有限元数值模拟法基本原理及其在地质构造变形研究中的应用综述

在构造变形研究中,传统的构造解析法存在一定局限性,而数值模拟方法可模拟时空变化,成为地球科学研究的重要手段。有限元法是一种模拟线性、变形问题较为高效的数值模拟法。本文详细阐述了有限元法的基本原理,并从地质模型、力学模型、计算模型三个方面解释了数值模型的建立过程,以及模型建立所需要的边界条件的确定方法,重点总结了近些年来有限元法在国内外构造变形研究中的应用和发展状况,涉及盆地、造山带、断层、俯冲带以及褶皱数值模拟等几方面内容。同时,分析了有限元数值模拟法在我国大陆构造变形中的应用进展。最后,讨论了有限元方法尚存在的问题及其发展趋势。     

数值模拟法在地下水水源地保护区划分中的应用

地下水资源是北京供水系统的支柱,设立地下水水源地保护区,是保护水源地最大可能免受人类活动影响、保证水质安全的重要措施。论文以北京市某典型水源地为例,在收集相关水文地质勘查、长期动态观测、水源地开采现状、规划及周边污染源调查等成果资料的基础上,建立了地下水系统水文地质概念模型,模拟出地下水流场。通过质点追踪技术,计算水源地水力捕获带范围。综合考虑水源地周边地形、地物和潜在风险污染源等因素,确定了水源地保护区的范围。结果表明,数值模拟法能客观详细地刻画实际地下水含水层的结构与水文地质条件,划分结果可靠、准确,能为地下水管理部门提供有效合理的保护依据。     

数值模拟法在张掖市东郊水源地保护区划分中的应用

根据张掖东盆地水文地质条件和水源地地下水开发利用现状,采用Visual Modflow4.1软件分别建立地下水水流和水质模型,通过计算污染物污染负荷值确定运移污染质及其初始浓度,在水流模型预测水源地未来开采形成的稳定流畅环境下运行水质模型,模拟计算该污染质在规定时间内到达水源地捕获带的位置,运移100天的范围划定为水源...     

FLAC基本原理及其在地学中的应用

各种数值分析技术的引入与广泛应用 ,对促进地学定量研究的发展作出了重要贡献 (王仁 ,1994 )。由于吸取了早期多种数值方法的优点 ,两种新型的数值分析方法 :拉格朗日元法和流形元法尤其受到关注。本文主要介绍显式差分FLAC(FastLagrangianAnalysisofContinua)基本原理及其在地学中的应用。FLAC最早由美国ItascasConsultingGroup .Inc.开发应用于岩土工程力学计算 (Cundall,1976 ;Morti和Cundall,1982 ) ,现已从FLAC2D拓展到FLAC3D。该方法求解使用了离散模型方法、动态松弛方法和有限差分方法 3种技术(Cundall和Board ,1988;…     

热物性测试和导热数值模拟法在工程设计中的应用

针对泰安市城区地源热泵地埋管换热器工程,通过合理选择测试参数,采用数值模型方法,测得岩土体初始温度为15.74℃,综合导热系数为2.944 W/(m·℃),综合体积热容为2.25 MJ/(m3·℃),钻孔总热阻为0.0674 m·℃/W;将空调负荷需求与岩土体综合热物性参数输入数值计算模型,经过逐时计算,得到二十年、十年模拟周期不同换热孔数的长期温度响应与耗能数据,结合投资预算,分别得到最优化的钻孔数量240个、170-180个;推荐系统安装完成后,夏季首先运行,以提高地源换热器岩土体的平均初始地温。     

中和面及其在矿井地质构造预测中的应用研究

本文讨论了煤系地层内中和面的存在形式及对褶皱变形过程中各种构造形迹的控制原理.以杉木树煤矿为例,在提出并利用“脆性比”概念剖析矿井沉积建造特征的基础上.准确求出构造变形时中和面的存在位置;并据此提出深部构造相对简单.层间构造不甚发育的论断,为矿井延深扩建提供了可靠的地质依据.     

地质构造变形数值模拟研究的原理、方法及相关进展

地质构造变形数值模拟实验研究是遵循自然科学规律,依据数学、物理学、化学等学科中已为人们认识的规律为原理;依靠计算机先进的综合处理系统;以固体地球科学资料为基础所构建的地质模型为实验研究本体。因而,地质构造变形数值模拟是采用数学物理方法对相关地质学问题的科学描述,并采用理论分析和数值模拟实验方法,对所描述的相关地质学过程进行定量化求解。由于数值模拟可以综合利用其它学科的研究成果,建立和模拟不受时空限制的各种地质模型,为定量化地解决一些复杂的地质学问题,提供有效的分析工具,已经引起了国内外地学界的重视和深入研究。数值模拟实验研究方法的发展,将极大地促进我国地学界从采用了多年的传统的描述性研究方法向科学的定量化研究方法的转变。     

微分几何学在地质构造定量研究中的应用

阐述了在构造地质学定量研究中引入微分几何学的必要性,并讨论了在地质构造定量研究中的具体应用及相关的数值计算方法.微分几何为定量描述地质构造形态、建立精确的数学解析模型提供了基础,是深入定量研究地质构造形态及其变化的重要数学工具.在前人工作基础上,为更方便地与其他先进的技术和方法相结合,总结了地质构造的数学建模与重构、计算机自动分析计算、三维可视化与运动仿真.具体可以应用于裂缝预测、构造面形变分析、褶皱形态分类、隐藏断层探测,以及矿床和油气藏的预测研究等方面.     

内力线定性描绘应力场方法及其在地质构造研究中的应用

为了简化地质构造力学分析，本文探讨了用内力线来描绘应力场的方法，仿照用磁力线描绘磁场的做法，约定以从外力作用点，支承点等处发出的一族主应力迹线为代表内力传递路径的“内力线”，根据弹性理论绘制了部分简单应力场的内力线图，阐述了以简单应力场内力线图为基础绘制复杂应力场内力线图并对之进行分析的方法，同时，文中还对这一方法在山字型构造体系和断裂等板内构造应力场分析，隐伏或未知构及地质的推测，地震预报等方面的应用做了尝试。     

台湾海峡及其邻区的地质构造综述

台湾海峡及其邻区位于一个重要的地壳构造带一东亚活动性大陆边缘。但是海峡既不是弧后盆地、边缘盆地,也不是一个裂谷。在东亚大陆边缘和菲律宾海板块之间的碰撞作用机理不同于台湾北部和南部。海峡西部的基底是古大陆,它包括早、中元古代低构造层和震旦纪、早古生代高构造     

数学方法在地层和地质构造研究中的某些应用

解放后,在中国共产党和毛主席的英明领导下,全国地质研究工作迅速开展。在全国进行了大量的地质勘探和地质研究工作,累积了十分丰富地质资料和分析数据。生产实践要求应用数学方法对地质资料进行整理、解释和模拟,定量地描述地质体空间和时间变化,阐明在复杂条件下各种因素的影响,以便从已有的数据中能取得更多的信息,更好地探索内在规律性。随着国内自制电子计算机的应用与普及,提供了完成上述任务的必要条件。本文仅将几年来我们进行研究的某些成果简要介绍一下。关于所用方法的详细介绍参阅有关文献。     

GIS在边坡有限元数值分析前处理中的应用

有限元数值分析是边坡稳定性研究中较为常用的定量分析方法,但有限元分析的前处理工作通常比较繁琐,从而影响了该方法的整体工作效率。利用GIS软件实现了从计算剖面确定、计算剖面自动绘制到网格自动剖分的全部前处理过程。有效提高了边坡有限元计算的前处理工作效率,同时也提高了计算剖面图的科学性和边坡评价的准确性。     

基坑变形影响因素与有限元数值模拟

基坑变形影响因素是其变形控制的重要内容之一，在自制深基坑工程变形控制优化设计及其有限元数值模拟系统(SDCDEFEM)的基础上，重点对影响基坑变形的各因素进行了有限元数值模拟分析，并对实测和计算的基坑周边最大沉降、支护结构最大水平位移和坑底最大隆起及其位置进行了统计分析，得出了简明估算基坑最大变形及其位置的统计关系式，提出了经济有效的变形控制对策。     

大变形数值方法在软岩工程中的应用

分析了小变形力学理论在分析软岩工程大变形时存在的问题,指出在研究软岩工程大变形问题时应该采用大变形力学理论,并给出了非线性大变形数值方法在软岩巷道工程中的应用实例。     

基于FEFLOW在地下水数值模拟中的应用综述

数值模拟法是地下水水量和水质评价的主要技术方法,通过简述地下水数值模拟的发展历程、FEFLOW软件的输入特点和功能,并结合FEFLOW在地下水模拟方面的应用现状,论述了对河流和断层处理的方法,最后提出了FEFLOW软件存在的问题及应用前景。研究结果可知:(1) FEFLOW是迄今为止功能最为齐全的地下水数值模拟软件,适用于各种尺度的地下水、多孔介质和热能传输项目,但这些领域基本都是水流和溶质运移耦合、水流和热量运移耦合等两场进行耦合,少见三场耦合研究实例;(2)存在无法实现源汇项单独处理等缺陷,仅能实现in/outflow on top/bottom菜单功能,降雨入渗和蒸发同时作用必须用净补给量来表达,增加了前处理的困难,在应用模型模拟时,由于FEFLOW网格划分时的数量受到限制,超大区域建模也容易出现不精确问题;(3)在对地下水污染物运移模型模拟时,通常考虑的是对流、弥散、吸附作用,而未有一阶化学非平衡反应,随着人类对地下水环境和质量的高度重视,对于两相有机和无机污染物迁移耦合研究将会是未来的研究重点。     

年龄气候学和年代学基本原理及其在过去全球变化研究中的应用

本文阐述了年轮气候学和年代学基本原理及其在过去全球变化研究中的应用，指出了树轮研究中应注意的问题。     

应用数值模拟法划分滕州岩溶水水源保护区

根据2007年2月1日实施的<饮用水水源保护区划分技术规范>(HJ/T338-2007),以滕州荆泉岩溶水系统为研究对象,采用Visual Hodflow中的HT3DHS模块建立地下水溶质运移模型,进行了水源地规划开采状况下的数值模拟研究.依据模拟结果和有关技术要求分别将污染物运移100 d和1 000 d恰好到达水源地中心的捕获区划分为一级保护区、二级保护区,二级保护区以外的地下水补给区划分为准保护区.水源保护区的划分为保护地下水水质、保障城市供水安全提供了决策依据.