单桩承载性能的三维有限元无限元耦合分析

提出了用于单桩-承台-土相互作用分析的三维有限元无限元耦合分析程序, 通过将程序的计算与山东济南某现场实测结果作比较, 验证了计算程序的精确性, 在此基础上用该程序分析了单桩的承载性能。     

打桩振动环境效应的有限元-无限元耦合分析

把打桩引起的近场波动的数值模拟问题归结为层状半无限弹性体系的动力响应问题,采用有限元与无限元的耦合模型对该问题进行数值模拟,最后对整体模型时空离散,用Ｃ语言编制计算机程序,利用该程序对上海某高层办公楼进行实例计算,并与实测结果进行比较分析,表明该方法是可行的,可为打桩施工的安全作业提供依据。     

三维边界元与二维有限元的耦合模拟技术

根据地下水模拟中某些实际问题的需要，尝试了一种三维边界元（３Ｄ－ＢＥＭ）和二维有限元（２Ｄ－ＦＥＭ）相结合的数值模拟方法。在局部均质的三维流明显的区域，用３Ｄ－ＢＥＭ模拟；而在大部分非均质的以二维流为主的区域，用２Ｄ－ＦＥＭ模拟。在二者公共的内边界上，通过水流的连续性条件把二者耦合成一个体系。这种方法发挥了二者各自的长处。     

三维边界元与二维有限元的耦合模拟技术

根据地下水模拟中某些实际问题的需要，尝试了一种三维边界元（３Ｄ－ＢＥＭ）和二维有限元（２Ｄ－ＦＥＭ）相结合的数值模拟方法。在局部均质的三维流明显的区域，用３Ｄ－ＢＥＭ模拟；而在大部分非均质的以二维流为主的区域，用２Ｄ－ＦＥＭ模拟。在二者公共的内边界上，通过水流的连续性条件把二者耦合成一个体系。这种方法发挥了二者各自的长处。     

倾斜地层三侧向测井曲线三维有限元正演模拟

本文用三维有限元素法对三侧向测井曲线做了正演计算,对空间有限单元以正三棱柱(在柱面坐标系下)剖分。线性方程组的系数矩阵用一维紧缩存储,并用分块三角分解法求解方程。针对青海省热水矿区柴达尔井田急倾斜(倾角在50—80度)、贫瘦煤且煤层是高阻的特征,计算了两种层厚十六条测井响应曲线。从计算结果可以看到不同地层倾角条件下三侧向测井曲线的差异,从而掌握了倾角对三侧向测井曲线的影响。     

基于COMSOL MULTIPHYSICS的直流电法正演模拟

以点电源和线电源为例,叙述了基于COMSOL MULTIPHYSICS的直流电法正演模拟过程。通过对COMSOL MULTIPHYSICS正演模拟解与理论值的对比分析,验证了应用COMSOL MULTIPHYSICS进行直流电法正演模拟的正确性与可行性。鉴于COMSOL MULTIPHYSICS强大的剖分求解功能及丰富的后处理操作,可以快速、准确实现正演模拟,其在地球物理正演模拟中的应用的研究意义重大。     

三维裂隙岩体渗流耦合模型及其有限元模拟

本文简述了裂隙岩体渗流两类基本模型──等效连续介质模型和离散介质模型的基本理论及其有限元模拟,讨论了两类模型的优缺点,并研究了等效连续介质模型的适用性．本文基于水头连续、结点流量平衡的原则,提出了结合上述两种基本模型优点的耦合模型,给出了相应的有限元计算格式．计算实例表明,该模型是合理、可行的,具有很强的实用价值。     

三维裂隙岩体渗流耦合模型及其有限元模拟

本文简述了裂隙岩体渗流两类基本模型──等效连续介质模型和离散介质模型的基本理论及其有限元模拟，讨论了两类模型的优缺点，并研究了等效连续介质模型的适用性．本文基于水头连续、结点流量平衡的原则，提出了结合上述两种基本模型优点的耦合模型，给出了相应的有限元计算格式．计算实例表明，该模型是合理、可行的，具有很强的实用价值。     

五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟

本文研究了五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟方法。首先,从三个点电流源总电位的边值问题出发,导出了异常电位的边值问题,证明了与异常电位的边值问题对应的变分问题。然后,基于三维连续电性介质模型,推导了有限元法求解变分问题的计算过程,编制了五极纵轴激电测深的三维模拟程序。最后,通过模拟水平层状介质模型的五极纵轴激电测深曲线,发现最大相对误差小于0.25%,耗费时间为18 s;从精度和效率的角度验证了算法和程序是正确的,为后续模拟复杂地电模型五极纵轴激电测深曲线、分析曲线异常特征规律以及开展反演工作奠定了基础。     

高频大地电磁法有限元数值模拟

由于中深度工程地球物理勘探的迫切需要,以美国EH-4电导率成像系统为代表的高频率大地电磁法,在我国地球物理勘探行业的应用越来越广泛。其勘探深度在地下1000m以内,频率范围在10Hz～100kHz。这里研究了高频率大地电磁法有限元高精度,快速数值模拟。首先利用广义变分原理推导出电磁场的有限元方程,编制了双线性和双二次插值有限元程序,并进行了层状模型的验证性计算,然后对典型地堑模型的数值模拟结果进行了分析,得出了一些有意义的结论。     

三维探地雷达数值模拟中UPML边界研究

应用时域有限差分进行探地雷达正演计算时,边界条件的吸收效果是提高雷达波响应模拟精度的关键因素之一。这里推导出了三维各向异性完全匹配空间UPML吸收边界的计算公式,并编程实现。模拟结果表明:UPML吸收边界在吸收效果,反射误差及计算效率等方面,都明显优于常用的Mur、PML吸收边界,具有较好的模拟效果。采用三维UPML边界的时域有限差法,可以提高探地雷达正演模拟的可靠性、准确度。     

三峡永久船闸高边坡开挖三维离散元数值模拟

采用面－面接触的三维离散元刚性块体模型，从实测节现面中取出其中的三组，按照其倾向，倾角和节理间距将三峡永久船闸未开挖的区域划分为10^5个离散单元，通过施加力边界条件，给出了与实测初始地应力场接近的数值模拟结果；然后，分4步模拟了永久船闸的开挖过程。计算结果表明：开挖过程会引起节理面出现张开趋势，个别岩体还会沿着节理面滑移。岩体位移的不对称现象较为自然地说明了由节理引起的岩体各向异性特征。     

三维高密度电法高分辨数值模拟与分析

随着三维高密度电阻率法在工程中的推广与应用, 提高资料的处理与解译的分辨率的研究显得十分重要。本文基于三维高密度电法的理论, 提出建立不同地电模型、利用有限差分法和最小二乘法进行资料处理。论文进一步对模拟结果进行空间定位分析和形态效应分析, 进而得出异常体的变化规律。模拟与分析表明, 三维高密度电法在探测异常体的空间定位上具备较好的准确度。     

济南泉域岩溶地下水三维等参有限元数值模拟

基于济南泉群研究区域岩溶水贮存和运动特征,建立了三维有限元数学模型,并利用等参有限元方法求解,再根据2001年、2002年的水文资料,识别模型参数,进一步对济南泉域内岩溶地下水的开采方案进行评价,探讨了济南市“保泉”与“供水”的可行性,为科学管理济南市泉群区域内地下水资源提供依据。     

ANSYS在瞬变电磁三维正演中的应用

瞬变电磁正演是研究瞬变电磁响应规律的有效途径,瞬变电磁的高精度、快速三维正演技术,是当前瞬变电磁正演研究的热点.ANSYS软件中的Multiphysics模块也适用于瞬变电磁法的正演模拟问题.本文通过一些模型算例介绍了ANSYS软件在瞬变电磁场三维正演中的应用方法,包括建模、加载、求解设置、后处理的一般过程.数值计算结...     

三维定位原理与三维反射波场模拟

在三维正演模拟定位原理基础上 ,以单程声波方程作为波场外推手段 ,实现三维叠前反射波场模拟 ,完全克服了全波方程模拟的 3个问题。在波场外推中 ,使用波动方程的混合解法 ,即以波动方程解析解 (相位移法 )为主 ,在介质速度横向变化的地方 ,用数值解 (45°有限差分 )作补充 ,使得整个算法精确、快速 ,既能处理复杂构造 ,又能适应速度的任意变化。     

起伏地形下地面瞬变电磁法三维正演数值模拟研究

瞬变电磁法在地形条件复杂的地区应用时,勘探效果往往不理想,究其原因,主要是忽略地形因素影响致使解释结果偏差较大.笔者采用三维时域有限差分法模拟起伏地形下瞬变电磁响应,通过麦克斯韦方程直接导出瞬变电磁扩散方程,引入虚拟位移电流项构建时域有限差分方程.首先,针对均匀半空间模型的计算结果与解析解进行对比,检验本文算法精度;然后,模拟分析了山峰、沟谷模型的地形响应特征,得出早期信号表现为两种特征,沟谷地形,早期“前段”较正常地形感应电动势值减弱,导致“假高阻异常”,早期“后段”较正常地形感应电动势值值增强,导致“假低阻异常”,山峰地形特征恰好相反,至晚期地形影响呈逐渐减弱的趋势;最后,通过实测数据证实正演模拟结果的正确性.研究结果对地形效应识别及校正工作具有较好的参考意义.     

小湾电站边坡卸荷三维有限元模拟

应用3D-Sigma软件对小湾右岸边坡的河谷下切卸荷过程进行了三维有限元弹塑性模拟.通过缩小单元规模,对边坡坡面下180 m范围内的应力、位移情况进行了详细的模拟.模拟结果表明:由横河陡倾分布的坚硬岩层构成的边坡在河谷下切形成坡体卸荷的过程中,坡体内产生的拉应力区较小;坡内岩体变形和应力分布主要受软弱面分布、微地形、主压应力分异、剪应力集中影响;卸荷的影响深度约在坡面下120m左右及软弱面附近120 m范围内,这些区域是边坡支护设计的重点.     

基于电场矢量有限元三维高频大地电磁倾子响应与感应矢量研究

一个或多个异常体的识别与区分及边界的确定是电磁法探测中提高分析精度的难点。本文利用基于电场的矢量有限元开展了复杂模型三维倾子响应及感应矢量研究。实感应矢量对电流聚集方向的指向性与分析频率的趋肤深度及介质的相对电性大小有关,通过这种指向性能有效地判定异常体的上界面和多个不同性质异常体的存在,但难以对下界面进行判定;虚感应矢量反映了感应电流(涡流)的流动方向,不同电阻率的地质体其感应电流的大小和方向不同,利用虚感应矢量的旋转方向、中心轴及分析频率的探测深度可有效地确定异常体的中心和上下界面。虚感应矢量相对于趋肤深度具有反映更大探测深度的能力,能有效地显示深部异常体对感应电流大小和方向的影响。数值模拟结果表明:虚感应矢量对异常体的识别与区分优于传统的电阻率和倾子参数。     

基于矢量有限元的大地电磁快速三维正演研究

本文采用直接求解器PARDISO且无需散度校正的正演方案,求解矢量有限元法对应的大型线性方程组,获得不同地形(水平和起伏)条件下地电模型的大地电磁响应,提高了大地电磁三维正演计算的速度。在中等规模计算条件下,通过本文的计算方法与带散度校正的迭代求解法对比,计算速度可提高十倍以上。