基于Level-Set法的有限元非饱和渗流方法在黄壁庄水库中的应用

针对传统非饱和渗流分析方法中忽略气相作用而导致无法处理气相参与的含自由面渗流这一问题,建立了一种耦合Level-Set法的有限元非饱和渗流分析方法。该方法基于有限元非饱和渗流分析理论,利用Level-Set方法隐式地捕捉自由界面,考虑了入渗过程中的气相可压缩性,能够反映多孔介质中水气两相界面的运动与融合,可以用来求解常规方法无法处理的气相参与的含自由面渗流问题,同时具有自由面构造简单、计算稳定性好、收敛速度快等优点。本文将该方法应用于黄壁庄水库在库水位骤升后出现坝前水面冒泡现象的原因分析中,模拟了该水库坝前水-气两相运移过程,揭示了冒泡现象发生的原因。计算结果表明,此方法可简单、直观地描述水气界面在多孔介质中的运动过程,模拟结果与实际情况较为符合。研究表明,黄壁庄水库坝前水面出现冒泡现象是由水位骤升将铺盖内的空气封住,并随水体入渗压缩空气,出现憋气现象,最后气体释放所致。     

中国洪水预报系统方案参数优选加速方法研究

为有效缩短中国洪水预报系统方案参数优选耗时,选择东辽河支流十屋流域建立三水源新安江模型预报方案,挑选历史最大10场次洪用于参数率定研究。中洪系统利用…\\Temp目录下的文件作为模块之间、模块与系统之间的通讯,参数优选时频繁的文件读写消耗了大量的时间,本文据此设计了三套解决方案:换用固态硬盘和使用虚拟内存盘方案旨在提高中洪系统的文件读写效率,借用河海大学HMCE系统用于测试整个数据流优化之后的效果。当用全局参数优选的基因法重复运行20次进行参数率定时,上述四种方法的平均耗时依次为230 min、55 min、19 min、4.4 min;当用局部参数优选的单纯形法时,平均耗时依次为185 min、45 min、17 min、4.1 min。研究成果可以有效缩短预报方案的参数优选时间,对提高中洪系统的应用效率、研发相关软件等具有重要的应用价值。     

基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟

为了解决黏弹性人工边界在实际应用过程中前处理时间长、不易实现等不足之处,提出了基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟方法。利用单元矩阵等效原理,采用薄层单元构造了等效黏弹性边界单元,并通过在大型通用有限元软件MSC Marc中设置等效黏弹性边界单元的参数属性,实现了黏弹性人工边界的模拟。三维均匀弹性半空间算例和某混凝土重力坝工程实例结果表明:采用等效黏弹性边界单元得到的计算结果与理论解、基于黏弹性人工边界的计算值非常相近,相对误差不超过1%。因此,采用薄层单元的模拟的黏弹性人工边界具有足够的精度,且施加方便,这为实际工程进行抗震分析提供了简便且精确的方法。     

弧形短导航墙对船闸下游引航道内水流结构的影响

通过物理模型试验,结合理论分析,研究了在不同下游水深条件下,直导航墙长度L变化对船闸下游引航道保护长度的影响,并在此基础上研究了增设弧形短导航墙对水流结构的调整与影响。物理模型试验研究表明:直导航墙长度的增加有利于改善船闸引航道口门区的通航条件,但在达到一定长度之后,再增加直导航墙长度对引航道口门区水流结构的改善效果减弱;弧形短导航墙对改善下游引航道保护区域内水流结构有很好的效果,选用较小纵向参数a和较大横向参数b效果更好,但张角不宜过大。     

移动列车作用下大直径顶管群和路基的动力变形和应力

大直径顶管下穿重要铁路干线时,路基的承载力和动力特性必将发生改变,铁路部门要求列车运行时顶管上方竖向动位移与顶管施工前相比变化量≤5 mm。对列车驶过顶管群上方铁路的过程进行了数值模拟,给出路基瞬时竖向位移和顶管附加动应力等结果。采用三维有限元Newmark动力时程分析法和seed等效线性法模拟路基的振动软化,按照实际工程考虑6根直径4.7 m的顶管群下穿京沪铁路,计算列车速度分别为100,200 km/h。计算结果表明,在管道埋深12 m时,路基最大竖向动位移增加1.3 mm,顶管受到的附加拉(压)动应力为0.14 MPa左右,顶管群对铁路运行的影响在容许范围内。     

基于BIM技术的水工隧洞施工进度仿真研究

针对目前水工隧洞施工仿真模型与三维软件结合不足和未实现完整的仿真模拟2个问题,基于BIM技术开展水工隧洞施工进度仿真理论与施工进度4D化技术的研究。首先基于CATIA建立水工隧洞的三维参数化模型;再结合水工隧洞施工特点和仿真原理,建立水工隧洞施工仿真模型;最后提出水工隧洞4D实现框架。通过以上方法实现了水工隧洞施工进度的查询和施工信息的展示。实践证明,基于BIM的水工隧洞施工进度仿真模型可以实现施工进度的计算和施工强度的查询,以提高工程建设过程中的管理水平。     

不同改良剂对不同含砂率粉土改良性质研究

通过人工室内配制不同含砂率(10%、20%、40%)粉土,对其进行改良试验,研究在不同改良剂(石灰+水玻璃、石灰+粉煤灰)、不同配比作用下3种含砂率粉土的改良效果,研究结果表明:随着含砂率的增加,无论是素土还是改良土,其最大干密度均增大;对于石灰+水玻璃改良土,其最大干密度较素土有明显的降低,而石灰+粉煤灰改良土与之相反;石灰+水玻璃改良土最优含水率与素土略有差别,而石灰+粉煤灰改良土与素土最优含水率基本一致;在同一含砂率下,对于不同配比的石灰+水玻璃改良土,其最大压实度和最优含水率并未发生较大变化,10%石灰+20%粉煤灰的压实度高于其他配比情况;在恒定压实度(95%)下,改良土的无侧限抗压强度明显高于素土的无侧限抗压强度,改良剂对粉土起到一定的"维稳"效果,改良剂掺量才是决定无侧限抗压强度的关键因素。     

基于GAM的北京PM_(2.5)浓度变化的影响因素研究

为辨识与测度不同影响因子对PM_(2.5)浓度变化的作用机理,以2015年北京PM_(2.5)浓度时间演变模式为基础,建立PM_(2.5)与各大气污染物(PM_(10)、SO_2、NO_2、CO、O_3)及气象因素(日均温度、风力、风向)的GAM模型,探索不同因素对PM_(2.5)浓度变化的影响作用。结果显示:(1)北京PM_(2.5)浓度具有夏秋季低、春冬季高的时间分布特点;(2)2015年北京PM_(2.5)浓度变化与PM_(10)、SO_2、NO_2、CO大体呈线性正相关,且正相关程度由强到弱为:COPM_(10)SO_2NO_2,而与O_3、温度和风因子的关系更为复杂;(3)GAM模型的拟合优度R~2为0.725,线性回归模型的拟合优度R~2为0.519,相比较,GAM模型对PM_(2.5)浓度变化的解释度提高了20.6%。研究表明,GAM模型对于建立PM_(2.5)浓度变化与影响因素间综合性复杂关系更灵活、更可靠,优于线性回归模型。     

引江济淮试验工程软岩崩解特性及其影响因素试验研究

以引江济淮试验工程为依托,开展砂岩与泥岩的崩解特性试验研究。通过静态烘干-浸水崩解试验,研究不同风化程度的软岩在干湿循环作用下的崩解性状,同时进行耐崩解试验以及点荷载强度试验,揭示崩解性与强度、失水率的相关变化规律。试验表明:干湿循环作用和风化作用均会减弱岩石耐崩解能力;风化岩石的耐崩解指数与干燥岩石点荷载强度成正相关,与岩石的失水率成线性负相关;岩石的耐崩解性与岩石结构类型关系密切。     

基于塑性损伤模型的管片接头阶段分析

基于上海地铁13号线管片接头足尺加载实验,结合ABAQUS中混凝土塑性损伤模型和混凝土结构设计规范,对混凝土CDP模型的参数进行标定,并建立盾构管片接头塑性损伤三维有限元模型,研究管片接头在弯矩和轴力共同作用下的损伤破坏的全过程,对破坏过程中四个阶段的弯矩、裂缝张开量、挠度和损伤之间的关系进行详细分析。结果表明:塑性损伤模型计算得到的挠度-荷载曲线和试验曲线吻合较好,管片接头经历全截面受压阶段、小变形阶段、大变形阶段和接头接触挤压破坏阶段。以裂缝张开量为基础,结合管片接头挠度、弯矩和拉伸损伤带的损伤平均值,提出盾构管片接头损伤破坏的健康评价指标。