状态方程法在渗流-应力耦合场求解中的应用

提出了一种计算土体渗流-应力耦合场的状态方程法。按平面应变问题,将描述渗流-应力耦合的平面固结方程进行空间离散,并用状态方程表示了有限元控制方程。利用牛顿-柯特斯公式,导出了当前时间步节点位移向量与前一时间步位移向量之间关系的递推公式。算例表明：状态方程法解决土体渗流-应力耦合问题与传统差分法相比的优势在于用较少的机时即可得到较为精确的解。     

求解偏微分方程的格点法

格点法是在计算流体力学中首先发展起来的数值模拟新方法，共根本思想是对问题重新建模，建立直接模拟流体运动的离散格点模型。本文以一阶拟线性双典型方程及Ｋｄｖ方程为例，推广这种求解一般偏微分方程的。它是运用多尺度分析方法，构造出格点模型的演化方程的局部平衡分布函数。数值试验表明，该方法程序实现简单，求解速度快，数值结果令人满意。     

激光测速粒子对复杂流动的响应研究——Ⅰ颗粒非恒定运动数学模型及其数值方法

流体激光测速的精度与示踪粒子的跟随特性即流体中异质粒子的非恒定运动特性密切相关。首先对粒子非恒定运动方程进行了探讨,着重考虑了在高颗粒雷诺数时该方程的修正问题,简要分析了该方程的数学属性,并构造了这类方程的数值计算方法。分析表明,高颗粒雷诺数下的粒子非恒定运动方程为非线性奇异积分方程,而当颗粒雷诺数小于1时,则线性化为第二类渥尔特拉(Volterra)积分方程。以几种均匀流中球形小颗粒的非恒定运动为算例,计算结果与其解析解及有关实验数据的比较表明,数值方法具有良好的计算精度。     

三维溶质运移问题的分步广义迎风解法

对对流占优的三维溶质运移问题提出了分步广义迎风解法，首先利用Ｎ．Ｎ．Ｙａ－ｎｅｎｋｏ对水动力弥散方程分步求解的思想，将原来的一个定解问题分解为两个定解问题即对流定解问题和扩散定解问题，对对流定解问题采用广义迎风对偶单元均衡法求解，对扩散定解问题采用一般的Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法求解，不仅避免了用一般有限元法和有限差分法求解对流占优的地下水水质数学模型时常出现数值弥散和过量问题，而且避免了求节点速度这一步，节省运算步骤，对井点的浓度变化给出了更合适的求解方法。     

离散光滑插值方法在地球物理位场中的快速实现

研究并探讨了1种新的插值方法-离散光滑插值方法及其在地球物理位场中的快速实现。首先由待插值点与巳知点之间的拓扑关系建立线性约束，进一步结合场满足Laplace方程，建立离散光滑插值联立方程组，采用预条件共轭梯度求解该方程组。为更好地提高计算效率，在求解过程中采用螺旋坐标系和Wilson-Burg谱分解，将二维数据转换到一维空间处理。通过理论模型和实际资料计算，该方法适合地球物理位场特征，插值效果好，速度快。     

探地雷达时域有限差分法正演模拟

在以往雷达波的正演模拟中,借鉴地震波中成熟的正演模拟方法,均采用模拟声波方程的方法,精度不够高。因此从麦克思韦方程组出发,采用目前电磁场理论中最常用的时域有限差分法,对探地雷达进行了正演模拟。为了进一步说明其正确性,对正演模拟的结果又进行了偏移处理,从结果看出该方法的正确性及可行性。     

二维声波方程稳健迭代速度反演

从二维声波方程初、边值问题出发,通过引进一个广义幂指数误差分布函数,以及对波动方程的Ｌｉｐｐｍａｎ－Ｓｃｈｗｉｎｇｅｒ方程的解进行Ｂｏｎ近似,导出一个残差加权迭代最小二乘（稳健迭代）算法,进而实现对地下介质剖面的速度结构以演计算。模拟计算表明,本方法具有较高的精度和较强的抗干扰能力,是求解声波方程反演问题的一种有效方法,同时也为地下介质的速度分布成像提供一种新的技术。     

一般条分法的安全系数显示解

对于边坡稳定性分析中的安全系数方案,根据条底法向力方程,对条底法向力进行假定,使得假定后的条底法向力具有两个待定参数.与传统的条间力假定相比,该假定理论根据更充分,物理意义更明确.通过假定后的条底法向力,化简三个整体极限平衡方程(水平方向、垂直方向力的平衡及力矩平衡),得到安全系数Fs的三次代数方程,其有意义的根为严格满足可能滑动体整体平衡条件的一般条分法的安全系数Fs的显示解.参与计算的有关参数尽管偏多,但都是简单的代数求和.因此,在不损失计算精度的同时,大大简化了一般条分法计算安全系数Fs的过程.算例分析表明,所给一般条分法的安全系数显示解是正确的.     

三维地电断面电阻率测深有限元数值模拟

用有限单元法进行了电导率分块均匀的三维点源电场电阻率测深的数值模拟.首先给出了三维构造中点源电场的边值问题、变分问题; 然后, 用有限单元法求解变分问题, 将区域剖分成六面体单元, 在单元中进行三线性函数插值, 将变分方程化为线性代数方程组; 最后解方程组, 得各节点的电位值, 进而计算出地表的视电阻率.对几例较典型的地电模型进行试算, 结果表明本方法是行之有效的      

等时叠加波动方程叠前正演

非零炮检距地震正演模拟在复杂区叠前地震资料处理和解释中有着重要意义。通常使用射线追踪法和全程波动方程法来实现这一模拟。通过提出等时叠加原理和数学检波器表达式，形成了非零炮检距地震正演的新一类方法——单程波动方程法。该方法与射线追踪法相比能保持波的动力学特征，正演结果与实际地震记录相似性好。并且在计算过程中，人工干预的程度低，操作简便。与全程波动方程法相比，该方法计算效率高，且不产生直达波、多次波等干扰，信噪比高，与目的层相对应的一次波突出，波型识别难度不大。因此，单程波动方程法特别适合于复杂油气藏反射地震资料的正、反演研究。     

临界方程法及其对地层性质的自动化判定

从分析折射波时距曲线入手，确定地层性质突变的临界点，利用通过该点时距曲线的时距方程，建立临界方程和临界方程法，以临界方程计算出的地层临界厚度值与待判层厚度无关，二者比值决定了待判地层性质。     

利用有限正弦和有限余弦变换模拟地震波场:声波方程

研究了一种利用有限正弦和有限余弦变换解变密度声波方程的方法,它的基本思想有下列4点：(1)对声波方程两端进行关于一个或多个变量的有限正弦或有限余弦变换;（2）将待求波场的Fourier正弦或余弦级数表达式代入到经过变换后的波动方程之中,进而得到级数表达系数所满足的微分方程式;（3）分别对时间和未作变换的空间导数进行有限差分或其它形式的近似,得到变换系数所满足的离散（矩阵）方程;（4）将通过解离散（矩阵）方程而得到的变换系数代入到相应的反演公式中去,用求和的方式得到待求波场的数值解。与其它方法相比,利用有限正弦和有限余弦的优点在于可以无限制地扩展变换方向的计算区间和可以处理任意变化的速度和密度结构而不明显地增加计算量。     

弹粘塑性块体单元法在龙滩水电站右坝肩边坡稳定分析中的应用

介绍了三维弹粘塑性块体单元法的基本原理。该方法假定岩石块体为刚体,只考虑结构面的变形和强度特性。在建立块体系统的平衡方程、结构面的变形与块体位移的几何相容方程以及结构面上的弹粘塑性本构方程的基础上,出块体系统位移与稳定的基本方程。针对龙滩水电站右坝肩边坡地质条件复杂,块体稳定问题较为突出的情况,采用块体单元法计算了边坡中典型结构面切割形成的特定块体在不同工况下的强度储备安全系数,并针对结构面的几何参数和力学参数等重要影响因素进行了敏感性分析,为工程设计提供了依据。应用表明,作为一种新型的水工结构数值方法,块体单元法应用于复杂地质条件下的岩石高边坡的稳定和变形分析具有准确、适用和简便的特点。     

ICP—AES浓度比法在耐火材料分析中的应用

本文叙述了适用于耐火材料分析的ICP-AES浓度比法通用公式,并成功地用于锆质、硅质、镁质、镁铬质、高铝粘土质等耐火材料常规样品的分析,获得了较高的精密度。尤其对含量高于80％的元素,测定的精密度更好。     

模拟退火算法在水驱气藏物质平衡计算中的应用

在利用物质平衡方程计算水驱气藏地质储量时 ,传统的试凑法虽然有一定科学合理性 ,但由于存在很多不确定参数 ,在精确计算中因工作量大 ,很难推广。为此 ,在分析水驱气藏物质平衡方程的基础上 ,建立最优化模型 ,并引入全局寻优性较好的模拟退火方法进行求解。经实际计算表明 ,方法具有全局收敛性 ,计算结果有较高可信度。     

含节理黄土渗流数值模型研究

本文建立了在考虑黄土中有节理存在时,水分场数值计算的有限元方法。采用质量守恒的观点推导了质点元中饱和度的变化与流速的关系。进而利用达西定律得到以水头为变量的渗流基本方程。针对黄土垂直节理的渗流特点,确定了节理渗流基本方程中的参数。采用四边形等参元,利用Galerkin加权余量法建立考虑节理影响的黄土非饱和渗流的有限元形式。对局部水头边界条件下的黄土节理二维水分入渗问题进行了数值分析。结果表明,节理对黄土场地湿润峰的迁移有很大影响。     

Parameter identification method for determination of elastic modulus of rock based on adjoint equation and blasting wave measurements

The purpose of this paper is to present a parameter identification method to determine the force of a blast and the elastic modulus of the ground using the measurements of a dynamic elastic wave, the adjoint equation method of optimal control theory, and the finite element method. Before the excavation of rocky ground, it is important to estimate the ground properties. In this paper, the elastic modulus is determined as the performance function is minimized using a technique based on the first‐order adjoint method. The performance function is a square sum of the discrepancies between the computed and the observed values of the velocities. After the determination of the magnitude of the blasting force, we can determine the elastic modulus of the rock. As the basic equation to calculate the velocities of dynamic elastic body, elastic equilibrium equations with linear viscosity are employed. The adjoint equation method has been utilized in order to calculate the gradient of the performance function with respect to the parameters. The gradient of the performance function is calculated using the first‐order adjoint equation. The weighted gradient method is applied for minimization. In order to solve the state equations in space and time, the finite element method and the Newmark $\frac{1}{4}$ method are used. In this paper, we tested the practical application of our proposed method for determination of the elastic modulus of rock at the Ikawa tunnel located in the Tokushima prefecture, Japan. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Solution of the unsaturated soil moisture equation using repeated transforms

An alternative method of solution for the linearized ‘theta‐based’ form of the Richards equation of unsaturated flow is developed in two spatial dimensions. The Laplace and Fourier transformations are employed to reduce the Richards equation to an ordinary differential equation in terms of a transformed moisture content and the transform variables, s and ξ. Separate analytic solutions to the transformed equation are developed for initial states which are either in equilibrium or dis‐equilibrium. The solutions are assembled into a finite layer formulation satisfying continuity of soil suction, thereby facilitating the analysis of horizontally stratified soil profiles. Solution techniques are outlined for various boundary conditions including prescribed constant moisture content, prescribed constant flux and flux as a function of moisture change. Example solutions are compared with linearized finite element solutions. The agreement is found to be good. An adaptation of the method for treating the quasilinearized Richards equation with variable diffusivity is also described. Comparisons of quasilinear solutions with some earlier semi‐analytical, finite element and finite difference results are also favourable. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

涨落差法原理浅析及其在洪水预报中的应用

从河道洪水运动波方程的有限差分解入手,推导出了涨落差法的计算公式,进而证明该计算公式为河道洪水扩散波方程二阶精度的有限差分解。该洪水预报方法参数少,计算方法简单,有预见期。实际应用表明,涨落差法的特点是实用性强,而且具有较高的洪水预报精度,但同时也存在误差累积的缺点。     

各向异性介质相速度、群速度与克利斯托费尔方程

本文详细回顾了克利斯托费尔方程(Christoffel)的推导.在此基础上,提炼出时空域和频率域克利斯托费尔方程,前者可作正演计算介质的相速度,后者可计算介质的群速度.并计算了横观各向同性介质的相速度和群速度.最后对无损耗各向异性介质的相速度和群速度的关系进行了简单讨论.