,获得了较好的研究成果。基于CFD技术,应用整体数值模拟和模型试验相结合的研究方法,对我国南水北调工程低扬程泵站科研和设计水平的提高产生深远和积极的影响。     

地下水数值模型在中国的应用现状及发展趋势

地下水数值模型在地下水资源定量评价及相关领域研究中得到了广泛的应用。本文介绍了几种流行的数值模拟模型,阐述了模型特点及其在我国的应用现状。指出模型对客观实体概化存在误差,模拟精度有待于提高;裂隙介质、岩溶介质中的地下水运移模拟技术未解决,限制了模型应用范围;强调了模型数据前后处理能力的不足;指出了模拟技术在地下水源汇项概化、地下水运动机理方面的发展前景,提出多种模型耦合以及与GIS紧密结合的重要性,并指出由于使用对象的转变给地下水模型发展带来的新机遇。     

基于逆向工程的混流式水轮机转轮建模研究

随着科学技术的发展,逆向工程被广泛运用于工业设计中。逆向工程技术具有有效缩短产品设计、开发周期,降低新产品开发成本的优点。本文以一专用于大变幅水头条件下的混流式水轮机转轮为研究对象,探索研究混流转轮逆向建模过程中的重点与难点,最后通过水轮机全流道数值模拟验证了转轮逆向结果的可靠性,为混流式水轮机逆向工程持续深入的研究工作提供参考。     

计算流体力学在水处理反应器优化设计运行中的应用

计算流体力学主要通过计算机模拟获得流体在特定条件下的有关信息,这一技术的出现和发展,使得利用数学模型精确模拟水处理反应器设计条件下的处理过程成为可能。综述了应用计算流体力学优化水处理反应器设计和运行的国内外研究,指出了研究中存在的问题:①未从生化反应的基本原理出发建立基于流动、环境因子浓度分布和生化反应的数值模型,优化反应器的设计和运行;②缺乏足够的数据验证数值模拟结果。在此基础上提出了今后的研究重点。     

泰东河流域降雨汇流数值模拟研究

为提高降雨汇流过程计算的精度与准确性,在对现有技术条件进行分析的基础上,提出采用水动力模型进行数值模拟的计算方案。以泰东河流域为对象建立模型,并进行了降雨汇流过程的平面二维水动力数值模拟,计算了给定条件下降雨汇流过程的发生发展过程。研究结果表明:与水文计算中采用的单位线法、等流时线法等常规方法相比,采用平面二维水动力数值模拟技术能够较为真实地表现流域降雨汇流发生发展的完整过程。     

数字模拟技术在淤地坝建设中的应用探讨

随着数字模拟技术的快速发展,人们逐步开始探索将各类数字技术应用到淤地坝规划、建设和监测过程中.本文以淤地坝建设为背景,阐述了GIS技术、GMS三维数值模拟及可视化技术在淤地坝规划中的应用,说明GIS技术和GMS三维可视化技术在淤地坝建设中有着广泛的应用前景,可为淤地坝建设规划提供科学依据.     

水利业务数字孪生建模平台技术与应用

利用数字孪生技术模拟虚拟水场景是智慧水利建设的新要求之一.目前水利行业主要通过数据模拟展示虚拟的水体场景,但该方法难以有效解决实际水利业务发生动态演化、应用需求存在差异化的决策问题.因此,基于数字孪生理念研究水利业务的建模技术具有十分重要的意义.构建了水利业务问题与决策流程的孪生建模平台,通过对水利对象、模型、方案、应...     

基于GIS的POM模型及其在渤海潮流模拟中的应用

地理信息系统(GIS)作为对蕴含空间位置信息的数据进行采集、存储、管理、分发、分析、显示和应用等的新兴技术,显示出在海洋领域研究的重要性.做为目前海洋研究比较流行的数值模拟技术,集成GIS在空间数据处理和解析等的强大功能,以此扩展和开发基于GIS的数值模型的工程耦合形式,成为海洋GIS发展的前沿领域.将GIS在POM潮流模型前处理和后处理中应用,进行了GIS的功能性扩展编程,以文件交换形式,形成GIS和POM模型的分散式结合,并用此方法在渤海潮流模拟中进行了测试,其中在前处理中自动剖分网格和数据的自动提取等技术极大地提高了建模、调试和后处理的效率,而后处理显示等技术的使用为以后的集成一体化开辟了途径.     

分布式水文模型EasyDHM在海河阜平流域的应用

目前很多分布式水文模型还主要应用在科研领域,缺乏在实际的水管理业务中的应用。分布式水文模型EasyDHM的开发则以实用为目的,着重关注模拟效果及建模效率。模型具有友好的操作界面,适用于各种时空尺度的流域水文模拟,并且模型易于扩展,可进行水资源评价。以海河流域阜平水文站以上流域为研究对象,应用EasyDHM模型进行流域水文模拟,通过对模型参数进行敏感性分析及率定,使阜平流域率定期及验证期Nash效率系数达到0．96。分析表明,EasyDHM模型在阜平流域具有很好的适用性。     

数字建模技术在建筑工程中的应用浅析

随着现代建筑创新理论和世界性建筑风格的交汇发展,传统的建筑业也迫切地需要改革和进步。通过介绍数字建模的发展历程,研究了当今数字建模技术在建筑业上的具体应用和优越性能,通过利用数字建模技术的可视化方法,可以模拟和仿真建筑工程设计、管理、施工等过程,更好的完成各项工作的优化和管理,帮助设计、施工单位创造最大化经济效益。     

水工数值模型在河道洪水验算中的应用

文中利用DHI开发的MIKE11、MIKE21软件分别建立现状堤防条件下的一、二维洪水演进模型。由于河道存在着一维特性,通过对河道内洪水演进进行一维数值模拟,二维数值模拟耦合,取得了较好的效果。在对河道一维洪水数值模拟中,可以看出,一维模型建模简单,可以随时根据河道断面更新数据对模型进行修改,同时模拟时间较短,可以为河道整治,防洪规划提供科学依据。二维数值模拟所需资料多,精度高,可以校核一维洪水数值模拟结果的准确性。     

ABAQUS在深基坑设计及施工中的应用

以大连地铁某车站基坑开挖为研究背景,综合考虑深基坑降水、开挖、内支撑架设及预加轴力等施工过程,以大型有限元软件ABAQUS为平台,采用相应的数值模拟技术对支护桩系统简化,对施工过程进行合理模拟,建立能够反应实际开挖施工的有限元模型,对各个施工过程进行计算;将有限元计算值与实际开挖过程中的监测值比较分析,验证模拟方法的正确性,得到支护系统的变形及内力随开挖过程变化的规律:支护桩最大水平位移随开挖深度的加深向下移动呈凸形,内支撑轴力在架设后一层时发挥作用最大。研究得到了基坑的数值计算方法的建模思路,可为类似基坑工程提供参考。     

光学云纹技术在离心模拟中的应用

本文介绍了光学云纹技术在离心模拟试验中的应用情况。通过某工程地质力学模型材料作为试验对象,以不同离心加速度作用于此材料试件,对产生的位移和应变进行测量。然后和一般受压方体试件及另一试件的云纹室内实验测出的相应数值对比。结果表明,此法用于离心模拟试验精度是可靠的。从而为发展离心模拟技术提出了一个新的途径。     

丹麦MIKE21模型概述及应用实例

简要介绍了平面二维水流数学模型MIKE21的功能和应用情况,以渤海湾大范围潮流场数值模拟和天津港国际邮轮码头工程小范围港池潮流场模拟展示了该模型的模拟效果,结果表明,模拟结果较好地反应了实际情况。数学模型具有研究经费低、速度快、周期短、不存在比尺效应等优点,随着计算机的发展,数学模型和数值试验在科学研究和工程设计中的地位和作用不断提高,将水动力数值模拟的全过程设计成软件包,配合良好的前、后处理工具,降低技术门槛,使其通用性大大加强,将成为未来水动力数值模拟发展的方向。     

流域水环境数值模拟技术应用及研究展望

在气候变化与人类活动影响新形势下,流域水环境发生了很大变化。水环境数值模拟可以定量描述流域水环境演变过程,是水环境规划、管理与保护工作的重要研究手段。从地表水环境模型、地下水环境模型、流域非点源污染模型3方面,分类归纳了当前主要的水环境数值模拟技术;从流域水环境演变与调控、水利工程对流域水环境的影响研究、水污染防治工程设计、水资源保护规划与管理等方面,总结了流域水环境数值模拟技术的应用情况;最后分析了当前水环境模拟技术的不足,并对流域水环境数值模拟技术的发展趋势进行了探讨。