数值模拟在反演矿区水文地质条件中的应用

地下水数值模拟技术已经普遍应用于矿区水文地质问题的研究,以涌水量预测居多,但对于矿区水文地质条件的反演目前仍处于探索阶段.针对马坑矿区开采条件下关键水文地质条件认识不清的事实,以矿区岩溶裂隙地下水为研究对象,建立了三维地下水水流数值模型,并利用地下水位动态及涌水量资料对模型进行了识别,反演了矿区目前存在的若干重大水文地质问题,对矿区的边界条件、充水来源及途径、地表入渗等问题有了进一步的认识.该方法也是对数值模拟技术应用的一种新探索.     

软基路堤填土施工期的稳定性反演分析

提出了依据填土施工期的路堤沉降观测资料计算路基的总瞬时沉降量、总主固结沉降量和地基固指数的基因反演方法，并以实例反演计算有关参数，然后将理论模型和实测结果进行比较，二者符合较好。最后用简化Bishop条分法计算了填土过程中路堤的稳定性。     

电阻率层析成像反演中若干问题的讨论

以双异性点电流源电流场二维地电断面为例，着重讨论了电阻率层析成像反演中有限单元法数值模拟边界条件的选择，网格部分以及模拟精度等问题，同时也讨论了成像反演中最优化反演方法及拟合参数的评价等。文中提出的网格部分方法和选择的边界条件可有效地提高计算速度和数值模拟的精度。     

地下水污染强度反演的数值方法

对淄博市张店沣水南部区域地下水的硫酸污染问题进行了初步探讨,利用1988～1999年间的观测数据,对污染强度进行了数值反演,计算结果与实际估计值基本吻合.     

基于断层滑动数据古应力反演的影响因素及其误差分析

古构造应力场是构造动力学研究中的一个重要内容,且断层滑动数据古应力反演已经成为古构造应力场恢复研究中比较常用的重要方法之一。近年来,断层滑动数据古应力反演方法研究和应用取得了一系列重要进展,但有关反演结果的解释仍存歧义,反演结果的影响因素及其误差范围等并未得到深入研究与定量分析。本文总结指出,影响断层滑动数据古应力反演结果的主要因素包括变形体制、剪切破裂面类型、断层面的形态以及地质体内薄弱面的存在等。在此基础上,分别对新生断层和先存薄弱面滑动数据的古应力反演综合误差进行了定量分析。研究指出,在可以大致厘定变形体制或误差在允许范围内的前提下,将断层滑动数据反演结果解释为应力状态是合理可行的。各种因素导致的反演误差定量分析表明,同一期构造应力场形成的破裂面滑动数据的古应力方位反演误差最大不超过35°。换言之,在没有证据表明存在不同期次的应力作用情况下,主应力方位变化小于35° 的应力状态,可以划归同一期应力场。     

某滑坡蓄水后的三维稳定性数值分析

通过有限差分软件FLAC3D对滑坡进行了三维稳定性计算和分析,采用强度折减法计算出蓄水边坡的安全系数.计算结果表明:该滑坡在蓄水条件下,整体仍处于稳定状态,只是在相对较陡的滑坡体前缘和库水位淹没区,蓄水后可能会产生小规模失稳.边坡采用强度折减法计算的安全系数为1.20.     

一类热传导方程多点源反演的唯一性和稳定性

在第一类Dirichlet边界条件下,研究了由表面热流密度来反演热传导方程多点源的唯一性和稳定性。即反演点源个数n、热源强度组合系数αi、点源位置si的唯一性和反演点源位置si的稳定性。利用热变换方法将热传导方程反问题转化为等价的双曲型方程反问题,然后通过分析等价的双曲型方程反问题得到原反问题的唯一性和条件稳定性结论。     

系统锚杆对地下厂房洞室群稳定性影响的数值分析

以某水电站地下厂房工程为实例,采用数值分析方法,通过对比厂房洞室群是否施加系统锚杆的差别,获得系统锚杆对洞室群稳定性的影响.结果表明,施加系统锚杆对围岩主应力影响小,但能平均降低围岩位移28.07％,降低拱顶和拱角处围岩位移34％以上,降低主厂房和尾闸室边墙塑性破坏区深度2.2～4.8m,在一定程度上提高洞室群的整体稳...     

开挖卸荷条件下高边墙岩体变形和破坏的数值计算

对高边墙的稳定性研究,除了受结构面控制的局部块体稳定性外,最为重要的问题是直立高边墙在地应力作用下,其弹塑性变形及由此而引起的边墙应力环境条件恶化所导致的破裂问题,这类问题可统称之为弹塑性变形稳定性,对这类问题的分析目前主要采用的是基于弹塑性理论的有限单元法数值模拟,且以二维分析为主。本文针对某地下电站工程较为复杂的岩体结构特征和地下空问形态,采用三维弹塑性有限元单元法模拟了随着地下厂房开挖的进行,高边墙岩体变形破坏的动态演化序列,进而对高边墙的稳定性现状进行了评价。     

基于神经网络和演化算法的土石坝位移反演分析

构造了基于综合应用人工神经网络和演化算法的位移反演分析方法。该法使用具有较强非线性映射能力的神经网络模型代替有限元计算,提高了计算效率。采用演化算法和Vogl快速算法,同时优化神经网络的结构和权值,增加其适应性并加快训练速度;使用多种群演化等策略,改善演化算法的全局收敛性和收敛速度。以三峡茅坪溪防护土石坝的变形反演分析为例,研究了神经网络演化代数以及训练样本数量对神经网络模拟能力的影响,证明了所建立的反演分析方法的有效性。     

一类抛物型方程反问题的数值解法

讨论了一类二阶抛物型方程反问题的数值解法。应用拟解法的思想,把原问题分解为一系列适定的正问题和一个不适定的线性代数方程组。对于相应的正问题,证明了解连续依赖于初始分布,由此得到了在时刻的稳定性估计。使用古典欧拉差分格式求解正问题和用截断奇异值分解法求解病态方程组。数值结果显示数值解与理论解吻合很好。     

非线性抛物型方程反问题的一种新算法

利用反问题新算法—时间域正演反演法研究非线性抛物型方程的逆时反问题。该方法处理反问题的主要思路是先求解相对应的正问题,获得解在特定时间网格处的近似值;然后构造一个合适的全纯映射,在象空间中获得解在时间网格对应点处的近似值;最后利用解析函数的唯一延拓性质实现反问题的逆时间反演。数值模拟例子说明了方法的有效性。     

水质反问题模型的时域频域算法

为了提高水质数学模型的模拟精度,充分考虑了对流扩散方程中混合系数随空间变化的特性,结合数学物理反问题理论和方法,建立了河流水质分布参数反问题模型,分别在时域和频域推导出反演计算公式,最后给出应用计算实例。时域与频域两算法的对比分析结果表明,频域计算工作量小,占储存单元少;时域的反演计算误差却明显小于频域,其抗噪性能也较频域强。这说明分布参数能明显改善水质的模拟精度,与污染物在水域的实际分布规律相吻合,本文提出的方法在水环保工作中有着广泛的应用前景。     

Numerical Method for Conditional Simulation of Levy Random Fields

Stochastic simulations of subsurface heterogeneity require accurate statistical models for spatial fluctuations. Incremental values in subsurface properties were shown previously to be approximated accurately by Levy distributions in the center and in the start of the tails of the distribution. New simulation methods utilizing these observations have been developed. Multivariate Levy distributions are used to model the multipoint joint probability density. Explicit bounds on the simulated variables prevent nonphysical extreme values and introduce a cutoff in the tails of the distribution of increments. Long-range spatial dependence is introduced through off-diagonal terms in the Levy association matrix, which is decomposed to yield a maximum likelihood type estimate at unobserved locations. This procedure reduces to a known interpolation formula developed for Gaussian fractal fields in the situation of two control points. The conditional density is not univariate Levy and is not available in closed form, but can be constructed numerically. Sequential simulation algorithms utilizing the numerically constructed conditional density successfully reproduce the desired statistical properties in simulations.     

求解地面沉降预测模型参数的逆问题

地下流体的抽取所引起的地面沉降的预测依赖于所选理论模型中参数的量化。本文所建立的逆问题模型中涉及到压缩承压含水系统中5个控制地面沉降的参数：压缩弱透水层的垂向水力传导系数K＇、塑性贮水率S＇skv和弹性贮水率S＇ske、含水层的贮水率S＇S和弱透水层的前期最大固结压力p＇max0。逆问题模型由Newton-Raphson调整算法和Helm有限差分一维固结模型构成（COMPAC）,其中固结模型可用其他模型替代。文中用一个理想压缩承压含水系统对该逆问题模型进行检验,检验结果显示该模型能求解出理想压缩承压含水系统的K＇、S＇skv、S＇ske、S＇S和p＇max0的近似值,其中p＇max0和S＇skv是控制计算沉降量的两个最主要的参数。每个监测点计算压缩量的平均相对误差为7.8%,该误差仅由调整算法产生。该逆问题模型应用于上海F9地面沉降监测点上部承压含水系统参数的求解和变形量的预测,所求解出的K＇、S＇skv、S＇ske、S＇S和p＇max0的近似值分别为8.58×10-4 m/a、3.50×10-4 1/m、6.39×10-6 1/m、1.19×10-5 1/m和-2.50m、每个观测点计算压缩量的平均相对误差为13.7%。误差的来源除了调整算法外,还包括地下水位、压缩变形的观测误差以及模型概化所产生的误差。     

活动断裂引发的环境地质问题及措施

随着经济的飞速发展和现代化建设的加快，全社会防灾减灾意识的增强，在国土规划、抗震规划及高、深、大型工程项目的建设中，对活动断裂的研究，已成为勘测、设计中的重要课题。本文就影响张家口市城市安全的活动断裂的类型、空间展布、活动特征、引发的环境地质灾害及工程对策等予以阐述，为城市规划提供依据。     

先存断裂对抽水沉降及地裂缝活动影响的数值模拟

过度抽取地下水对断层构造型地裂缝的加剧作用是很明显的,但具体的作用机制却很复杂,过去的研究多是简单的定性分析,数值模拟和定量计算少有报道。笔者采用比奥(Biot)固结渗流理论和基于A、B面接触判断的库仑滑动和张裂的接触面单元,对抽水作用下地裂缝的活动进行了数值模拟,初步探讨了抽水活动引发和加剧地裂缝活动的机制。结果表明:抽水作用下抽水井周围水平应力场发生近井区挤压、远井区拉张的变化,当拉张区内的拉应力超过土体抗拉强度时将会出现自上而下的张裂缝;先存断裂的存在将影响应力变化的模式,同时由于断裂的软弱性,使得地层容易沿其发生滑动或拉裂,从而加剧地裂缝的活动;先存断裂对地面沉降和地裂缝具有诱导、隔离和放大的作用。     

基于条件期望的全概率公式及其应用

基于条件期望和随机事件A的示性函数IA，推导了离散型和连续型随机变量的全概率公式，要解决诸如离散型和连续型等一类随机问题时，若采用传统的全概率公式来解，势必带来很大的困难。但是，运用本文所研究的全概率公式。结果令人满意，具有较强的实用性，从而拓展了全概率公式的应用范围和解题思路，值得推广应用，同时该公式在可靠性理论研究中也有重要应用。     

龙门山地震断裂带地应力分布及其对井壁稳定的 影响———以WFSD-2 井为例

[摘 要]龙门山地震断裂带是我国最为强烈的地震带之一,地层破碎、地应力异常,钻孔缩径造成孔内事故频发,井壁稳定问题十分突出。本文介绍了汶川地震断裂带科学钻探施工中所发生的孔内事故情况,并通过对地层应力数据的统计分析,得出龙门山地震断裂带最大水平应力和最小水平应力随深度变化的回归曲线,最大水平应力梯度为4. 52MPa/100 m,最小水平应力梯度为2. 51 MPa/100 m。以WFSD-2 井为例,分析了龙门山地震断裂带地层应力、尤其是断层泥应力对井壁稳定的影响;针对膨胀性地层,介绍了一种通过泥浆密度微调现场测定地层坍塌压力和破裂压力的简易方法。