带有两端防渗墙坝基的各向异性渗流解析解

由于目前在坝基设计中通常需要设置两个或两个以上防渗墙,对带有两端防渗墙的坝基各向异性稳态渗流进行了解析研究,将土体分为4个规则的区域,采用坐标变换将各向异性土层转换成等效各向同性土层,利用分离变量法将4个区域内的水头分布表示为级数解的形式,结合区域间的连续条件得出带有两端防渗墙的坝基各向异性渗流场显式解析解。将解析解退化到各向同性情况下的渗流量、坝底扬压力与保角变换解析解和数值计算结果进行对比,各向异性情况下的水头值与有限元软件计算结果进行对比,结果均吻合较好,验证了解析解的正确性,且相比于保角变换解析解具有更高精度。最后对坝基渗流场进行了参数分析,发现土体各向异性对坝基渗流有着不可忽略的影响,其他条件相同的情况下,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大土体的渗流量和出口梯度会小于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大的土体的最大扬压力会大于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体。     

深埋隧道外水压力计算中几个问题的探讨——对"读《深埋隧道外水压力计算的解析-数值法》一文随笔"的答复

针对有关学者对《深埋隧道外水压力计算的解析—数值法》一文的讨论,探讨了隧道外水压力计算中作用系数法、单纯数值方法的局限性、解析—数值法以及与计算实例等相关的几个问题。     

波流共同作用下多孔介质海床动力响应的解析解

本文提出一个评价波流共同作用下多孔介质海床的孔隙水压力和有效应力动力响应的u-p近似模型。与过去相关研究主要不同处是在于本文着重考虑了潮流在该问题解析解中的作用。本文提出的解析解首先分别与实测数据和COMSOL数值解对比验证。接着以此解析解为基础进行了一系列关于流的作用的参数分析。本文首先研究了潮流对于不同海床深度的影响以及不同波流荷载下海床的动力响应问题,数值结果显示了潮流和非线性波对孔隙水压力和有效应力的重要作用。本文最后研究了不同潮流方向对海床动力响应的影响,结果显示由不同的潮流方向引起的孔隙水压力的相对变化可以达到静水压力的15%。     

排水砂槽渗流试验与Signorini型变分不等式方法验证

排水是岩土体及工程构筑物渗流控制的主要措施之一,其实质是通过在渗流域内形成潜在溢出边界或低水位边界而实现渗流控制的。在排水渗控条件下,渗流场往往具有强烈的边界非线性特征,Signorini型变分不等式方法从理论上为稳定和非稳定排水渗流问题提供了有效的分析方法,但其实际效果还需要得到试验的验证。通过开展含5个排水廊道的排水砂槽模型试验,研究了复杂排水条件下砂土渗流的基本规律,并通过试验数据与数值计算成果的对比分析,论证了Signorini型变分不等式方法的有效性和正确性。试验结果表明,在稳定渗流条件下,排水砂槽上游侧3个排水廊道对渗流控制起主导作用,而下游侧2个廊道则失去排水功能,数值计算与试验成果吻合较好;在非稳定渗流条件下,受测压管精度、砂样均匀性和毛细效应的影响,数值计算与试验成果存在一定偏差,但也较好地揭示了复杂排水条件下砂槽中的非稳定渗流特征。排水砂槽试验结果验证了Signorini型变分不等式方法的有效性和正确性,为复杂排水条件下岩土体及工程构筑物的渗控结构优化设计提供了有效的分析手段。     

袋装砂井爆夯处理软土地基的数值模拟方法及现场试验验证

袋装砂井爆夯法处理软土地基是利用炸药在设置有排水通道的软土中爆炸产生冲击和振动而使土体加固的方法。针对该法进行理论研究,提出了一种将袋装砂井爆夯处理软土地基的三维问题转化为二维平面应变问题的数值模拟方法：袋装砂井转化为等价砂墙;利用等效冲量原理,炮孔爆炸压力则转化为等效压力墙。数值模拟中考虑了土体骨架变形与孔隙水非达西渗流的耦合。对数值模拟的现场试验验证分析表明,沉降数值分析的结果与铁路宁启线软基处理现场测试结果具有很好的可比性。所提出的数值分析方法可模拟袋装砂井爆夯处理软土地基的超静孔隙水压产生和消散以及土体沉降变形的动态过程。     

浅层顶管施工引起的土体移动

顶管施工引起包括地面沉降和土的轴向移动在内的土的运动。 土的这些运动可能导致邻近构筑物和管线的损坏。 理论分析和现场实测都显示, 在类似于上海等地的软土地层中顶管施工, 顶管周围土的运动问题是三维的。 基于半解析数值方法的基本原理, 将轴向离散而在径向和环向选取位移函数, 构造了解析解函数。 给出了包括位移函数、刚度矩阵和荷载矩阵在内的理论分析过程, 从而建立了半解析单元法。 利用半解析单元法将顶管施工中三维土运动问题转化成一维数值计算 。 利用所建立的半解析单元法, 就软土地层中顶管工程实例计算了施工所引起的土体位移。 结果表明, 半解析元法用于计算顶管施工中顶管周围土的移动, 可以得到较为满意的结果。 由于计算所需要的单元数减少, 处理该问题所需要的时间也明显减少。 根据分析与计算结果还得到了一些有价值的结论。     

浅层顶管施工引起的土体移动

顶管施工引起包括地面沉降和土地向在内的土地的运动，土的这些运动呆能导致近构筑物和管线的损害。理论分析和现场实测都显示，在类似于上海等地的软土地层中顶管施工，顶管周围土的运动问题是三维的。基于半解析数值方法的基本原理，将轴向离散而在径向和环向选取位移函数，构造了解析解函数。给出了包括位移函数，刚度矩阵和荷载矩阵在内的理论分析过程，从而建立了半解析单元法。利用半解析单元法将顶管施工中三维土运动问题转化成一维数值计算。利用所建立的半解析单元法，就软土地层中顶管工程实例计算了施工所引起的土体位移。结果表明，半解析元法用于计算顶管施工中顶管周围土的移动，可以得到较为满意的结果。由于计算所需要的单元减少，处理该问题所需要的时间也明显减少。根据分析与计算结果还得到了一些有价值的结论。     

基坑圆环支撑体系水平刚度系数计算方法研究

由受力根据刚度分配的原则,引入受力分配系数,对圆环支撑体系水平刚度系数的计算进行了解析式的推导,提出了圆环支撑体系水平刚度系数的简易计算方法,并给出了解析式的修正式。并以某超深基坑圆环支撑体系为例,应用所提出的公式计算该圆环支撑体系的水平刚度系数,并与三维有限元分析结果进行对比,同时分析了不同封闭环梁、发射梁对水平刚度的影响,结果表明:二者误差较小,圆环支撑体系水平刚度主要由受力杆件封闭环梁决定,与发射梁等传力杆件关系不大,依据所提出的解析式进行计算,结果精确且简单易行,可为基坑圆环支撑体系水平刚度系数的取值提供依据。     

土岩组合岩体中抗拔桩极限承载力的确定

为全面探究土岩组合岩体中抗拔桩的极限承载力,结合工程岩土参数及试验数据,运用Flac3D数值分析软件对其进行数值模拟分析,即可得到土岩组合岩体中抗拔桩的极限承载力。基于被动状态下的Kotter极限平衡方程式求解土层提供的抗拔力,根据岩石强度,基于Hoek-Brown破坏准则求解抗拔桩嵌岩端岩体的抗拉强度,从而可计算得到嵌岩端岩体的抗拔力;由静力平衡原理,叠加土层及嵌岩端岩体提供的抗拔力及破坏锥体重量,即可得到土岩组合岩体中嵌岩抗拔桩的极限承载力理论解析式。在嵌岩深度较小的情况下,该解析式的理论计算值与数值模拟分析值相接近,但随着嵌岩深度的增加,理论计算值会偏离数值计算值。故结合数值模拟试验值,对提出的极限承载力理论解析式作进一步的修正,得到修正后的极限承载力解析式能反映嵌岩端岩石风化程度、嵌岩深度、土层厚度、桩长对极限承载力的影响。运用修正后的解析式对该地质条件下不同抗拔桩的极限承载力计算表明：数值模拟结果与理论计算结果相吻合,说明所建立的抗拔桩极限承载力解析式的方法是可行的。同时,运用该方法可确定类似工程中嵌岩抗拔桩的极限承载力。     

碎石桩加固双层地基固结简化分析

碎石桩复合地基在工程上的应用非常广泛,其应力应变性状的研究已很深入,固结问题也得到了不同程度的研究,但已有的解析式大多较复杂,工程中难以应用。将桩间土径向整体作为一个研究对象,从而避开单独考虑因施工造成的涂抹作用的影响,根据排水量与体变等效原理,用平均超孔隙水压力的概念推导出碎石桩加固双层地基简化的固结计算式。由该方法可直接得到碎石桩和桩间土不同深度的平均超孔隙水压力和平均固结度,也可计算复合地基整体固结度。所推得的解析式简洁,且实用性强。     

水文地质数值解法的若干问题

近几年来,数值解法日益广泛地被应用于水文地质计算中,尤其是有限元法及有限差分法(隐式差分及交替方向差分),在矿坑涌水量的预测中,更有重要的地位.为了进一步对上述几种方法进行分析对比,摸索经验,改进计算方法,提高计算水平.我们在对几个矿区涌水量预测的基础上,对一个理想的水文地质模型(这样可避免因对条件的认识及观测资料所造成的误差)用上述几种方法进行计算,并与解析法加以比较,得出一些有益的结论;同时,还提出了一个改进的计算方法;对于数值法的时间步长问题,也从理论上作了初步的探讨;并研究了数值法对勘探及试验的要求.     

汉克尔变换的数值计算与精度的对比

汉克尔变换的数值解法是计算电磁测深正演理论曲线的有效工具。对基于数字滤波法的快速汉克尔变换算法进行了公式推导,并用Guptasama和Singh给出的线性滤波系数进行了计算,对比分析了该数值算法与理论解析式的误差分布特点。结果表明,该数值算法的计算结果连续一致逼近其理论值,且不存在振荡现象,计算精度高,在数值模拟研究中具有较大的实用价值。     

考虑加载过程的真空预压轴对称解析解

本文在砂井地基轴对称等应变方程的基础上,推导了真空预压荷载下的轴对称孔压、固结度解析解,该解析解利用函数模拟孔压在地表的初始条件,以考虑真空荷载的施加过程,解决了以往真空预压解孔压边界条件和初始条件在地表处的矛盾。同时也可考虑涂抹和井阻等因素,更加接近实际工程情况。通过例题与其他解答及数值解进行了验证、比较,证明了该解答的适用性,可进一步用于实际工程的设计计算。     

求解半无限长多孔介质柱体水动力弥散系数的一种最小二乘法

针对半无限长多孔介质柱体,一端为定浓度边界的水动力弥散反求参数问题,先用数值方法求解补余误差函数erfc（x）的反函数,再根据该问题的解析解,通过变量代换,构造一个基于解析解的最小二乘模型来反求水动力弥散系数。最后将该方法应用于一个实例,计算结果表明该方法比erfc（x）近似公式法、配线法、正态分布函数法等传统方法要好。     

地应力对坝基岩体抗滑稳定的效应

在对地应力系统研究的基础上,本文指出地应力场中的坝基岩体稳定分析应考虑计算块体侧面的阻滑力。本文就此提出了一个坝基岩体稳定分析的三维计算方法,并以长江葛洲坝工程坝基岩体为例进行计算。结果表明此稳定分析方法可进一步挖掘岩体稳定的潜力,提高安全系数。     

粘性土-砂井地基单井固结模型的改进

单井固结模型的计算中通常将砂井周围土体简单划分为涂抹区和非涂抹区,不符合实际砂井周围土体的渗透系数分布复杂的事实。本文在Terzaghi固结理论的基础上提出了改进的单井固结模型,以一个待定参数流量系数Cq取代涂抹区和非涂抹区渗透系数来刻画砂井周围土体的横向渗透性特征,使单井固结问题得到高度简化又不失严密性。本文将改进模型用于非完整砂井单井固结的最终沉降量的数值计算,并将计算结果与谢康和改进法以及Hart法的解析解进行了比较,证明了改进模型数值解的可靠性。     

投影解析速度建模

当今地球动力学的研究已逐步引起重视 ,尤其是高新探测技术的发展 ,将会大大加快其研究步伐。地球物理勘探作为重要的探测技术之一 ,已在该领域做出了重要贡献 ,比如能源探测、环境保护、防灾减灾工作中都需要物探技术。文中就地震勘探领域中地震波成像前沿技术———深度偏移的核心问题———速度模型的建立展开深入的研究。在分析现有方法缺陷的基础上 ,提出投影解析速度建模方法。该方法建立在两个重要事实依据之上 :(1)地震波旅行时误差是由描述地下反射界面的深度误差和描述地层的速度误差共同引起的 ;(2 )在反演中要保证零炮检距旅行时不变。在局部平面波前假设和拉东投影原理下 ,导出由旅行时误差计算界面深度误差和速度误差的解析公式。该方法可保证界面深度和层速度同步快速收敛。与现有方法相比 ,该解析法可以明显提高计算效率 ,且应用效果相当明显。     

四川绵竹走马岭特大泥石流动力特性的数值分析

针对绵竹市走马岭沟特大泥石流灾害及防治工程,采用基于有限体积法的CFD软件CFX,对泥石流流体采用宾汉体模型,建立三维几何模型,确定泥石流的初始条件和边界条件,建立控制方程,采用合理的控制参数等,模拟计算了走马岭泥石流的速度、压力、泥深等流场数据。然后将数值计算得出的流场数据导入有限元软件ANSYS中进行流固耦合计算,从而得出泥石流的流场对拦砂坝的作用力,以及拦砂坝在泥石流作用下的应力应变、安全系数等情况,为泥石流的相关研究工作提供一些参考。     

泥石流拦砂坝底扬压力分布及影响因素试验

泥石流拦砂坝底的扬压力会抵消坝体的部分有效荷重,影响其抗倾覆稳定性。为了研究拦砂坝底扬压力的分布规律及其影响因素,设计制作了拦砂坝模型和扬压力采集系统,开展了不同沟床坡度和不同坝前堆积条件下的扬压力模拟试验。试验结果表明,扬压力自坝踵至坝趾不断减小,且与渗流距离呈线性关系,当坝前有堆积物时相关系数绝对值达到0.98以上;沟床坡度明显影响坝底扬压力的分布。随着沟床坡度的增加,扬压力不断减小,且对坝踵处扬压力的影响较坝趾处更大;坝底和坝前堆积物的渗透性对扬压力的影响也很显著,它们的渗透性越差,扬压力就越小;坝前堆积物的渗透性还显著影响扬压力的分布规律,渗透性越差,其分布规律性就越强。研究成果为深入研究泥石流拦砂坝底扬压力的作用过程和作用机制奠定了基础。     

CO2地质封存中储层流体压力演化规律的解析模型

为使解析模型可以更加科学准确地描述储层中多相流体的迁移机制与压力演化规律,提高解析计算与分析的精度。首先将储层中的流场划分为3个区域,然后根据渗流体积守恒方程反演储层中两相流体混合渗流区的各相流体饱和度,进而将总流度直接引入到达西公式中得到了一个适用于两相流的广义达西公式,据此推导出了一个更为精确的表征储层流体压力演化规律的解析模型。最后,通过案例分析,将该解析模型的计算结果与既有文献的显式积分解及TOUGH2/ECO2N的数值解进行对比,验证了该模型的可靠性及相比于既有文献的显式积分解在计算精度方面的优越性。此外,计算结果也表明,该解析模型虽然是在稳态流的假定条件下得到的,但对于实际储层流体压力演化的全过程均具有很强的表征能力,这主要归因于该模型可科学准确地确定饱和度,因此,可以在工程中推广应用。