可变网格下的水库滑坡涌浪数值模拟研究

采用动网格技术,建立了可变网格下的平面二维水库滑坡涌浪数学模型,与传统固定网格下的数学模型相比,克服了难以精确计算水库滑坡体对水体作用的困难.以一模型试验为研究对象,采用数学模型对其进行了复演,模型将滑坡体对水体的作用采用可变网格的思想实现,使滑坡体所占区域的计算网格随滑体下滑.模型计算值与实测值比较表明,两者吻合较好,说明基于可变网格思想的数学模型能够较准确地模拟滑坡涌浪过程,为滑坡涌浪的计算、预测提供了一种新的研究方法.     

一维-三维耦合的明渠瞬变流模拟方法与应用

为精细化模拟明渠中水电站瞬变过程引发的涌浪,克服以往低维模型无法细致刻画涌浪的横向和垂向运动、以及高维模型计算效率偏低等问题,基于水位预测矫正法,提出了一维-三维耦合的明渠瞬变流模拟方法。通过潮汐波浪运动、局部溃坝波和顺直明渠瞬变流算例验证了方法的有效性和准确性,模拟结果与渐进理论解、商用软件模拟结果等吻合较好。将该方法应用在实际工程中,计算了葛洲坝水利枢纽瞬变过程中库区的涌浪过程,分析了瞬变过程的最大、最小涌浪波高和涌浪的衰减规律,结果与频谱分析结果吻合较好,说明了本方法能准确模拟实际的明渠瞬变流过程。     

基于物理模拟试验的滑坡涌浪波幅预测研究综述

滑坡涌浪是海洋、水库和河道中重要的灾害类型,对大坝及沿岸居民的生命和财产造成严重威胁。涌浪波波幅是一个滑坡涌浪灾害评价的重要参数,物理模拟试验是涌浪波主要的研究方法之一。本文基于近几十年来滑坡涌浪物理模拟试验的研究成果,归纳了国内外滑坡涌浪试验的主要滑体模型和水体模型,分析了块体模型和散体模型的参数特征,探讨了水体模型中二维模型试验和三维模型试验的河道特征。结合滑坡模型和水体模型,总结分析了影响滑坡涌浪波幅的控制参数,梳理了不同试验条件下所建立的最大波幅和波高的预测模型。     

水库滑坡涌浪传播有限元数值模拟

库岸滑坡涌浪危害巨大,正确预测库区可能的滑坡涌浪非常重要,是工程可行性论证的重要内容之一。将浅水控制方程应用于滑坡涌浪数值模拟,控制方程采用简便且具有较高精度的两步Taylor-Galerkin方法进行求解。通过算例对数值模型的应用进行验证,结果表明,涌浪产生后将以入水点为源点迅速向四周推进并不断衰减,且随传播距离的增加浪高降幅逐渐减小。计算的涌浪高度及水位变化规律与实测资料吻合得很好,并将滑坡涌浪的沿程传播过程可视化。研究结果表明,文中方法模拟滑坡涌浪传播是有效可行的,可用于滑坡涌浪灾害的预测和防治。     

基于粒子图像测速技术的滑坡-涌浪两相运动分析系统

滑坡-涌浪灾害威胁沿河两岸居民生产生活安全和航道安全。当前尚缺乏同步提供流固两相运动矢量的相关物理试验分析系统,以深刻分析滑坡-涌浪产生机制。文章提出了基于流固两相识别的粒子图像测速（PIV）技术和试验实现方法。利用2560×1024像素的工业相机,该PIV技术可实现在3 m×1.5 m视窗下最小1.17 mm的空间分辨率和0.01 s内最小0.117 m/s的观测速度。同时,提出了与该系统方法有关的误差来源和克服相关问题的解决方法。利用相关硬件设施示范性构建了滑坡-涌浪两相运动观测平台,并编制了专门的解算软件。对三维柱体颗粒崩塌、二维柱体颗粒崩塌及其涌浪和水下崩塌-涌浪进行了展示性试验,取得了良好效果。该系统可以揭示广泛的岩土体及水体运动全过程,具有很好的应用前景;将为滑坡-涌浪及相关动力学领域研究提供强有力的研究工具。      

滑坡体散体化对涌浪波动特征的影响

岩质滑坡在下滑过程中会发生散体化,进而分解成形状及大小各异的块体。已有滑坡体兴波方面的研究多采用单一刚性块体或均匀散体颗粒对滑坡体进行模拟,较少关注滑坡体散体化对涌浪的影响机制。本研究通过开展三维水池物理模型试验,初步探索滑坡体的散体化过程对涌浪波动特性的影响作用。结果表明：初生涌浪的最大波幅和最大波高随滑坡体散体化指标的增大而减小;第一波峰幅值和第一波高的沿程衰减规律符合孤立波理论,且其衰减速率分别依赖于涌浪的最大波幅和最大波高;三维水池试验中第一波峰幅值和第一波高的沿程衰减速度较二维水槽中更快。     

散粒体滑坡涌浪运动特征与能量转化规律研究

滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身,已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点,精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此,以天然碎石模拟散粒体滑坡,建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型,研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括：（1）滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著;厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波,厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波;（2）基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律,水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异,结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%;(3)基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%～3.07%,由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散,相较二维试验转化率较低。通过探讨散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征,揭示滑体-水体能量转化基本规律,研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定...     

三维边界元与二维有限元的耦合模拟技术

根据地下水模拟中某些实际问题的需要，尝试了一种三维边界元（３Ｄ－ＢＥＭ）和二维有限元（２Ｄ－ＦＥＭ）相结合的数值模拟方法。在局部均质的三维流明显的区域，用３Ｄ－ＢＥＭ模拟；而在大部分非均质的以二维流为主的区域，用２Ｄ－ＦＥＭ模拟。在二者公共的内边界上，通过水流的连续性条件把二者耦合成一个体系。这种方法发挥了二者各自的长处。     

迭代有限元法数值模拟若干问题的讨论

以点源二维地电断面为例，着重计论迭代有限元法数值模拟的边界条件，网格剖分以及模拟精度等问题。     

龙滩水电站地下厂房洞室围岩弹塑性数值分析

根据龙滩水电站地下厂房的工程地质条件与开挖设计，采用二维弹塑性有限元法对地下洞室群围岩进行了数值模拟计算，研究了开挖过程中及完成后围岩的变形与应力、各洞室之间的相互影响，提出了设计与施工建议。     

电偶源频率电磁测深二维层状模型参数化反演

本文在大地电磁测深松弛（ｒａｐｉｄ）反演理论方法的基础上，探讨了电偶源频率电磁测深（赤道装置）阻抗视电阻率的二维反演问题。由二维层状模型反演目标函数的近似简化出发。将全剖面的二维反演约化为沿剖面各测点的逐一测点一维反演，从而构制了一个简易可行的二维层状模型参数化反演方案。反演试验表明，这一反演方法是实用和有效的     

基于最大最小原理的三维边坡稳定性探讨

最大最小原理在边坡稳定性分析中的应用,不仅可以检验所建模型的准确性,还可以进一步获得改进计算模型的相关条件。本文利用三维简化Sarma法,分析了滑面剪切力方向采用不同的分布形式引起的稳定系数的变化,计算结果表明,不管采用何种分布形式,当它发生变化时,对应的稳定系数总是存在一个极大值,这就证明了边坡稳定性最大原理在三维边坡稳定分析中的适用性;同时,本文还在一种严格的二维临界滑面搜索算法的基础上,建立了三维临界滑面搜索的算法,利用ZhangXing算例详细分析了目标函数中各变量对稳定系数的影响,结果表明,二维上寻找临界滑面是切实可行的,这也证明最小原理在二维边坡稳定分析中是满足的,三维上则由于三维极限平衡法未考虑三维边坡的边界条件,导致基于三维极限平衡法的三维临界滑面理论上不存在,三维边坡稳定分析结果与最小原理的要求有一定的差异。     

基于距离场的三维矿体模型与地表化探数据的关联关系分析——以红透山铜矿田为例

针对成矿定量预测强调三维空间信息的综合研究的特殊需求,以及定性与定量、二维与三维数据综合分析难等关键问题,本文提出了一种基于三维非均质空间的加权最短距离场算法,既可反映断层破碎带在成矿元素运移过程中的通道作用,亦可回溯出目标体元到源体元的最短路径。应用该方法开展了对红透山铜矿区的三维矿体模型在地表的距离场值与土壤地球化学测量数据的关联关系分析,发现已知和预测矿体共同的距离场与化探异常有更高的匹配性,间接证明了预测矿体的可靠性。该方法一定程度上解释了由矿体导致的地表化探异常,可以为化探、遥感等地表数据与三维地质数据模型进行综合分析及关联关系的提取提供借鉴。     

华南成矿省福建魁歧晶洞花岗岩样品孔隙 结构的工业X CT三维可视化研究

地球科学的发展与各种分析测试技术密不可分。尤其是,随着现代科技的长足进步,产生了更为先进的现代分析测试手段使其在地球科学中的作用日益为世人瞩目,工业X-CT(X-ray Computed Tomography)测量技术即是其中之一。它具有形象、直观显示地质岩矿样品内部的、无损的、原位的二维或三维(立体)信息等特点,可实现对地质岩矿样品CT二维断层图像进行全数字化的三维可视化处理与分析。本研究针对华南成矿省福建魁歧晶洞花岗岩KQ-6样品的孔隙结构,依据工业X-CT技术的原理及方法,获得了样品的CT二维序列图像,借助于数字图像处理分析工具,得到了样品的孔隙度和孔径分布统计结果,孔隙度测量值为8.14%,孔径尺寸0.4~2mm;基于此,开展了该地质样品的三维可视化孔隙结构研究,获得了样品的孔隙连通的拓扑图形,直观展现了样品内部孔隙连通性,这对精细刻画地质样品内部结构特征及成矿流体的研究具有重要意义。     

深圳抽水蓄能电站水压致裂法三维地应力测量和分析

由于水压致裂法地应力测量的突出优点已在国内外得到广泛应用,但以往只能测量钻孔横截面上的二维应力状态。近期兴起的水压致裂法三维地应力测量,已在多个工程中得到应用。深圳抽水蓄能电站采用了3个不同方向钻孔测量法和单钻孔测量法进行了三维地应力测量,得到了很好的测量成果。其中单钻孔三维地应力测量,在近水平向和铅垂向两个钻孔中应用。三维地应力测量成果不仅得到了相应钻孔横截面上和原生裂隙面上二维应力实测值的检验,而且得到了同一位置两种不同三维地应力测量方法的相互印证,和同一个钻孔（铅垂向）中套芯应力解除法三维地应力实测值的印证。两种水压致裂法三维地应力测量成果（单钻孔测量法包含了非铅垂向和铅垂向钻孔的两种测量法）非常一致,能够代表该测量区的地应力状态。     

边界单元法在高密度电阻率法二维地形改正中的应用效果

给出了高密度电阻率法二维地形改正的边界元数值解法及其探测地下煤气管道时进行二维地形改正的应用实例。     

On the boundary conditions in slope stability analysis

Boundary conditions can affect computed factor of safety results in two‐ and three‐dimensional stability analyses of slopes. Commonly used boundary conditions in two‐ and three‐dimensional slope stability analyses via limit‐equilibrium and continuum‐mechanics based solution procedures are described. A sample problem is included to illustrate the importance of boundary conditions in slope stability analyses. The sample problem is solved using two‐ and three‐dimensional numerical models commonly used in engineering practice. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Influence of diaphragm wall installation on the numerical analysis of deep excavation

This paper presents a numerical analysis of the influence of initial stress state on the response of deep excavation supported by retaining wall. Indeed, the influence of diaphragm wall installation prior to excavation works may affect the soil response and lateral wall deflection induced by excavation process. The first part of this paper gives a short review of the numerical methods aimed to reproduce the retaining wall installation. Numerical analysis of a deep excavation in two‐dimensional and three‐dimensional conditions is then performed according to the methods previously presented. In three‐dimensional conditions, diaphragm wall installation is performed considering a sequence of panels, described by their number and length. Results of three‐dimensional calculations confirm that stress state is disturbed by wall installation, which has a sensitive effect on the ground response induced by soil excavation. It is also noted that these results are not easily reproduced in two‐dimensional conditions. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

An artificial boundary approach for unbounded transient seepage problems

A new artificial boundary approach for transient seepage problems in unbounded domain is presented. The artificial boundary condition at the truncated boundary is derived from the analytical solutions for transient seepage problems in one dimension, including solutions, respectively, for flow in one‐dimensional infinite space and for radial flow in an infinite layer, and then it is tentatively applied for some two dimensional problems in addition to the one‐dimensional problems mentioned above. The boundary conditions derived relate the time‐dependent boundary flux with the time derivative of the hydraulic head at the truncated boundary, which makes the implementation much easier compared with the infinite element method. The accuracy and efficiency of the artificial boundary are validated by several numerical examples, which shows that the proposed boundary can give very good results for one‐dimensional transient seepage problems, as expected, whereas reasonable results can be also obtained for two‐dimensional problems, such as two‐dimensional axisymmetric flow and flow in an infinite plane. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

On generalization of constitutive models from two dimensions to three dimensions

In this paper, a study is made of the generalization of constitutive models for geomaterials from two‐dimensional stress and strain states to three‐dimensional stress and strain states. Existing methods of model generalization are reviewed and their deficiencies are highlighted. A new method is proposed based on geometries of the model imprints on two normal planes. Using the proposed method, various three‐dimensional failure criterions suitable for geomaterials are implemented directly into a two‐dimensional model and the generalized model is identical to its original form for the axially symmetric condition. To demonstrate the application of the proposed method, the Modified Cam Clay model is extended using the Matsuoka–Nakai failure criterion. Simulations of soil behaviour for loading in the principal stress space are presented and analysed. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.