热-水-应力耦合弹塑性二维有限元程序的开发与应用尝试

从已有的应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,使用Galerkin方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和岩土介质中热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序,并通过2个算例进行了应用尝试。     

Reynolds控制方程下粗糙节理渗流空腔模型研究

在研究节理的渗流时,渗流控制方程对节理渗流分析结果具有显著影响。首先介绍了节理渗流分析中的控制方程：Navier-Stokes方程、Stokes方程、Reynolds方程和立定定理,并分析了各控制方程在节理渗流分析中的适用性。以Reynolds方程作为渗流分析控制方程,建立了粗糙节理渗流空腔模型。然后以节理试件为研究对象,在实测节理三维表面形貌并计算隙宽分布后,分别进行相同渗流边界条件下的室内渗流试验和空腔模型计算,得到节理在不同接触状态下的渗流量实测值和计算值,并分别将计算结果与立方定理下的空腔模型、将整个节理简化为光滑平行板模型的立方定理以及速宝玉经验公式的计算结果进行比较,结果表明,Reynolds方程下的节理渗流空腔模型计算结果与实测值最为吻合,可以较为准确地反映节理的渗流情况。同时,根据Reynolds方程下空腔模型得到的渗流流量分布可以呈现节理渗流的曲折现象,为从本质上研究节理渗流特性奠定了理论基础。     

天然气水合物微观模式及其速度参数估算方法研究

天然气水合物沉积介质速度的估算是水合物人工地震探测理论方法和技术研究的组成部分。文中针对水合物在介质孔隙中悬浮、颗粒接触和胶结 3种微观模式 ,对前人估算其速度的多种方法进行了分析研究 ,结合试算模型 ,重点考查时间平均方程、伍德方程、李权重方程和等效介质等方法估算速度的适用性和使用条件。研究结果表明 ,每种方法都有其适用和不适用 (或不太适用 )的条件 ,水合物悬浮模式、颗粒接触模式和胶结模式 ,最为适宜使用的速度估算方法分别是伍德方程、权重方程和时间平均方程。权重方程在合理调整权重参数时有较宽的适用性。     

频率域中的欧拉方程

基于空间域中的欧拉方程,推导出频率域中的欧拉方程.分别以球体的重、磁异常进行模型试验.验证了使用相同场源的不同异常时,构造指数是不同的;通过对方程实部及虚部的划分,证实了构造指数的选取直接影响着所确定的纵向参数即场源深度,而对横向参数即场源水平位置的影响不大.     

二维分数阶对流-弥散方程的数值解

对二维时间分数阶对流-弥散方程和二维空间分数阶对流-弥散方程分别建立了差分格式,实现了对其的数值求解。针对理想算例进行计算求解,分析了时间和空间分数阶阶数取不同值时的扩散变化规律,验证了各自所描述的时间相关性与空间相关性。同时与传统的二维整数阶对流-弥散方程的求解结果作了对比。当时间和空间分数阶阶数α与γ分别取整数时,二维时间分数阶对流-弥散方程和二维空间分数阶对流-弥散方程都与传统二维整数阶对流-弥散方程的计算结果相同,说明提出的对二维分数阶对流-弥散方程的数值求解方法是可行的。其结果对地下水溶质运移的进一步研究提供了有效的手段。     

基于时间序列分析改进法的地下水位动态预报——以吉林省桦甸市为例

采用逐步回归法替代传统时间序列分析模型中的多项式拟合法和自回归法,仅选用对因变量影响较大的自变量建立方程,提高了模型的精度。依据桦甸市26130018号观测井2000—2008年逐月的地下水位埋深资料,分别利用传统的、改进的时间序列分析法建立模型,以2009—2010年的观测数据进行精度检验,选择较优的改进模型预测了2011—2013年逐月的地下水位。结果表明:2个模型均满足精度要求,但经过改进后,随机方程和趋势方程的相关系数分别由0.830 7和0.803 9增至0.913 5和0.970 9,拟合结果明显提高。     

三峡泄滩滑坡滑动带土的改进Singh-Mitchell蠕变方程

进行了三峡泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究,在此基础上给出了该滑动带土的 Singh-Mitchell 蠕变方程,即剪应力-应变关系采用指数函数,应变-时间关系采用幂函数来描述土体的流变性质。并根据分段拟合的思想,提出了改进的 Singh-Mitchell 蠕变方程,即在应变-时间幂函数中使用不同的幂值λ ,来分别模拟滑动带土的衰减、匀速和恒定蠕变。通过对比可知,改进 Singh-Mitchell 蠕变方程较 Singh-Mitchell 蠕变方程能更好地模拟流变性较小的滑动带粘土。     

分析隔水边界附近抽水-恢复试验数据的新方法

为能同时分析含水层具有直线隔水边界条件下,抽水试验中抽水―恢复阶段降深数据,提出了一种新的数据分析方法。在建立这种方法时,将表示抽水和恢复阶段水头降深表达式中Theis井函数的级数表达式的前3项作为其近似表达式,经过推导,分别得到抽水和恢复2个阶段的直线方程。2个直线方程的因变量和自变量均为观测数据的函数,而直线常数为待求参数的函数,在进行数据分析时,只要将试验观测数据分别转化为直线方程的因变量和自变量数据,就能够利用一元线性回归法分别计算2个直线方程的常数,而利用直线常数的表达式,能够推导得到计算含水层参数和映射井到观测孔间距离的公式。通过算例说明了方法的具体应用步骤。      

考虑非达西流的弱透水层固结计算

由于成岩作用的影响,深部弱透水层中的黏性土较为坚硬、致密,在这种黏土层中的孔隙渗流规律有偏离达西定律的现象,而在现有的地面沉降研究中,对深部弱透水层的固结变形计算始终沿用以达西定律为基础的固结方程进行,这显然是与实际情况不相符的。鉴于此,以孔隙渗流为非达西流为基础,对太沙基一维固结方程进行了重新推导,并采用半解析法对非达西流-太沙基一维固结方程进行了求解。分别采用达西流-太沙基固结方程和非达西流-太沙基固结方程对同一固结问题进行了计算,结果表明,考虑非达西流后土层达到某一固结度所需的固结时间较之不考虑非达西流时明显增加了,而且固结时间增长的趋势与实测的增长趋势较为一致。     

论岩石体积应变与孙隙中流体压力的关系及其应有途径

提要 本文根据渗流的连续性方程和有关的力学方程、分别推导出提示岩石体积应变与孔隙体压力之间在内的联系的两个基本做分方程。通过对这两个基本微分方程的对比分析，     

深层地热能开发及其对地热水流场的影响

为了研究深层地热能开发对热储层流场造成的影响,选取兰考县深层地热能开发为研究对象,分析研究区新生代以来的地质结构和区域构造特征,调查地区地热开采情况及存在的问题。根据地热能类型分析了第四系Q、新近系明化镇组N₂、新近系馆陶组N₁等3个热储层特征,利用可控源音频大地电磁测深查明区内的断裂分布、热储层发育、隔水边界等条件,通过现场试验与测试手段查明不同部位热储层的参数指标,分区计算各层的地热资源量。根据开采方式、边界条件、水文地质参数建立数学模型,通过数值模拟预测出2023年Q热储层流场将恢复到原始流场模式,N₂热储层流场漏斗效应持续减弱,N₁热储层流场漏斗效应明显且分布不规则,为控制地热资源开发对环境造成的影响,提出封闭循环利用地热、同层加压回灌的开采方式及合理布局开采井、综合利用多层地热等措施,为本地及周边地区地热资源开发及环境保护提供参考。      

冰湖溃决洪水的二维水动力学数值模拟

为分析冰湖溃决洪水过程,建立了一个二维非恒定流数值模型,可以定量的开展冰湖溃决洪水预测.数值模型的基本控制方程采用二维浅水水流方程,数值方法采用可以捕捉激波的WAF TVD二阶精度格式,并用非界面追踪的方法处理干湿边界.通过理想情况下一维解析解的验证和二维复杂地形情况的数值试验,证明数值模型具有较好的精度和可靠性,并且可以适应复杂地形.将数值模型应用于一个典型的冰湖溃决事件,定量地预估了该冰湖溃决洪水过程,结果表明:水流流速很高,床面剪切应力很大,可能诱发活跃的泥沙运动,形成泥石流灾害.     

河流附近非水平初始面潜水渗流分析

考虑初始面非水平条件,建立河流边界控制下的半无限含水层渗流模型,提出非水平初始面及其相关参数（a、t_N）的简易计算方法,并探讨模型的适用条件。分析表明,该法适用于观测数据较少、地下水水位变幅相对于潜水含水层厚度较小、且观测孔距河岸较近条件下河流附近潜水含水层渗流计算。结合实例,采用查表法和配线法求解模型。计算结果表明:参数a和t_N的计算值不同,水位计算误差在0.02 m以内,较原公式精度有明显提高。新模型为初始面非水平条件下的潜水渗流计算提供一种简易方法。     

自由跌流的水力特性

运用解析函数的Riemann-Hilbert混合边值问题理论,导出了计算重力作用下二维跌水流动的边界积分方程,并在物理平面上进行了数值求解.计算结果与Rouse试验资料进行了比较.     

岩体裂隙网络非稳定渗流分析与数值模拟

针对裂隙岩体的非稳定渗流问题,通过将Darcy定理扩展到包含干区的整个裂隙网络区域,并令潜在溢出边界条件为Signorini型互补边界条件,将湿区上的非稳定渗流问题转化为全域上的一个新的初边值问题。为降低试探函数选取的难度,建立与定义在整个裂隙网络区域上的偏微分方程（PDE）提法等价的抛物型变分不等式（PVI）提法,并给出裂隙网络非稳定渗流分析的有限元数值分析格式和迭代算法,与砂槽模型试验数据的对比分析,验证其有效性。最后,将文中发展的计算方法应用到含复杂裂隙网络的边坡非稳定渗流分析,计算结果很好地反映出边坡内部自由面随库水降落的变化规律,并能准确地描述裂隙网络内部渗流运动特征及流量分布的不均匀性。     

水库异重流一维水沙耦合模型

建立了基于库区不规则断面的一维非恒定异重流数学模型,并采用明流与异重流水沙输移模型交替运算的两步模式,即用潜入条件动态判别异重流计算的上游边界位置,将潜入点上游的明流浑水段与下游异重流段计算连接起来。水流运动、泥沙输移与河床变形过程完全耦合,采用TVD(Total Variation Diminishing)形式的MUSCL-Hancock格式进行数值求解。将该模型应用于恒定流量与释放定量悬沙两种条件下的异重流水槽实验模拟,比较了有无水面梯度项对模拟精度的影响,计算结果表明该模型能较为准确地预测异重流的厚度、含沙量分布及传播过程。     

Flow through porous media: A procedure for locating the free surface

A finite element procedure is developed to accurately locate the free surface of unconfined seepage flow through porous media. The free surface is taken as the boundary between wet and dry soils, with flow in the saturated region characterized by Darcy's law. The method involves equations and meshing which are fully consistent with a general formulation for geotechnical engineering problems involving simultaneous solution of pore fluid pressures and soil skeleton displacements. Accuracy and versatility of the proposed procedure are demonstrated by solving various unconfined seepage flow problems through earth structures. Free surfaces and flownets are presented for the calculated flow fields.     

河冰数值模拟中不规则边界处理技术探讨

数值模拟是河冰问题研究的重要手段之一, 但受限于天然河道的复杂地形条件, 研究工作开展中往往面临不规则边界的处理问题.基于河冰数值模拟工作现状, 总结和阐述了贴体网格技术对其的应用.针对二维数值模拟提出了采用滑动边界法和势流理论式相结合的方法来进一步提高边界处网格的正交性; 三维网格生成则宜采用σ竖向坐标变换法; 河冰模拟中水面位置确定通常采用标高函数法; 对于非稳态河冰数值模拟, 动边界处理技术可考虑改进并应用干湿法.     

Amphibole composition as an indicator of subtle grade variation in epidote-glaucophane schists

Abstract The paragenetic relations of epidote-glaucophane schists are described in terms of the system Al₂O₃-Fe₂O₃-Fe₂O₃-MgO-CaO with excess of quartz, albite and epidote. If alkali-amphibole is free from Ca and Al^IV, its composition when associated with epidote is invariant, univariant or divariant at a given pressure and temperature on Miyashiro's (1957) diagram of alkali-amphibole solid solution if it is also associated, respectively, with three, two or one additional minerals in the system.
Using a group of epidote-glaucophane schists from the Kotu area of the Sanbagawa metamor-phic belt in Shlkoku, Japan (isophysical compositional),univariant boundary lines were determined for the assemblages that, in addition to the ubiquitous quartz + albite + phengitic mica, contain hematite + chlorite, garnet + chlorite and actinolite + chlorite, respectively. The slopes of the univariant boundary lines obtained from petrographical data are in good agreement with those calculated in a model system.
The positions of isophysical univariant boundary lines on the amphibole compositional diagram serve to distinguish the grade of metamorphism among the rocks of the same mineral facies. The hematite-chlorite univariant boundary line can be used to divide the zone of epidote-glaucophane schists of the Sanbagawa metamorphic belt into three, and the garnet-chlorite-paragonite invariant equilibrium can be used to divide the epidote zone of New Caledonia into three.     

颗粒离散单元法动力人工边界设置方法

采用颗粒离散单元法进行动力计算时,人工截断边界上需设置吸收边界条件,以防止波的反射。鉴于颗粒离散单元数值计算模型的人工边界上颗粒单元半径大小不一、边界面凸凹不平,在连续介质的黏性、黏弹性、自由场边界条件方程基础之上,推导出适用于离散介质的等效方程。在离散介质的黏性边界条件等效方程中引入微调系数,提出比值迭代法以快速确定其最优值,以实现对波的最佳吸收。采用二维颗粒离散单元计算软件PFC2D,分别建立黏性、黏弹性、自由场边界条件相关数值分析模型,探讨颗粒分布模式对黏性边界上颗粒单元半径、速度分布及比值迭代过程的影响;采用外源波动算例及经典Lamb问题算例验证黏弹性边界设置方法的正确性;通过隧洞算例检验提出的自由场边界条件设置方法的正确性。