砂井地基等效平面问题研究

建立并解析了考虑井阻效应、径竖向组合渗流以及土体水平位移的砂墙平面固结等应变模型。以综合考虑各种因素的Tang Xiao-wu均质砂井地基固结理论为前提,根据砂井地基任意深度处平均超静孔压不变的条件,给出了砂井单元向砂墙单元转换的等效公式,使得复杂的砂井空间问题转化为简单的平面问题。采用此种方法,只需调整地基渗透系数,极大地减少了有限元网格中的砂井单元数,降低了计算规模。通过算例,比较了平面应变模型与PDSS（平面应变-空间渗流）情况下的数值解,验证了等效变换公式的有效性和可靠性。     

袋装砂井爆夯处理软土地基的数值模拟方法及现场试验验证

袋装砂井爆夯法处理软土地基是利用炸药在设置有排水通道的软土中爆炸产生冲击和振动而使土体加固的方法。针对该法进行理论研究,提出了一种将袋装砂井爆夯处理软土地基的三维问题转化为二维平面应变问题的数值模拟方法：袋装砂井转化为等价砂墙;利用等效冲量原理,炮孔爆炸压力则转化为等效压力墙。数值模拟中考虑了土体骨架变形与孔隙水非达西渗流的耦合。对数值模拟的现场试验验证分析表明,沉降数值分析的结果与铁路宁启线软基处理现场测试结果具有很好的可比性。所提出的数值分析方法可模拟袋装砂井爆夯处理软土地基的超静孔隙水压产生和消散以及土体沉降变形的动态过程。     

考虑井阻和涂抹的砂井地基平面应变等效方法分析

根据固结度或平均孔压不变的条件,推导出考虑砂井阻力和涂抹效应的砂井地基平面应变等效公式,将砂井地基等效为砂墙地基进行计算,从而使复杂的空间问题转变为简单的平面问题。采用此方法时,只需对地基的渗透系数进行调整,计算方法简便易行,计算结果可以满足工程的需要,便于在实际工程中推广应用。     

考虑变井阻和涂抹效应的真空预压三维有限元分析

真空预压工程中塑料排水板等竖井通水量随地基深度和固结时间而变化,即变井阻效应已经证明是实际存在的。另一方面,在真空预压工程三维有限元分析中,由于竖井和涂抹区在有限元模型中的划分使得三维有限元模拟较为困难。为真实模拟真空预压工程实际情况,在有限元分析中引入变井阻数学模型,并给出变井阻无量纲参数A_1、α_2。另外,为降低三维有限元建模难度,选用合适的网格单元简化竖井区,并用等效方法简化涂抹区,实现了考虑涂抹、变井阻效应的三维有限元分析。以天津港某围海造陆工程为例,建立三维有限元模型进行分析计算,对比分析计算值与实测数据,验证了程序的合理性,为以后软基加固工程三维有限元模拟提供了一种有效方法。     

砂墙地基二维固结自由应变解

将含竖向排水体地基的三维固结变形问题等效为平面应变问题进行数值分析时,砂墙地基二维固结解析解答是合理确定其等效固结计算参数的重要依据。为辨析现有砂墙地基等应变固结近似解答的适用性,针对微单元土体严格的二维固结微分方程,考虑对地基固结有重要影响的井阻作用,以及涵盖完全透水和不完全透水的更一般边界面排水条件,推求得到了其自由应变解答。并与现有解答进行对比分析,同时,分析了泊松比效应以及水平和竖向排水对地基固结的影响。结果表明,现有砂墙地基的等应变固结解答虽然近似,但已有足够精确;砂墙地基以水平向固结为主,竖向固结几乎可以忽略不计;地基固结速率随着泊松比的增大而增大,在将竖向排水体等效为砂墙时,应考虑其作用影响。     

不连续岩体扩展有限元法的前处理

扩展有限元法是针对不连续问题提出的一种改进的有限元法,由于其计算网格独立于结构内不连续面,该方法十分适用于处理不连续问题,因此,该方法需能将不连续面和计算网格的几何信息转化为计算分析所需的单元拓扑信息的前处理。针对扩展有限元法在不连续岩体问题中的应用,系统地研究了二维扩展有限元解决不连续问题时单元拓扑信息生成等前处理问题,给出了单元拓扑信息自动生成算法,将不连续面和计算网格几何信息转化为计算所需要的单元拓扑信息,并在此基础上开发了不连续岩体二维扩展有限元法前处理程序。结果表明该算法和程序的适用性和正确性,同时还表明扩展有限元法在不连续岩体问题求解中有较好的应用前景     

基于弹塑性分析的堤岸分期施工模拟

根据堤岸结构分期施工的特点,以有限单元法为分析手段,取用土体为Mohr-Coulomb模型,基于弹塑性算法,分析模拟了堤岸分期施工的整个过程.同时作为对比,将分期施工的堤岸转化为等效荷载作用于地基土体,进行了有限元分析计算.两种方式的计算结果表明,采用分期施工模拟的方式更接近于实际,其结果用于设计和施工更为安全.     

加筋土不同计算方法之间的关系

加筋土中筋材与土的关系与钢筋混凝土中钢筋与混凝土的关系类似。两者的计算方法也具有相似性。等效附加应力法根据附加节点力计算方法的不同分别对应整体式和组合式方法。钢筋混凝土中经典的整体式和组合式方法构成了等效附加应力法的理论基础。反过来,从等效附加应力的角度分析,虽然分离式、整体式、组合式3种方法的单元刚度矩阵不同,但在本质上其实是一致的,区别主要在于边界上等效附加节点力的分配有所不同。（整体式和分离式可看作是特殊的组合式。）等效附加应力法的思想揭示了3种方法内在的处理原理,并且能够用于解释3种方法计算结果异同的原因。借鉴接触面的研究成果,选择合适的应变比例系数计算方法,也能在整体式和组合式方法中考虑筋材和土的滑移情况     

基于地质建模的保德Ⅰ单元煤层气井产能响应特征

煤层气资源条件及储层物性特征是煤层气勘探开发的基础,开展煤层气藏地质建模,厘清煤储层在空间上的展布特征,解释单井产能差异,可为煤层气选区、布井提供理论依据。以山西保德Ⅰ单元为研究对象,基于煤心含气量实测数据和试井渗透率测试,采用支持向量机算法（SVM）和变形F-S渗透率计算公式建立研究区含气量和渗透率反演模型,完成162口煤层气井含气量和渗透率测井数据的分析。进一步采用随机建模方法建立研究区含气量和渗透率模型,由模型计算结果表明:4+5号煤层的含气量为2.0~5.2 m3/t,平均3.3 m3/t,8+9号煤层含气量为2.4~9.2 m3/t,平均5.1 m3/t;4+5号煤层渗透率为（0.8~9.8）×10-3 μm2,平均6.1×10-3 μm2,8+9号煤层渗透率为（2.8~11）×10-3 μm2,平均7.3×10-3 μm2;保德Ⅰ单元总体表现为低含气量、高渗透率的煤层气藏开发单元。基于建立的地质模型,进一步分析研究区煤层气储层等效含气量、资源丰度、含气饱和度等平面展布规律,对比分析2口典型井（B1-X1和B1-X2）的地质条件,发现B1-X1井各项参数均优于B1-X2井。从过井剖面和生产曲线可以看出,影响两井产能差异的因素主要包括资源条件和储层物性条件,其中后者起决定性作用,B1-X1井条件明显优于B1-X2井。综合分析可以得出,渗透率差异是影响煤层气开采的关键参数,而煤层气资源丰度和吸附饱和度是评价煤层气井维持高产和长时间稳产的重要因素,煤层气开发前需查明煤储层主要地质条件和物性参数,为煤层气开发工程设计提供依据。      

排水固结法加固软基变形简化计算分析

插板和砂井堆载预压是处理软基有效方法之一,现有的沉降变形计算方法大部分采用轴对称理论的解析解和以太 沙基或比奥固结理论为基础的数值解,仍较为复杂。根据软基排水固结机理,采用固结度等效原理,对渗透系数进行调整,把 砂井(插板)地基简化为均质成层地基。运用有限元对某软土路基处理工程进行简化计算,并和监测结果进行对比分析,对简 化计算方法进行验证。发现具有较好的准确性,为实际软基处理工程的沉降变形分析提供了一种简单实用的方法。     

Structure analysis for concrete‐faced rockfill dams based on information entropy theory and finite element method

Numerical simulation methods are extensively used to analyze the stress and displacement of concrete‐faced rockfill dams (CFRD). The results of these methods are influenced by fuzzy factors, i.e. geometric features, material properties, loads and boundary conditions, which exist widely in the engineering of CFRD as a kind of commonly uncertain factor. To solve this problem, the information entropy theory and the conventional method of structure analysis, namely, finite element method (FEM), were combined in this work. Information entropy, as an effective tool of measuring uncertainty, was used to represent the uncertainty of CFRD. Based on the model that can transform fuzzy information entropy into random information entropy, fuzzy structure can be transformed into equivalent random structure, then mechanical characteristics of CFRD were analyzed by well‐developed stochastic FEM. As an example, one CFRD was chosen to analyze the structure, and the result shows that this method is effective. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

岩体裂隙中渗流场有限元随机模拟分析

采用有限元方法数值,模拟了开度随机分布裂隙中的渗流场问题。根据给定的裂隙开度均值和标准差,随机分布生成有限元模型中的单元裂隙开度,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同裂隙开度标准差条件下的等效导水系数,研究等效导水系数与裂隙粗糙度之间的关系。数值模拟结果表明,与光滑平直的裂隙相对比,在裂隙平均开度为常数、开度随机正态分布的条件下,表面粗糙裂隙的等效导水系数略有降低;对于裂隙平均开度为0.5 mm的裂隙模型,裂隙开度标准差从0.01 mm变化到 0.2 mm,其等效导水系数变化小于5 %。传统的渗流控制方程无法精确描述地下水在粗糙裂隙中的流动特征,因为在压力水头的定义中忽略了速度项。     

模糊聚类动态图的性质

模糊聚类分析在地学中有广泛应用。其核心问题之一是确定相似系数。目前有14种以上的定义,且多含有参数。为免除应用者选择之苦,本文证明对某几种相似系数定义中的不同参数值都代表相同的分类结构,只要适当选择一个参数值就够了。核心问题之二是作出聚类动态图。本文引入等价模糊矩阵的脊形变换得到脊形矩阵,已证明n阶脊形矩阵至多含有n个互异元素（包括主对角线元素1）,它们分布在1级对角线上。取这些数值作为人阀值就能作出聚类动态图。对于众多的分类集合U,脊形变换能使U的元素重新排列,使任一等价类的元素都相邻排列,便于计算机自动输出聚类动态图。     

Semi‐analytical solution to one‐dimensional consolidation for unsaturated soils with semi‐permeable drainage boundary under time‐dependent loading

This paper presents semi‐analytical solutions to Fredlund and Hasan's one‐dimensional consolidation of unsaturated soils with semi‐permeable drainage boundary under time‐dependent loadings. Two variables are introduced to transform two coupled governing equations of pore‐water and pore‐air pressures into an equivalent set of partial differential equations, which are easily solved by the Laplace transform. The pore‐water pressure, pore‐air pressure and settlement are obtained in the Laplace domain. Crump's method is adopted to perform the inverse Laplace transform in order to obtain semi‐analytical solutions in time domain. It is shown that the present solutions are more general and have a good agreement with the existing solutions from literatures. Furthermore, the current solutions can also be degenerated into conventional solutions to one‐dimensional consolidation of unsaturated soils with homogeneous boundaries. Finally, several numerical examples are provided to illustrate consolidation behavior of unsaturated soils under four types of time‐dependent loadings, including instantaneous loading, ramp loading, exponential loading and sinusoidal loading. Parametric studies are illustrated by variations of pore‐air pressure, pore‐water pressure and settlement at different values of the ratio of air–water permeability coefficient, depth and loading parameters. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

Coupled boundary element/finite element analysis in geomechanics including body forces

A coupling scheme for boundary and finite elements using joint elements is proposed which includes the consideration of body forces. In this scheme the boundary and joint elements are formulated in a similar way as finite elements (i.e., the equivalent FE procedure). These joint elements are efficiently used to combine different BE regions. For the evaluation of a body forces, two methods are compared on computational efficiency and it is found that the method using Galerkin tensor is more efficient than the method dividing the problem domain into several internal cells. Two main geotechnical problems considering self weight are numerically examined using this coupling procedure.     

时频分析法在检测混凝土构件质量中的应用

时频分析是近年发展起来的一种新的数学分析方法,这里应用时频分析的方法分析混凝土构件质量。对于混凝土构件的高频地震数据,利用自编的MATLAB程序进行短时傅里叶变换,提取各时窗的主频,然后用SURFER绘制时间-频率等值线图。在利用时频分析方法对混凝土模型和实际资料进行处理后的结果表明,应用时频分析方法可以极大地提高分辨率和实用性。     

渗流井取水方式在大会坪水源地的应用

渗流井是一种结构较为复杂且有别于水平井及其他井孔的取水建筑物,利用河床砂砾石层的净化作用,将河水转化为地下水以获得水资源,该工程在干旱半干旱地区作用尤为显著。通过引入“等效渗透系数”,建立研究区的地下水流三维数值模型,分别模拟计算了平水期和枯水期渗流井的出水量,最终确定大会坪研究区的建议开采量为30600 m3/d。     

Thermo-mechanical performance of layered transversely isotropic media around a cylindrical/tubular heat source

We develop a new numerical model based on a precise integration method to investigate the coupled thermo-mechanical performance of layered transversely isotropic media around a cylindrical/tubular heat source. To obtain the relational matrices of the extended precise integration method, we first convert the governing equations of the problem into ordinary differential matrix equations through the Laplace–Hankel transform. Then, the cylindrical heat source is divided into a series of plane heat sources, and the plane temperature load term is added to the state vector between layer elements. By combining the layer elements, we build a layered transversely isotropic numerical model containing a cylindrical heat source in the transformed domain. Finally, we solve the model in the transformed domain and obtain the solution of the problem in the real domain through the Laplace–Hankel transform inversion. The accuracy of this method is verified by comparing the solutions with the results of the analytical method and the finite element method. Then, we study the influence of the anisotropy of thermal parameters, the embedded depth, the length/radius ratio, the type of heat source and the stratification of the medium on the thermo-mechanical coupled performance.

     

基于投影寻踪回归的指标规范值的水质评价模型

传统的投影寻踪回归(PPR)的矩阵表示法用于水质评价,当指标较多时,不仅优化参数矩阵元的学习效率低,而且优化效果亦受到影响。若适当设置3类水体(地表水、地下水和富营养化水体)各指标的参照值及指标值的规范变换式,使不同指标的同级标准的规范值差异不大,从而可以认为用规范值表示的不同指标皆与某个规范指标"等效"。因此,只需构造并优化得出对各指标规范值都共同适用的2个指标变量的NV-PPR(2)和3个指标变量的NV-PPR(3)模型,对于指标变量较多的NV-PPR建模,只需将其分解为若干个NV-PPR(2)和(或)NV-PPR(3)的组合表示即可。对模型的实用性进行的效果检验表明:基于指标规范变换的3类水体的水质评价的投影寻踪回归模型具有形式简洁、计算简便和普适通用的特点。     

反应位移法在地下综合管廊抗震设计中的应用

为探讨反应位移法在地下综合管廊地震分析中的适用性及地基弹簧刚度选取和模拟方法,采用SAP2000结构有限元软件进行地下结构地震反应分析,研究基床系数、地层剪应力计算方法对结构地震响应的影响,并与PLAXIS软件的动力时程分析结果进行对比分析。结果表明：反应位移法在地下综合管廊的初步抗震计算中可优先选用;在地基弹簧刚度计算方法中,推荐使用日本公式法和常规静力有限元法,并尽量考虑土层分层情况,若一味作均匀等效化,可能导致土体动剪切模量偏大,土层均质等效计算的结构内力值与动力时程法的结构内力偏差达到-400%~-250%;建议采用SAP2000程序中实现仅受压行为的两节点缝单元+远端固定铰支座相结合的方法模拟法向地基弹簧,采用常规土弹簧单元模拟切向地基单元。