移动荷载作用下饱和土体上筏板-上部结构的动力响应分析

根据饱和土比奥理论与最小势能原理及薄板理论,采用子结构法,把上部结构、基础和地基作为一个共同作用的整体,在接触界面上满足变形协调条件,建立移动荷载作用下饱和土体地基-筏板-上部结构共同作用的积分方程。对积分方程的数值求解和相应的Fourier逆变换,得到任意时刻上部结构、筏板的内力和位移以及地基反力。最后通过数值计算,分析了饱和土体参数、移动荷载的速度等对上部结构水平、垂直方向的振动的影响特点。数值结果表明：上部结构各层的水平位移、竖向位移都随荷载速度增大而增加;竖向位移随楼层增加变化不大,当荷载速度较低时,水平位移随上部结构高度的变化曲线平滑少弯折,说明振动较稳定。但当荷载速度较高时,水平位移随楼层变化曲折越明显,层间差异大     

考虑土-结构相互作用下基岩深度对核反应堆厂房基础地震响应的影响

地震会对核电站安全造成影响.随着核电站的数量越来越多,有必要关注在地震下核电站的安全.核反应堆厂房是核电站重要的组成部分,研究其地震响应对核电站有着重要意义.基于直接法,考虑了 3种不同场地(中硬土、软岩、硬岩)在地震下的塑性变形和土的滞回阻尼,使用FLAC3D对土-核反应堆厂房模型系统进行了三维建模.为了捕捉上部结构...     

土与结构间接触面的非线性弹性-理想塑性模型及其应用

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面提出了一种非线性弹性-理想塑性模型,用于模拟土与结构相互作用体系的变形与破坏机理。推导建立了这种接触面单元的应力-应变关系和弹塑性系数矩阵,并且讨论了这种模型在基坑开挖与支护分析应用中所面临的数值计算问题。最后针对某一基坑工程实例,应用这种接触面模型进行了数值计算与分析,结果表明,该模型能够较合理地模拟接触面上的变形机理与受力状态。     

基于流固耦合理论的页岩水力压裂数值分析

水力压裂是一个涉及多相材料相互作用的复杂问题。针对岩石固相提出岩石应力平衡有限元方程,建立液相流动方程和质量守恒微分方程,推导水力压裂岩石流固耦合系统有限元方程。阐述计算模型,对裂缝的发育和扩展过程进行分析,并与实际试验结果进行对比,证明了计算结果的合理性。分析弹性模量对裂缝的影响情况,计算结果表明,随着弹性模量的增加,裂缝高度越来越小。     

动水压力作用下碳酸盐岩溶蚀作用模拟实验研究

为研究岩溶地区水库蓄水不同条件下动水压力驱动下的碳酸盐岩溶蚀作用机制。以乌江流域某水电站坝前地区碳酸盐岩为研究对象,利用自行研制的开放体系压力溶蚀实验系统,对不同动水压力（0～2.0 MPa）条件下CO2水溶液溶蚀碳酸盐岩的过程进行实验模拟,其结果显示,动水压力增大会引起碳酸盐岩的溶蚀作用加剧,溶解速率曲线随动水压力的变化而发生显著改变;随动水压力的增大,岩石的化学溶解量和机械破坏量同时增大,两者的比值随着压力增大逐渐趋于1：1,两者之间存在耦合关系。采用扫描电镜与压汞试验相结合的方法进行微观研究发现,动水压力对碳酸盐岩的溶蚀作用不仅发生于岩石表面,使表面溶孔增大并加深,产生次生孔隙和次生矿物,同时还改变着岩石的内部孔隙结构,降低其渗透性并弱化结构面的连接。     

伪随机激电法的有限单元法数值模拟研究

利用有限单元法和Cole-Cole模型对伪随机激电法进行数值模拟研究。首先简要介绍了伪随机激电法的基本原理,然后在忽略电磁效应的情况下,给出电场的边值问题和变分方程,将模型中大地和极化异常体的电阻率用Cole-Cole模型的参数替换,通过解方程最后得到模型节点上的复电位值。通过改变地电模型的参数,得到了不同参数下幅频率的模型相应曲线。模拟结果与实际情况符合,表明运用有限单元法模拟伪随机激电法中的参数是正确和适用的。     

深埋隧道外水压力计算的解析-数值法

在高水头富水区,抗水压衬砌设计的关键在于外水压力的计算。深埋隧道排水时,沿轴线方向上流入隧道的水量来自于隧道掌子面的前方,当隧道施工足够长度后,可以认为已施工断面的地下水只从隧道两侧向断面内运动,此时可将三维问题处理为二维。对于深埋隧道,当其断面远小于水头时,可处理为一个点井;隧道全断面排水时,隧道断面线可处理为定流量边界。首先建立隧道排水的水文地质概念模型,采用经验解析法预测隧道的涌水量,然后将涌水量代入隧道围岩渗流的剖面二维模型,模拟隧道排水时围岩渗流场的分布,再采用作用系数的方法计算出隧道衬砌的外水压力。     

孔隙水压作用下岩样加载破坏过程的数值模拟

应用自主开发的岩石破坏过程渗流与应力耦合分析软件F-RFPA^2D，通过对孔隙水压作用下岩石试件加载破坏过程的数值模拟，研究了孔隙水压力对岩石强度、应力-应变曲线和破坏模式的影响，再现了受压试件在孔隙水压力作用下破坏过程及其逐步演变的应力场和渗流场。结果表明，孔隙水压力对岩石变形、破裂过程及其破坏模式有很大影响。     

山区公路拓宽路基与衡重式挡土墙动态相互作用的数值模拟

针对山区公路路基拓宽改建的特殊性,运用非线性有限元法,开展衡重式挡土墙修建、新路基逐层分步填筑的动态施工力学行为数值模拟。针对新路基是否加筋、加筋层位以及衡重台上下方新路基填土压实状况的差异性,对新旧路基稳定安全性、滑动面形态、沉降、挡土墙变位等力学响应的影响开展参数敏感性分析。结合室内模拟墙体不同主动位移模式下拓宽路基土工离心模型试验成果,考察新旧路基顶面沉降与挡土墙变位的动态耦合关系。在山区公路路基拓宽改建动态施工中,挡土墙的变位和新旧路基顶面沉降、差异沉降相互耦合,呈正相关关系。衡重台下方新路基填土压实不足会导致新旧路基顶面差异沉降增大。挡土墙主动外倾诱发新旧路基顶面产生较大附加（差异）沉降,宜对新路基自重压密作用造成的差异沉降予以适当修正放大后进行上承路面结构设计。     

基于结构网格的溃坝水流数值模拟

针对溃坝水流数值模拟面临的复杂地形和不规则边界等问题,基于结构网格建立了适应复杂地形和不规则边界的溃坝水流数值模拟有限体积模型（HydroM2D）。模型基于具有守恒特性的二维浅水方程,利用HLLC格式的近似Riemann解计算网格界面通量,利用MUSCL-Hancock法不断向前积分,使模型在时空上具有二阶精度;对源项进行离散处理确保模型的稳定性;模型引入有效干湿边界和不规则地形边界处理方法,准确模拟了干湿单元的动态交替和复杂边界上的水流特性。最后分别利用水槽试验、物理模型和实际算例对模型进行验证。结果表明,该模型对不同情景下的溃坝洪水模拟结果和实测资料以及现有模型模拟结果具有较高的一致性,模拟精度较高,稳定性较好,具有推广应用价值。     

Numerical simulation of a discontinuous gallery lining's behavior,and its interaction with rock

Deep excavation in some geological media needs lining of the gallery. This could limit the extent of the so‐called excavation damaged zone and the resulting convergence of the material due to tunneling. Boom clay, the reference potential host rock in Belgium for disposal of high‐level radioactive waste, is one of these media for which lining of the gallery walls is essential. A correct simulation of the lining behavior in the course of the excavation process, where the rock comes into contact with the lining, and in the long term, remains a significant challenge in analysis of the whole coupled phenomena of rock in interaction with the lining. This study aims to numerically model the lining behavior. The main objective is to develop a model that could realistically simulate the behavior of a discontinuous lining made of concrete segments. We propose to numerically analyze the response of the blocks in contact with each other and in interaction with rock, with the use of zero‐thickness interface elements. To validate the developed model and a proposed approach, a particular analysis compares the obtained results with the available in situ measurements. This study then discusses the deficiency of the simplistic model that considers a continuous lining. In addition, regarding the contact mechanism on the interface between the rock and the lining, the obtained results demonstrate an interesting relation between the contact phenomena and the shear banding within the rock around the gallery. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

侧压系数对圆孔周边松动区破坏模式影响的数值试验研究

利用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,对岩体中的圆孔周边的变形及非线性渐进破坏特征、巷道周边关键部位的应力变化进行了分析,研究了应力场中侧压力系数对围岩应力场分布的影响。研究指出,侧压系数 对应力场分布及圆孔周边松动区的破坏特征起决定作用。当 ≤1时,顶板的塑性区和卸压范围较大,但顶板挠度却较小;当 时,顶板的塑性区和卸压范围较小,但顶板挠度却较大。对于进一步深入理解深部岩体中巷道破坏失稳机制并采取有效的加固措施等具有重要的理论和实践意义。     

非规则网格下二维浅水流动的数值模拟

建立了一种在非规则结构化网格上求解平面二维浅水流动的有限体积方法。通过采用地形在离散网格内双线性变化及离散网格界面间地形连续的地形逼近方法和应用可以有效处理间断问题的Roe格式来离散浅水方程中的对流项,并通过VanLeer提出的状态插值法提高格式精度。在计算原始变量在网格内的插值梯度时,采用最小二乘方法求变量的最优梯度代替差分计算梯度,从而可采用任意形状的不规则四边形网格离散计算域。计算实例表明,该方法能够计算间断问题并能够处理各种复杂流态的过渡,具有较好适应性和计算精度,能够满足不同实际问题的计算要求。