三维直流电场积分方程中奇异性的近似处理

直流电场积分方程的核函数是磁并矢格林函数,其数学表达式与电并矢格林函数的数学表达式完全不同。因此,在处理直流电场积分方程的奇异性时不能直接利用文献中针对电并矢格林函数所提出的奇异性消除公式。为了寻求处理磁并矢格林函数奇异性的有效途径,参考文献中针对电并矢格林函数的奇异性消除方法,提出了针对磁并矢格林函数的拟源并矢概念,并求出了当包围奇异点的小邻域为球体、立方体等不同形状时的拟源并矢。如果将这些拟源并矢代入到电场的积分方程中,可以得到只含有正常非奇异积分的数值计算方案。将这个计算方案用于实现关于直流电场的拟解析近似理论,则可以使三维直流电场的快速数值模拟成为可能。     

3D GIS支持下盐腔围岩三维计算模型的生成

目前盐腔围岩蠕变模拟中计算网格生成多是理想化的,并没有充分利用真实探测数据。针对这些问题,提出了一种新的三维计算模型生成方法。借助HalfEdge数据结构,基于研究区域边界、DEM（digital element model,数字高程模型）和钻井数据,构建了研究区域地层三维模型;基于声纳测腔数据构建了盐腔三维模型,并对其进行了拓扑检查与修正;将地层三维模型与盐腔三维模型进行三维空间布尔运算,获取盐腔围岩三维模型;通过对该模型进行三维空间网格离散,得到盐腔围岩四面体网格单元,即数值模拟计算模型。通过该方法构建的三维计算模型,可以为后期盐腔围岩蠕变数值模拟过程提供有效的计算网格,进而可以为盐腔的建造,尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。     

层状岩体三维可视化构模与数值模拟的集成研究

由于数据结构的差异,用于岩土工程三维可视化的网格与用于数值模拟的计算网格之间存在本质差异,如何通过两种网格的共享实现三维地质模型与数值模拟之间的集成是岩土工程建模的重要内容。在对层状岩体三维可视化网格与数值模拟网格的特点进行剖析的基础上,提出了基于松散模式的三维规则格网与FLAC3D基本元素之间的转化方法,从理论上实现了“可视”与“可算”的结合。将其应用于我国某海底隧道的选线研究中,证明了该方法的合理性和有效性。     

地下水数值模型三维可视化研究

探讨了利用OpenGL技术实现含水层三维可视化的原理和方法,基于地下水数值模型的有限元三角网格和含水层顶底板信息,构建含水层三维实体模型,并将地下水数值模型计算结果通过三维表面动画的形式进行动态显示。本项研究为全方位、多视角地展示地下水系统进行了有益的尝试,将三维可视化技术成功地应用到地下水模拟研究。      

起伏地表条件下三维直流电场拟解析近似方法

为了研究起伏地表条件下三维直流电场问题,基于全空间的拟解析近似理论,推导出起伏地表条件下三维直流电场的拟解析近似理论公式。将起伏地表条件下地下存在异常体时所产生的异常电场分为两部分,其中一部分为地下三维异常体所产生的体异常电场,通过对异常体的体积分求得;另一部分为由起伏地表所产生的面异常电场,可以利用对起伏地表地空界面的面积分求得。利用拟解析理论,对两部分异常分别推导体电反射函数和面电反射函数,得到起伏地表下电场积分方程的拟解析近似公式。该理论公式为解决起伏地表问题提供了一种思路,丰富了拟解析理论的应用,为直接进行正反演模拟、消除起伏地表对电法勘探的影响打下了基础。     

基于拟线性积分方程法的三维电磁场数值模拟精度分析

应用于大规模三维数据反演的拟线性近似方法的计算精度和应用范围至今仍是一个比较模糊的概念。本文首先实现了基于拟线性近似方法(对角拟线性近似、标量拟线性近似、拟解析近似和局部拟线性近似)的三维电磁场数值模拟,然后通过正演计算,对这些方法的计算精度进行了系统的对比研究。理论研究结果表明:对角拟线性近似方法精度最高,适用范围最广,对电性变化在3~4个数量级内的地电模型都能给出精确的计算结果;拟解析近似方法计算精度只低于对角拟线性近似方法,它适用于异常电导率与背景电导率比值为2~3个数量级的地电模型;标量拟线性近似方法和局部拟线性近似方法的精度较低,只适用于异常电导率与背景电导率比值小于2个数量级的情况。     

基于拟柱坐标系的2.5-D声波方程数值模拟

2.5-D 拟柱坐标法是一种新兴的2.5-D 问题的处理方法,该方法最大的优点在于拓宽常规柱坐标法数值模拟的应用范围,能够处理非轴对称模型,而且计算简便,尤其适宜解决大尺度地震勘探耗时多的难题.笔者发展了基于拟柱坐标系采用交错网格高阶有限差分法求解2.5-D拟柱坐标声波方程的数值模拟算法,并分别通过简单的单倾斜界面模型和较复杂的非轴对称模型的数值实例验证该方法的正确性和可行性.     

标量拟解析近似方法模拟立方体的异常电场

拟解析近似方法是一种求解积分方程的一种近似方法,它可以处理强散射或者大扰动的电磁散射问题,在计算过程中避免了传统微分数值方法解决问题时所遇到的大型矩阵或大型代数方程组的求解。孙建国[5]将其引入直流电场的积分方程中,并给出了求解异常电场积分方程的标量拟解析近似公式。在以前的研究中,已经验证了均匀场中异常球体的拟解析近似解的精度,这里对均匀场中的立方体异常体进行数值模拟,得到了直流电场中异常立方体模型的标量拟解析近似解。由于复杂地电模型可以用立方体的组合进行模拟,因此对立方体异常电场拟解析近似解的研究,为三维直流电场中复杂地电模型的快速正反演模拟打下了基础。     

白山抽水蓄能泵站地下厂房的岩体力学参数反演

根据白山抽水蓄能泵站地下厂房开挖过程中的变形观测数据,提出了一种基于响应面法的岩体力学参数反演方法。该方法利用响应面函数建立了岩体力学参数与围岩变形之间的非线性关系。通过有限元数值模拟确立了响应面函数中的系数。定义参数反演的目标函数,将参数反演问题转化为优化问题。分别采用拟牛顿优化算法和遗传算法求解参数反演的目标函数,得到了地下厂房的岩体力学参数。根据反演确定的岩体力学参数,对地下厂房围岩的开挖变形进行了数值模拟,研究表明,有限元模拟的地下厂房与现场观测值基本一致,验证了反演方法的有效性。     

声波散射数值模拟的两种新方案

声波散射的数值模拟问题一般用网格法或积分方程法解决。当模型的尺度很大时,两种方法都会遇到计算机资源不足所造成的困难。另外,在网格法中,场源的位置和场源附近的波场奇异性逼近精度都受网格点的控制,因此难以满足实际问题所提出的要求。针对这些问题,提出了两种处理声波散射问题的新方案。一种主要针对网格法,另外一种针对积分方程法。在针对网格法的方案中,通过模型分解和波场分裂,将原始的总场计算问题转化为散射场计算问题。由于背景场是由解析公式给出的,所以可以将场源放置在数值网格的任意位置,不一定非得在网格点上。基于同样的原因,场源附近的波场奇异性可以精确地算出。在针对积分方程法的方案中,通过引入拟线性近似,使得散射场的数值求解不必再借助于代数方程组,只要进行数值积分即可。所建立的数值计算方案具有普遍的适用性,其基本思想可以直接用于解决弹性波散射的数值模拟问题并用于反演密度和速度。     

基于CT扫描的土石混合体三维数值网格的建立

根据CT扫描得到土石混合体切面图像信息,通过二值化和砾石边界识别技术提取砾石表面点云数据,应用逆向工程软件重构砾石的三维模型。编写APDL代码,在ANSYS中快速生成土石混合体的几何模型,借助ANSYS ICEM CFD强大、灵活的网格划分功能,对砾-土界面处网格进行加密,得到土石混合体的三维数值网格,采用接口程序,将数值网格导入FLAC3D中进行模拟计算。通过与无砾石模型计算结果的对比,说明了建立表征土石混合体结构特征的精细三维数值网格可以更加准确地描述土体,特别是砾-土界面的受力情况和变形特征,从而提高土石混合体数值模拟的精确度及可靠度。     

石油勘探开发综合技术的应用—以苏北油田沙埝块断为例

从沙埝油田地质条件和地面条件的复杂性出发,在该油田产能建设中针对性地应用了石油勘探开发综合技术。重点介绍了三维地震处理解释一体化技术、储层横向预测技术、油藏工程研究技术的应用及取得良好的效果和显著经济效益的情况。说明多学科相互渗透的综合技术是油田发展的重要途径。     

基于GMS的三维TOUGH2模型及模拟

GMS和TOUGH2均是应用广泛的地下流动系统数值模拟软件,其中,GMS界面友好,功能强大;而TOUGH2虽具有强大的数值计算能力,但缺乏友好的可视化前后处理界面。本文借助GMS强大的前处理能力,基于概念模型建立了三维复杂模型,把GMS/MODFLOW三维数值模型(包括网格数据、岩性数据、初始和边界数据等)转化为TOUGH2数值模型进行数值计算。通过两个计算实例(含水层水平没有起伏和有起伏)对比分析了GMS/MODFLOW和TOUGH2计算结果的差异。结果显示,该方法可以快速地建立刻画复杂地质条件的TOUGH2模型,计算结果与GMS/MODFLOW差异很小,说明两个软件均有很高的可信度;同时,该方法发挥了两个软件各自的优势,为进行更为复杂的多相流动数值模拟提供了可行性。     

油藏数值模拟中地质模型的建模流程与方法

围绕油藏数值模拟过程中三维地质模型的建模技术进行了分析与探讨,详细介绍了基于角点网格模型的建模方法,给出了相应的实现步骤。其主要流程是:首先根据断层数据构造断层模型,在断层模型的基础上构建骨架模型;然后在骨架模型约束下采用地层恢复技术实现含断层的地层模型;最后基于结构模型插值物性参数完成属性模型。以塔河油田缝洞型油藏为例,对建模流程和技术的可行性进行验证,结果表明,其建模结果与专业地质建模软件Petrel相符。     

应用油藏数值模拟技术研究油田剩余油分布

应用油藏数值模拟技术，在储层建模和动态历史拟合的基础上，研究TX油田平面上和纵向上的剩余油分布规律，为TX油田下一步开发方案的调整提供了有利依据。     

边坡负压排水非稳定流研究

自启动负压排水方法是一种新兴的间歇性波动排水方法,为对该方法的实现机理进行理论研究,建立了可供解析研究的负压排水模型。先引入狄拉克函数表述负压排水模型中点汇的数理特性,并对此模型推求出潜水剖面二维流运动方程及潜水面边界条件;再使用二维傅里叶正逆变换求解负压排水模型的定解问题,得到负压排水渗流场解析解。设置两种工况分别计算了自启动负压排水方法下数值模拟和理论解得到的边坡浸润线曲线,并进行了对比分析。结果表明：在不同排水孔位置工况的3组条件中,排水孔位置越深,理论解误差越大,其中排水孔位置为（24,10）时,靠近排水孔区域理论解与数值模拟结果误差最大;在排水孔位置固定、不同初始水头高度工况的3组条件中,左、右水头越高,理论解误差越大,其中左水头为28 m、右水头为8 m时,理论解与数值模拟结果误差最大。该自启动负压排水渗流场解析解在简化条件下的浸润线理论解与数值模拟结果吻合度较高。     

基于有限差分法的露采高边坡稳定性研究

以某露天采场高边坡为例,根据边坡岩组的划分建立准三维计算模型,在MohrCoulomb本构模型上,采用有限差分法,应用FLAC^3D程序,模拟了该边坡在天然工程概况下的局部稳定性及其变形特征,以及考虑了优势节理J3、J5后的整体稳定性及其变形特征,获得了边坡变形机制,验证了边坡破坏模式和主要影响因素。