贮量集中有限元方法在渗流计算中的优点

普通有限元方法和有限差分方法是渗流计算中常用的数值方法,而贮量集中有限元方法则很少被实际应用。为了使渗流计算者全面了解贮量集中有限元方法,并能够较多地应用这种方法,本文将渗流计算中的贮量集中有限元方法、普通有限元方法和有限差分方法进行了对比,具体比较和分析了有限元方程组的系数矩阵特征、计算工作量,通过具体的算例分析了它们的计算精度,由此指出贮量集中有限元方法的计算精度与有限差分法基本相同,而远好于普通有限元法,它的计算工作量小于其他二种方法。     

贮量集中有限元方法在渗流计算中的优点

普通有限元方法和有限差分方法是渗流计算中常用的数值方法,而贮量集中有限元方法则很少被实际应用。为了使渗流计算者全面了解贮量集中有限元方法,并能够较多地应用这种方法,本文将渗流计算中的贮量集中有限元方法、普通有限元方法和有限差分方法进行了对比,具体比较和分析了有限元方程组的系数矩阵特征、计算工作量,通过具体的算例分析了它们的计算精度,由此指出:贮量集中有限元方法的计算精度与有限差分法基本相同,而远好于普通有限元法,它的计算工作量小于其他二种方法      

用Motif工具库设计地震正演模拟系统人机交互界面

Ｍｏｔｉｆ的功能概要地说就是对各种Ｗｉｄｇｅｔ的创建、管理和回调。利用Ｍｏｔｉｆ工具库为该系统设计人机交互界面的主要步骤为：根据有限元法地震正演模拟系统的总体结构,编程设计系统各层次结构的接口界面,主要包括主窗口、菜单拉杆、下拉菜单和绘图基的创建以及模型数据输入和图形的绘制。有限元法地震正演模拟系统的总体结构由四个层次的内容组成,其主要功能是：输入模型参数和排列参数（包括激发、接收参数）;进行有限元法地震正演模拟计算;修改模型参数并重新进行计算。     

电导率分块连续变化的二维MT有限元模拟（Ⅰ）

用有限元法进行电导率分块连续变化的二维大地电磁的模拟。本文第一部分给了有限元法系数矩阵的计算公式，可用于编制有限元法的计算程度。模型上的计算结果和计算精度的分析交城本文的第二部分介绍。     

土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法

基于拟静力抗震设计概念,提出利用强度折减有限单元法分析土石坝的抗震稳定性,给出了两种确定地震惯性力的方法：（1）依据《水工建筑物抗震设计规范》[1],并结合有关土石坝动态分布系数计算了沿坝高分布的地震惯性力;（2）直接利用土石坝有限元地震动力反应分析得到的单元节点加速度反应,依据建议的方法确定坝体各单元节点的地震惯性力。将上述计算确定的地震惯性力与其他形式的外荷载共同作用到土石坝上,采用强度折减有限元法确定土石坝坝体的拟静力抗震安全系数。对于稳定渗流期,水位降落期等不同工况,或需要考虑振动孔隙水压力作用的饱和无黏性土填筑坝等不同计算条件,给出了使用折减强度有限元法分析坝体抗震稳定性的实现途径和方法。研究表明,有限元法对边界条件、复杂断面条件和材料分区及荷载组合均具有较强的适应能力,因此,使用有限元法分析土石坝抗震稳定性具有显著的优越性。     

考虑残余体应变的土石坝地震永久变形分析

地震永久变形是评价土石坝抗震稳定性的一个重要依据,其合理计算需要同时考虑材料的残余体积应变和残余剪切应变的影响。因此,在过去提出的永久变形等效节点力计算方法的基础上,通过考虑剪切压缩耦合作用来反映残余体积应变对地震永久变形的影响,并推导了相应的模量矩阵,明确了参数选择和计算步骤。对典型单元体的残余变形模式进行了分析,计算得到的剪切应变和体积应变大小均与理论值相符,验证了模量矩阵的可靠性。在此基础上,对心墙堆石坝和面板堆石坝的算例进行了计算,重点分析了竖直向、顺河向和横河向3个方向永久变形分布,并与实测规律进行比较。计算结果表明,考虑残余体应变之后,所提方法能够反映土石坝地震永久变形以沉降为主、水平变形相对较小的特点,可更为合理地反映地震永久变形的规律。     

二维地层结构和速度的走时反演

介绍了在倾斜均匀各向同性层状介质情况下，根据地震反射走时反演二维地层结构和地层一地震射线层析成像方法－走时反演。正演模型射线追踪是根据Ｆｅｒｍａｔ原理实现的，即求解满足该原理的非线性方程组得到射线与界面的交点，进而计算相应的走时。反演是先假设一初始模型，用最优化方法使射线追踪走时的残差极小。最后计算了分辨矩阵和信息密度矩阵，以评价反演结果。对有噪情形也进行了反演。     

土石坝二维地震反应有限元计算的影响因素研究

用有限元法计算土石坝地震反应时,有限元模型的网格剖分、计算边界的处理是计算精度的主要影响因素,也是有限元法分析前处理的主要工作。基于河海大学岩土工程研究所开发的二维有限元土石坝计算程序,分析了网格剖分的形式、网格的合理尺寸、简单边界的计算取值范围对土石坝地震反应的影响。研究结果表明,在土石坝地震反应计算中,网格剖分的整体形式应该水平成层,网格尺寸以最大坝高的7 %～10 %为上限;在有覆盖层的土石坝工程中,简单边界的计算区域应包括覆盖层,并与覆盖层厚度有特定的关系。上述成果可使前处理过程更严谨、更易操作,可作为研究和实际工程计算的参考。     

考虑地震动地形效应的边坡破坏概率——以金沙江下游新市镇附近边坡为例

边坡在地震作用下的破坏概率是地震边坡危险性评价的参数之一。在区域范围内计算地震边坡破坏概率一般采用实际地震滑坡和Newmark永久位移拟合得到的破坏概率公式进行计算。计算中所需的地震动峰值加速度数值大小受不规则地形的影响较大。为了较准确计算出区域地震边坡的破坏概率,本文利用公式分别计算了地震动峰值加速度地形效应系数和地震边坡滑坡概率,实现了地震动峰值加速度及滑坡概率的连续分布。在计算地表30 m平均剪切波速时,利用回归分析方法得出了Vs30与地形梯度G的连续性关系。这些方法充分考虑了地形在地震动峰值加速度中所起的作用,能够实现地震边坡破坏概率计算结果的连续性,如实反映了地震边坡破坏概率的实际状况,为更准确评价地震边坡滑坡危险性提供了新的思路。     

改进的双参数层状地基模型

文克尔地基模型广泛应用于弹性地基梁、板的设计计算,但由于该模型过于简化,不能正确反映地基土的工程性质。为此,提出了一种改进的双参数层状地基模型。该模型是Vlazov模型的延伸和发展,由一系列的弹性层组成,对每一层的应力应变分布做了一定的假设。通过积分变换的方法,可以求出该模型每一层表面位移与力的关系,进而形成层刚度矩阵。按照有限元法的原理,将每一层的刚度矩阵凝聚成总体刚度矩阵求解,与Vlazov模型计算结果的比较,证明该方法是正确的,还得到了荷载作用于层状地基模型内部的解,为双参数层状地基模型用于桩基分析打下了理论基础。     

频率域单程方程三维叠前正演中的波场替换

利用定位原理进行三维叠前正演,仅靠单程声波方程的延拓即可形成复杂地质条件下的正演记录,运算效率高无多次反射出现。但速度模型中对于过大或过小的速度常使波场在延拓时有频率和波数成分的损失,这种损失引起波场畸变并严重影响正演记录的质量。本文采用波场替换技术,在每次延拓时用零相位子波形成一个同时保留了原波场的动力学特征与空间位置信息的新波场,然后用新波场取代原畸变波场并参与正演记录合成。在频率域单程方程三维叠前正演中特别适合做波场替换,因为震源脉冲与接收响应(均可视为点脉冲)的延拓波场在形态上相似,而且在延拓波场中每道记录之振幅包络只有一个极值点。理论试算结果表明,采用波场替换技术后最终正演记录质量比替换前有了很大改善。      

地震波场正演模拟中的有限单元方法

本文介绍了地震波场正演模拟中的有限单元方法。首先从粘弹性波动理论出发,推导了满足粘弹性介质的有限元方程,其次用不含阻尼矩阵的有限元方程模拟了地震记录。地表实例是自由界面的瑞雷面波。VSP记录有水平层、倾斜层;有零井源距和非零井源距;有线状和对称震源。 在程序中采用了超压缩存贮和分块计算措施,对降低有限元法要求计算机内存和运算速度的苛刻条件上做了有益的尝试。     

等时叠加波动方程叠前正演

非零炮检距地震正演模拟在复杂区叠前地震资料处理和解释中有着重要意义。通常使用射线追踪法和全程波动方程法来实现这一模拟。通过提出等时叠加原理和数学检波器表达式，形成了非零炮检距地震正演的新一类方法——单程波动方程法。该方法与射线追踪法相比能保持波的动力学特征，正演结果与实际地震记录相似性好。并且在计算过程中，人工干预的程度低，操作简便。与全程波动方程法相比，该方法计算效率高，且不产生直达波、多次波等干扰，信噪比高，与目的层相对应的一次波突出，波型识别难度不大。因此，单程波动方程法特别适合于复杂油气藏反射地震资料的正、反演研究。     

隧道地震预报波场的有限元数值模拟

在勘探地球物理领域中,能快速、有效地数值模拟2D和3D的地震全波场,包括同时模拟P波、S波、面波多分量波场特征的软件并不是很多;但在结构力学领域中,已有多种成熟的多波多分量有限元数值模拟大型商用软件用于求解弹性本构方程,如ANSYS,PLAXIS等。从方程结构来看,弹性本构方程与完全弹性波动方程相比,只多一项对时间的一阶微分项--阻尼项。因此,调整合理的介质参数--Rayleigh系数,令阻尼项近似为0,弹性本构方程就蜕化为完全弹性波动方程。隧道地震波场是在岩体中传播,具有弹性参数较好、无常规地震勘探中覆盖层等低速带干扰等的优点,采用ANSYS软件对隧道地震波场进行数值模拟,研究了频散、阻尼与吸收边界等数值模拟的相关技术。针对介质吸收,比较了数值模拟中有无阻尼的时间记录和波场快照,对隧道地震预报来说,将阻尼系数设定为0是一种合理的假设;比较了实例中不同网格长度与频散的关系,当网格长度小于波长的1/π倍时,才能消除频散;通过由波方程的推导,引入了黏弹性边界条件,通过实例计算证明它可以有效地吸收边界反射;最后对隧道地震预报进行了实例计算,算例表明采用ANSYS软件可以有效地模拟隧道复杂地质条件下全波场的激发传播过程。     

多次波正演与SRME技术影响因素分析及应用

针对深水采集的地震数据包含严重的多次波,多次波与有效波互相叠合使得地震剖面的同相轴难以区分和追踪解释的情况,采用实际资料的层位,建立三维地质模型并用实际的导航数据正演模拟野外放炮施工,由于正演模拟的数据层位较少,可针对性地分析三维SRME技术预测多次波模型的影响因素,如空间采样、扩展半径等,然后应用于实际地震数据的SRME处理,比较二维SRME与三维SRME的应用效果,验证了三维SRME比二维SRME能更有效地衰减多次波。     

地震波混合阶褶积算法模拟

基于正反傅立叶变换,提出了地震波模拟的混合阶褶积算法。该方法原理简单、易于实现,结合了有限差分与伪谱法的优点,具有较高的精度和计算效率,适用于地震波场的正演计算,同时还给出了二维地震波场的理论计算实例。计算结果表明,此算法模拟结果正确、精度高、速度快、能适应较为复杂地质模型,并且易于推广到各向异性介质中去。     

沁水盆地黄土塬区三维地震勘探激发层位试验研究

沁水盆地黄土塬区地表黄土覆盖厚度不均，地震波速度差异较大，对地震勘探的激发有较大的影响.针对区域地表地层特点，设计地震地质模型，分析不同激发层位地震正演记录.结合试验区现场试验，对比分析了正演模拟记录.结果表明，合理的激发层位能够有效压制干扰波，突出目的层位反射波，提高黄土塬区三维地震原始资料的品质.     

地震数学模型技术在煤矿采区地震勘探观测系统设计中的应用

根据安徽淮南某煤矿的地质构造特点及煤层赋存形态,在三维地震测区中部选择了一条典型地质剖面,据此建立了陡倾角二维地震数学模型,并从波动方程出发确立了模型的三维地震观测系统。通过对正演模拟得到的炮集记录、叠加剖面、偏移剖面上的波场特征的分析,确定了适合勘探区地质条件的采集和处理方法。对该二维模型数据的处理结果表明,叠后偏移手段不适合陡倾角区煤层地震资料的处理,而叠前时间偏移可有效保证陡倾角勘探区块的地质目标成像。根据陡倾角目的层及逆掩断层区域开展地震勘探的难点问题,提出了适当调整观测系统、提高空间采样密度等措施。根据多年在淮南矿区开展采区三维地震勘探的工作经验,认为该区最佳观测系统为方位角特性好、共面元道集内炮检距分布均匀的八线八炮制束状规则观测系统。     

应用地质和地震反演信息进行三维沉积微相随机建模

探讨了综合应用地质及测井约束地震反演信息进行三维沉积微相随机建模的基本原理、思路与方法，并以渤海湾盆地某区块新近系明化镇组河流相储层为例，说明这一研究过程的基本步骤，包括井眼沉积微相解释、测井约束地震反演、波阻抗与地质相的概率关系分析、随机模拟方法选择、地质统计特征分析、三维随机建模、随机模拟预测的多解性评价。研究表明，波阻抗与沉积微相之间具有一定的概率相关关系。综合应用包括地震信息在内的多学科信息进行沉积微相随机建模，可对储层预测的多解性进行有效评价。     

沁水盆地黄土塬区三维地震勘探激发层位试验研究

沁水盆地黄土塬区地表黄土覆盖厚度不均,地震波速度差异较大,对地震勘探的激发有较大的影响.针对区域地表地层特点,设计地震地质模型,分析不同激发层位地震正演记录.结合试验区现场试验,对比分析了正演模拟记录.结果表明,合理的激发层位能够有效压制干扰波,突出目的层位反射波,提高黄土塬区三维地震原始资料的品质.