三维非均质岩体各向异性渗流场分析

通过对天生桥一级水电站引水系统非均质各向异性岩体渗流场的模拟计算，提出了三维非均质岩体各向异性渗流场的计算方法，并导出三维排水廓道边界的计算公式和三维自由水面边界的迭代方法，通过对不同参数对渗流场影响的研究和各种运行工况三维渗流场特征的分析，得出了三维各向异性渗流场的一些基本规律，为高压引水管道的设计，施工提供了合理的设计依据。     

地下水渗流非构造网格有限差分法数值模拟研究

研究山区地下水的区域多处于水文地质条件复杂,内外边界不规则,各向异性非均质的地段,为了客观准确地分析山区地下水渗流分布,在已有非构造网格有限差分数值模型基础上重点探讨了内部非均质边界上结点参数的取值方法,结合有相同网格划分的有限单元数值模型,通过在某实例中的具体应用,并用实测值来检验,分析比较各种取值方法的精确性与可靠性,选出最佳取值方法。     

岩体渗流参数统计模型及其应用

合理确定岩体的渗流参数是水利水电工程渗流分析和控制的基础,但受岩体非均质性和渗流状态的影响,岩体的渗流参数不仅类型多样,而且变异性强,部分渗流参数甚至难以通过现场试验确定。通过收集数万组室内和现场渗流试验数据,开发了岩体渗流参数数据库系统,研究了各类岩体渗流参数的统计特征,建立了岩体渗流参数的统计模型,并简要对比了岩体渗透系数取值的分区法和分布法对工程渗流场的影响。结果表明：河谷区岩体的渗透系数在数值上服从对数正态分布,其均值和对数标准差随埋深的变化规律可分别采用幂函数和Logistic函数描述;在非达西流态下,岩体的惯性渗透系数与渗透系数在统计上服从3/2幂次关系;在非饱和状态下,岩体van Genuchten模型参数的置信上限可通过渗透系数估计,进而可通过反演分析确定其代表性取值。研究成果对于水利水电工程岩体渗流参数的类比、分析和确定具有重要意义。     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上，把裂隙岩体看作是离散网络模型，分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性，建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型，并推导了控制方程．对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究，提出了渗流场—应力场耦合的分析模型，推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式。     

考虑渗透率张量的各向异性油藏有限元数值模拟方法

考虑完全各向异性渗透率张量,建立了混合边界各向异性油藏弹性微可压缩单相流体不稳定渗流的数学模型.根据变分原理,将压力微分方程的边值问题转化为泛函的极值问题,建立了渗流模型的有限元方程.针对典型的均质各向同性和均质各向异性渗流问题进行了模拟计算,得到油藏内压力动态分布曲线,并分析了曲线特征.与解析结果的对比表明,有限元法计算精度很高.适用于求解利用渗透率张量表征的各向异性渗流问题.为各向异性油藏的开发和精细油藏数值模拟提供了理论依据.     

节理岩体三维复合等效模型

将含有多组节理论的岩体复合等效均质的各向异性体，推导出了受任意多组节理切割的岩体的三维等效本构关系，编写了计算程序，根据完整岩体，节理的性质及产状参数，可以很方便地预报节理岩体的三维复合等效刚度矩阵及弹性常数。     

裂隙岩体温度-渗流耦合数值流形方法研究(研究生论坛)

在建立岩体裂隙岩体温度-渗流耦合微分控制方程的基础上,基于裂隙网络渗流理论和数值流形理论,通过分析考虑裂隙作用的温度场和流形覆盖与裂隙网络的关系,以裂隙网络节点水头、覆盖温度函数为求解量,提出了裂隙岩体温度-渗流耦合的数值流形方法。该方法利用数值流形理论中网格、覆盖及流形单元的关系,可以在同一数学网格下实现了对温度-渗流耦合场的迭代求解。由于渗流裂隙网络必定会与材料边界相交,所以数学网格不受边界及裂隙限制,能够有效的避免常规方法中裂隙处网格划分问题,因此该方法特别适合于模拟裂隙岩体的耦合问题。最后,运用该模型对部分算例进行了计算,验证了方法的正确性。     

水平裂缝油藏整体压裂改造数值模拟研究

根据低渗透油藏注水开发的生产特点和水平压裂裂缝的渗流特征,考虑到油藏非均质和各向异性、裂缝导流能力随生产时间的失效性以及不同井网类型等因素的影响,建立了三维油水两相的油藏和水平裂缝渗流数学模型,并构造了模型的高效数值算法.在此基础上研制了水平裂缝参数优化软件,通过计算不同裂缝半径和导流能力对油井产量、含水率、采出程度和最终采收率等指标的影响,优化合理的裂缝参数,用于指导现场的评价和设计工作.     

非均质各向异性对地层渗流及油井产能的影响

非均质和各向异性对油藏内渗流及油井产能有明显影响.假设各向异性地层被间断面分隔成具有不同渗透率的非均质区域,利用坐标变换和镜像原理得到非均质各向异性地层渗流流动的解析解,给出了渗流特征和油藏工程分析.通过分析得出:一般情况下各向异性地层中的井点与其镜像井相对于间断面呈非对称分布,等压线在各区域内部呈椭圆形分布,但在间断面附近呈不规则分布.当相邻区域渗透率小于井所在区域渗透率时,各向异性强度越大,间断面与渗透率最大主方向夹角越大,则井控制面积越小,产量越小;反之亦然.当间断面与渗透率最大主方向夹角较大时,应适当加大井位到间断面的距离,以便增加单井的控制面积和产量;当间断面与渗透率最大主方向夹角较小时,应适当缩小井位到间断面的距离,以便提高间断面附近地质储量动用程度和最终采收率.     

各向异性裂隙岩体渗透系数计算方法探讨

针对岩体裂隙系统提出了计算各向异性渗透系数的方法，给出了使用有限差分法计算各向异性渗透系数的数值方法和差分单元渗透性的计算公式，并以实际裂隙网络系统资料为基础进行了该方法的应用探讨．该方法可以在已知裂隙网络的基础之上计算岩体的各向异性渗透系数．通过加密剖分网，它可以更好地消除裂隙非贯通性的影响，并可以处理裂隙充填等问题．此外还可以分析裂隙岩体渗透性随测量窗口尺度大小的变化，并进行其连续介质性质检查     

CFD simulation of spontaneous coal combustion in irregular patterns of goaf with multiple points of leaking air

Based on the non-linear air leakage seepage equation for an anisotropic porous medium, on the seepage diffusion equation of multicomponent gas and on the seepage synthetic heat transfer equation of a porous medium, the numerical model for field flow problems of irregular patterns of a goaf with multiple points of leaking air is established and simultaneously solved by the upwind mode finite element method (G3 computer program). According to the complexity of irregular patterns of a goaf with multiple points of leaking air, the flow pattern in a large area of such a goaf and the variation in gases of methane, oxygen and CO and in temperature are theoretically described. In the calculation, the goaf is regarded as a caving anisotropic medium and the coupling effect of methane effusion on spontaneous combustion is considered. The simulation results agree well with practical experience. In addition, the spontaneous combustion process is also simulated, indicating that 1) the spontaneous combustion often takes place near the area where fresh air leaks in and 2) the fire sources can be classified into static and dynamic zones. Therefore, in practical fire preventing and extinguishing, we should clearly distinguish the upstream air leaking points from the downstream ones in order to take proper measures for leakage stopping.     

正交各向异性非定常渗流边界元法计算

计算各向异性介质渗流一直是一个重要研究课题,边界元法由于只在边界划分单元,可降低一维进行计算等特点,且适合于解决无限域问题,在渗流研究中具有一定的独特优点,尤其在处理含有源问题时,本文用边界元法对各向异性介质非定常渗流问题进行数值方法研究与数值计算。对非定常问题在对时间推时涉及到区域积分的计算,本文选取适当的坐标函数,再次应用Ｇｒｅｅｎ公式将区域积分转化为边界积分,因而做到唯边界计算,充分发挥了边     

各向异性复杂地质体内渗流场模拟分析

基于饱和非饱和渗流理论,针对各向异性复杂地质体内渗流场问题进行模拟分析。以阜新某矿典型的褶曲状地质结构为研究背景,应用克立格插值法对地质模型进行三维构建,并在此模型的基础上模拟分析了渗透系数主方向与整体坐标系成不同角度时,压力梯度在地质体内的变化情况。研究结果表明在90°时压力梯度最大,地质体的结构及地层的走向是决定渗流场内压力梯度等值线的走向和疏密程度的关键因素。     

Seepage Anisotropy of Heterogeneous Body

Ore dumps are heterogeneous bodies with anisotropic seepage characteristics because of the ore segregation.In an indoor experiment, a dump was constructed with three strata, where the horizontal and vertical seepage experiments were carried out.Horizontals flow are regarded as phreatic plan flows without penetration.Its seepage law satifies the Dupuit equation.With parallel lay seepage model, the equivalent seepage coefficient in the horizontal flow was obtained and was equivalent to the weighted mean of the seepage coefficient of each stratum.An unsaturated flow appeared in the vertical experiment, with a hydraulic gradient of 1.The vertical flow was equivalent to the seepage model that moved in vertical bedding; its equivalent seepage coefficient depended on the stratum with the minimum seepage coefficient.That the experiment showed clear anisotropy in a heterogeneous body was obvious with an anisotropic coefficient between 63 and 155, which is 25 to 100 times larger than that of a homogeneous body.     

二维扩散方程的5点格式有限近似解法

提出求解二维扩散方程的曲线网格有限近似解法.对非规则区域定常扩散方程和规则区域非定常扩散方程的计算结果与精确解比较,表明该方法既可以用于求解规则区域矩形网格的扩散问题,又可以用于求解非规则区域曲线网格的扩散问题.最后模拟计算了典型的坝基渗流流场,计算结果与实验结果吻合较好,表明该方法具有计算简便、精度高、适应强等特点.     

鸭子荡水库二次加坝后渗流问题的有限元计算

土石坝的扩建加高一般采用下游面培厚加高的方法,加高后的渗流稳定问题是工程安全与否的关键.由于土坝加高后新老土体的渗透性不同,易造成坝体渗透的不均匀性,引起渗透破坏.采用有限元方法,就3种加坝方案,从坝体和坝基各向同性与各向异性2个方面,对均质土坝的稳定渗流问题进行了研究,比较了各个方案的优劣,选取最佳方案.     

止水帷幕作用下基坑渗流场特性分析

基坑开挖卸荷导致土体应力场和地下水渗流场发生改变。为了分析止水帷幕对地下水渗流的影响,选取典型的基坑计算模型,利用FLAC3D对止水帷幕作用下基坑开挖过程进行三维流固耦合计算。分析得出基坑开挖过程中孔隙水压力、渗流场的速度特征、地表沉降量、坑底隆起量等的变化规律。结果表明,加宽止水帷幕的宽度,加深插入深度可以有效地控制这些地下水的不利因素,降低基坑开挖对周围环境的影响。     

各向异性分层介质电磁场并矢Green函数的混合算法

提出一种兼顾精度与效率且不受参数范围限制的各向异性分层介质电磁场并矢Green函数的混合算法,并研究其在求解层状介质电磁响应中的应用。首先给出四种场型并矢Green函数在均匀各向异性介质中的闭合解析解以及在层状各向异性介质中的Sommerfeld积分表示,并重点考察了场源横向距离为零时的解;然后通过对比分析Sommerfeld积分的各种计算方法的优缺点及适用条件,得到一种根据参数范围自动选配最优计算方案的混合算法,并研究了特殊几何模型情况下全空间上并矢Green函数的高效计算问题;最后利用所提出的算法考察了层状各向异性介质背景下偶极子的辐射等实际问题。     

糯扎渡水电站地下厂房区渗流场分析

联合运用固定网格的节点虚流量法及能严密地模拟排水孔实际渗流行为的排水子结构技术,对糯扎渡水电站地下厂房区渗流场进行了三维整体有限单元法分析研究.结合工程的现拟渗控设计方案经多种工况的求解,较详细地分析了该电站地下厂房区的渗流场特性,论证了现有防渗帷幕和排水设计方案的明显渗控效果,为设计提供了可靠依据.在渗流场求解方面应用了目前较好的算法:一方面把排水子结构纳入节点虚流量法中;另一方面把节点虚流量法中的渗流虚域与实域、虚单元与实单元的概念引入排水子结构,使求解有复杂排水孔幕和排水廊道的工程渗流问题得到了较好地解决.     

裂隙岩体裂隙网络渗流场—应力场耦合的刚体元分析

基于裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，首次采用新的数值方法－－刚体元方法进行裂隙岩体裂隙网络渗流场－应力场耦合分析，既避免了经典渗流理论不考虑介质应力的不足，又克服了工程岩体稳定性分析中简单考虑水渗流作用的缺陷。