有自然面渗流分析的高斯点法

有自由面的渗流问题是比较复杂的非线性问题，这类问题的有限元求解一般采用的定网格法。本文根据饱和区和非饱和区的渗流特点，提出了高斯点法，该算法原理简单，易于实现。     

相似模拟试验在地下水运移及参数求解中的应用

地下水渗流问题研究方法中的相似模拟方法,由于相似条件的引入,使我们能够成比例的缩小渗流区尺寸,加速渗流演变速度,缩短漫长渗流过程的时间;另外,模型的制备简单,便于控制和测量,并能通过相似比例改变参数的数量级,提高测量精度,本次试验在第二松花江干流区的水资源问题研究中起到了很大作用,同时也证实了室内的相似模拟试验是地下水渗流问题研究中的一种方便、经济、有效的地方法。     

城区渗流场中建筑物间缝隙有限元简化分析方法

为解决城区渗流场中缝隙多、区域的大尺度与物体的小尺寸相差了几个数量级，有限元分析上存在的困难，根据缝隙流动的解析解，经适当地简化，将缝隙附近的渗流场分为缝外区和缝内区两部分，将缝外区流动简化为一个半径为半缝宽的井流，缝内区流动简化为一个均匀流。引入附加阻力系数，考虑缝隙出入口附近的由于过水断面突然变化而引的局部水头损失，并得到附加阻力系数的表达式。利用该式，结合渗流场中井点水头的修正公式，得到了能有效模拟渗流场中建筑物间缝隙的修正线单元公式。利用该线单元编制了相关程序模拟城区渗流场中的缝隙，使得缝隙出入口处的网格尺寸为缝隙两边的建筑物边长1/3～1/4时就能得到较为准确的结果，避免了区域性渗流场中小尺寸物体的网格划分问题，通过算例验证了该公式的精度和边界适应性。     

塔河油田9区下油组块状叠置厚油层渗流屏障研究

塔河油田9区三叠系阿克库勒组下油组储层为典型的块状叠置辫状河三角洲储层，夹层分布及连通性极其复杂，封闭断层和泥质屏障、钙质胶结帯等不同级次渗流屏障控制着油藏内部油水运动。为深化储层空间非均质表征，在储层构型分析基础上，笔者采用层次分析方法，动静态相结合，对渗流屏障类型及其级次进行划分，分析泥质屏障、钙质胶结帯形成机理及其受控因素，建立块状厚油层渗流屏障分布地质模型。研究表明：塔河油田9区下油组主要渗流屏障为封闭断层屏障和层间、层内发育的泥质及钙质隔夹层；依据渗流阻挡作用分为4个级次，东北向封闭性断层及复合河道顶部6级界面是1级渗流屏障，3～5级构型界面控制了2～4级泥质、钙质渗流屏障的发育，建立完全不遮挡型、部分遮挡型及完全遮挡型等3种渗流屏障模式。通过分级次定量表征渗流屏障的空间分布，深化储层空间非均质性研究，为基于流动单元的精细地质建模奠定基础。     

矿山地下水中的无限单元法

在矿山地下水的计算中,经常出现无限大渗区的计算问题。本文提出对无限大渗流区采用无限单元法进行计算,能准确地反映渗流区的真实情况,在疏干过程中的影响范围也能准确地计算出来。方法简单,实用。同时,由于采用特殊的剖分方法,系数矩阵的计     

泄洪雨雾入渗对雾化区边坡的影响分析

泄洪雨雾入渗导致的边坡稳定问题随着高坝大库的建设越来越突出,对此类问题的研究和认识大多停留在对岩土体强度降低和荷载增加两者之一上,对渗流和应力变形的耦合作用认识和应用不足。本文通过理论分析,对泄洪雨雾入渗的渗流分析中入渗边界条件重新做了界定,并指出了存在的问题;同时对应力变形计算中渗流荷载的增加和岩土体在非饱和区的强度变化,提出了自己的观点,并指出存在的误区。最后作者通过某一水电工程泄洪雾化区边坡的渗流和应力变形作了计算,得到了合理的计算结果。     

水下圆形隧道注浆加固区渗流特征理论研究

对于水下隧道开挖后隧道围岩中渗流作用对隧道结构水荷载的影响问题,应用复变函数理论方法,建立了水下隧道加固区渗流模型,研究得出考虑加固区渗透率和加固区厚度参数影响的渗流解析解。研究表明,当围岩加固区渗透能力变小时加固区围岩中的水力梯度将增大,加固区半径增加,加固区内的水力梯度也有所增加,但加固区渗透率大小对水力梯度的影响较加固区范围大小变化的影响大很多。在围岩中渗透力的影响起主要作用;加固区在常规厚度范围内变化对围岩中水力梯度的影响相对很小,厚度只需满足相关要求即可。数值解证明了理论解的合理性。     

渗流作用对基坑坑底回弹变形的影响

在地下水位较高的地区开挖基坑时渗流作用是普遍存在的。假定坑内外地下水渗流为一维稳定的条件,推导了坑内外被动区和主动区的水头计算公式,并结合算例分析了渗流对坑底被动区的有效应力和坑底回弹变形的影响。研究表明,渗流作用使得坑底的有效应力减小,进而引起坑底土层回弹量增大。     

有限单元法数值计算在水库渗漏及渗流区浸没预测中的应用

水库渗漏一方面会造成水量损失,直接影响工程效益,另一方面渗流区下游农田、居民点被浸没,沼泽化,引起地质环境恶化,甚至下游有边坡区域土层含水量增高,边坡失稳,产生地质灾害.根据水库渗流区上下游的水文地质特征及渗流区各段地层透水性,建立了渗流区地下水运动的二维流水平运动模型,提出了根据渗流区上下游水位边界条件与区域内有限个单元的水头相互关系来求解模型的一种方法.最后在计算机的辅助下,应用上述模型分析渗流区域地下水的上升状况,为库水的渗漏量及河间地块浸没的定量评价提供了理论基础.     

考虑各向异性、剪胀和渗流的柱孔扩张问题统一解

基于统一强度理论,考虑渗流、各向异性、剪胀特性以及中主应力等因素的综合影响,推导了柱孔扩张问题弹塑性解答。结果表明,富水条件下的扩孔问题中考虑渗流体积力的影响是非常有必要的,不考虑渗流影响的扩孔压力比实际工程偏小;渗流体积力越大,塑性区半径越小。另外,传统的扩孔解答假定土体为各向同性初始应力状态高估了极限扩孔压力,也低估了扩孔过程中圆孔周边的塑性区范围,造成工程安全等级偏低。该结果为海底圆形隧道以及渗流条件下地下水平构筑物施工弹塑性分析提供了理论依据,对工程设计具有一定参考价值。     

Trial Embankment Analysis to Predict Smear Zone Characteristics Induced by Prefabricated Vertical Drain Installation

In this study, FLAC finite difference software has been adopted to simulate the performance of the ground improved using prefabricated vertical drains assisted preloading, considering smear zone characteristics. The numerical code has been applied to predict smear zone properties employing a back calculation procedure using the results of several case studies. The construction of a trial embankment is proposed as a reliable method to predict the smear zone characteristics. The proposed back calculation method is applied to estimate the minimum required degree of consolidation and consequently the minimum required preloading time, resulting in a reliable estimation of the smear zone permeability and extent. Three preloading case studies considering both conventional preloading and vacuum assisted preloading have been simulated to verify the numerical code and to conduct the parametric study using the back calculation procedure. According to the results, the properties of the smear zone can be back-calculated reliably, when at least 33 % degree of consolidation due to trial embankment construction is achieved.     

Numerical and theoretical research on stress distribution in the loosening zone of the trapdoor problem

The traditional theory of soil arching effect was developed on the assumption that stress distribution in the loosening zone is uniform. However, because of the deflection of principal stress' direction, the stress distribution in the loosening zone is actually ununiform. For the evaluation of principal stress axis deflection and stress redistribution, a discrete element method numerical model of trapdoor problem is established for the simulation of soil arching effect. Based on the numerical results, an arc shape of major principal stress trajectory and uniform horizontal stress distribution at the same depth of the loosening zone are adopted. An analytical model is raised to estimate the average loosening earth pressure acting on the trapdoor and stress distribution in the loosening zone at a limit state. In addition, comparison studies are carried out between the predictions of the proposed solutions and discrete element method numerical results as well as available model test results, thereby validating the accuracy of the proposed theoretical model. Both numerical and theoretical results indicate that the vertical stress distribution in the loosening zone is obviously ununiform. The load acting in the middle of loosening zone is transferred toward two sides so that the vertical stress distribution in loosening zone is concave.     

一维-二维耦合的防洪保护区洪水演进数学模型

针对防洪保护区溃堤及漫堤洪水演进数值模拟面临复杂计算域、河道-防洪保护区洪水耦合作用等问题,建立了基于侧向联解的一维-二维耦合水动力学模型.通过构造并求解Riemann问题实现一维-二维模型耦合,有效克服了基于堰流公式的传统方法难以处理模型间动量交换的缺点,也避免了堰流公式中流量系数选取的不确定性;提出了时间步长自适应匹配方法,解决了一维模型和二维模型时间步长不一致问题.算例研究表明,该模型可有效模拟河道-防洪保护区耦合系统中漫堤洪水和具有任意溃口形状的溃堤洪水演进过程,具有较好的推广应用价值.     

灵新煤矿导水裂隙带发育高度数值模拟研究

煤矿的开采利用给国民经济发展带来巨大的收益,但也引发了许多环境地质问题,特别在煤层开采过程中,煤层上覆基岩变形破坏形成的裂隙通道极易发生矿井涌（突）水事故,时刻威胁着井下工人的生命安全。本文以灵新煤矿051505工作面为研究对象,利用Flac3D数值模拟软件,对14号主采煤层上覆基岩导水裂隙带高度进行了模拟研究。模拟结果表明：当煤层开采厚度为2.5 m时,导水裂隙带发育最大高度为59.5 m。同时选取经验公式法对导水裂隙带高度进行了计算。最终通过钻孔实测法得到的结果与前两种方法对比分析,数值模拟结果与钻孔实测结果基本吻合,认为数值模拟方法能够高效、简单、合理达到预测导水裂隙带高度的目的,也为同类矿井安全、绿色生产提供一定的借鉴。     

Engineering geological studies of the diversion tunnel, focusing on stabilization analysis and support design, Iran

In this paper a detailed engineering geological assessment of rock masses and support design studies at Garmi Chay dam site, has been carried out. This project is located in the northwest of Iran and will be used for flow control and water storage. The diversion tunnel of the dam has a diameter of 5.5 m and a length of 420 m and will be driven in slightly to highly weathered micaschist and trachy andesite rock units. The geological studies include field and laboratory investigations that based on the results; for more exact investigation, tunnel alignment was divided into three geotechnical zones. These zones consist mainly of highly weathered gray micaschists, dark red trachy andesites and slightly weathered gray micaschists, respectively. Then, for every zone, support capacity of rock masses was evaluated by means of empirical and numerical methods. The rock mass classification systems (RMR, Q, GSI, RSR, SRC and RMi), the convergence–confinement method and a 2D finite element computer software, Phase² were used for empirical and numerical method, respectively. According to the results acquired from these methods some stability problems were expected in the tunnel especially in highly weathered micaschist zone, so that in practice two big collapses occurred. Because of high weathering, low constants of rock masses and their soil-like behavior, the stability analysis by analytical method does not give illogical results in lightly weathered micaschist zone. The support system, suggested by empirical method, was applied and its performance was evaluated by means of numerical modeling. After installation the support suggested by Phase² program, the thickness of plastic zone and deformations around the tunnel decreased significantly. Consequently the agreement of these methods with each other was resulted and using combination of them was recommended for more reliable support design.     

规则波导斯托克斯漂移对污染物输移的影响

为研究斯托克斯漂移对近岸污染物输移的影响,首先建立波导流和考虑斯托克斯漂移的对流扩散数值模型,通过数模结果与实验结果的比较,研究平直斜坡地形下规则波入射时斯托克斯漂移对污染物输移的影响,波导流模型中波浪场基于波能守恒方程来模拟,波导流场基于Longuet-Higgins提出的辐射应力来模拟,污染物对流扩散模型考虑了斯托克斯漂移的影响。其次,利用一个算例来验证对流扩散模型,结果表明数值模型计算结果与解析解吻合良好。最后,利用该模型模拟了两个实验工况下污染物的输移,数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明斯托克斯漂移对近岸污染物向岸线方向的输移有比较明显的影响。     

岩体风化卸荷数值判别

风化作用和卸荷作用都会导致岩体破碎。在探硐腰线上测试岩体的纵波速度和岩石的回弹值,并对测得的纵波速度和回弹值分别进行聚类分析,分成不同的数据组。根据风化与卸荷的本质特征,无论岩体风化还是卸荷,其纵波速度都存在级差;但风化岩体回弹值存在级差,卸荷岩体回弹值不存在级差。利用玻尔兹曼函数数学模型,通过拟合计算分析纵波速度和回弹值,对岩体风化与卸荷进行数值判别,并进一步定量划分风化带与卸荷带,确定带的界线。实例应用结果表明：该数值判别方法操作简易,能科学客观地判别风化与卸荷,精确确定风化带与卸荷带的界线,定量解决工程地质问题。     

考虑围岩应变软化及采空区接触的深部煤层底板破坏分析

为研究深部煤层开采底板破坏形态,提出考虑围岩应变软化和采空区接触的FLAC3D有限差分数值方法,以河北开平煤田林西矿2023工作面底板实测导水裂隙带为工程背景,结合朗肯土压力理论定性分析,研究深部煤层底板破坏特征。结果表明:采用应变软化本构关系代替常用摩尔–库伦本构关系能够对围岩塑性破坏后的力学状态更准确表述;采用“应变软化–空–弹性”模型转变的方法,达到模拟采空区顶板垮落后应力传递的效果,弥补了以往煤层开采模拟中采空区垮落后顶底板不接触的固有缺陷;通过采空区顶底板接触与否条件下应力、位移的对比,发现采空区是否接触对数值结果影响巨大,突出考虑采空区接触的必要性;根据模拟结果中塑性剪切应变率的变化,实现了底板滑移面的三维显示,形态为斜向采空区的半包围面状结构;结合朗肯土压力理论将底板塑性区与主动区、过渡区和被动区对应,3个区破坏形式分别为剪切破坏、剪切破坏、拉张与剪切的交互破坏。提出的考虑围岩应变软化及采空区接触的FLAC3D数值方法对煤层开采模拟实现了优化,并可为其他大变形后需考虑接触的工程模拟提供参考。      

盾构隧道施工土体扰动范围研究

盾构隧道施工,隧道周边土体应力场发生改变,临近隧道土体因应力扰动出现塑性区,塑性区的分布范围与注浆压力、注浆量等注浆参数密切相关。塑性区被认为是施工扰动比较严重的区域,为分析盾构施工扰动范围,基于小孔扩张理论研究了注浆压力、注浆量对土体扰动塑性区的影响,推导了塑性区与注浆压力和注浆量之间的函数关系。在定义扰动评价标准基础上,提出应用有限元计算盾构施工塑性区和扰动范围的一种简捷实用的数值方法。最后采用静力触探现场测试盾构施工扰动范围,并与理论公式及有限元方法进行比较,理论公式、有限元及现场测试三者取得了较为一致的结果,验证了推荐方法的有效性。其研究结果可对盾构施工注浆参数的正确选择提供理论支持。     

不同重力场下静力触探试验离散元数值分析

采用离散元商业软件PFC2D对7种重力场下静力触探试验进行了对比分析试验,以研究高、低重力场下静力触探试验的异同点。数值试验结果表明：不同重力场下土体受静力触探贯入主要影响区域不同,低重力场下主要是上部土体受到影响,高重力场下主要是下部土体受到影响;归一化贯入阻力的最大值和稳定值、归一化球应力和偏应力的最大值均与重力加速度的倒数呈线性关系,均随重力加速度倒数的增加而增大;土体经历了明显的加载、卸载过程,重力加速度越小,加载、卸载现象越明显,同一重力加速度下上部土体加载、卸载程度大于下部土体。