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。     

三维磁场有限元—无限元耦合数值模拟

利用传统有限单元法在有限空间范围内开展三维地球物理场正演模拟时,由于截断边界的影响,会引起局部异常的畸变,影响数值模拟的精度,对该问题通常采用扩边的办法加以解决,但需要的范围较大,从而大大增加运算成本,影响正演模拟效率.本文基于COMSOL Multiphysics软件,在求解域外部边界设置无限元以替代传统边界条件,达到减小计算区域目的.通过孤立球体和组合模型磁场正演模拟,考虑退磁、剩磁及地表起伏条件,与传统有限元方法相比,有限元—无限元耦合算法能够有效克服边界效应,提高计算精度,降低运算量,从而提高了有限单元法正演数值模拟效率.     

一种适用于岩土力学无界域的有限元与边界元耦合法的具体实现

针对有限元与边界元耦合法在岩土力学无异域中应用的具体实现问题进行了研究，提出了在微机上实现的具体措施和需建立的程序模块，将有限元与边界元耦合法计算结果、有限元计算结果与理论解析解进行了比较。     

用边界单元法模拟二维地温场的地形影响

地形对地温场产生影响。在地形起伏较大地区，热流的实例值必须校正。本文用边界单元法模拟二维地温场的地形影响。与有限单元法比较，边界单元法具有单元剖分简单、剖分后的地形与实际地形拟合度高的优点。本文的计算结果与解析解、有限单元法的结果符合。     

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。     

天山构造带新生代构造变形二维有限元模拟

利用地质、地球物理成果，建立了横跨天山，包含准噶尔和塔里木盆地等构造单元的二维离散模型．模拟在5种不同边界条件下，整个天山构造带的应力应变和位移，结果表明：天山地区构造应力场以近NS向为主，主要动力源来自南部塔里木地块的向北推挤，北部准噶尔地块向南的推挤作用要弱于南部塔里木地块．主压应力多分布在天山地区下地壳及上地幔，主干断裂带附近也有集中，剪应力集中区分布在断裂带及其与地壳内界面相交处，总应变集中在天山下地壳及其上地幔部分，断裂带附近更为集中，尤其是边界断裂．剪应变主要集中在断裂带上，特别是边界断裂，位移以水平位移为主，在天山两侧山前最大，内部相对较小且以垂直位移为主．     

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。     

地下洞室碎裂结构围岩稳定性二维有限元数值模拟

以西北地区某市水利地下洞室工程为例,通过分别建立的Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类围岩的3个计算模型,对处于低地应力状态下地下洞室碎裂结构围岩,开挖后围岩变形破坏、变形破坏区分布与围岩稳定特征,采用了二维弹塑性有限元法进行了数值模拟、评价。模拟与评价结果表明:研究区洞室开挖后,洞室顶部与侧壁围岩均形成不稳定的变形破坏区,但以洞顶位置围岩所形成的破坏区最具规模,该特征与现场洞室围岩位移监测结果基本符合。该项研究所取得的成果不仅具有重要理论价值,而且对于确保研究区地下洞室工程建设的圆满进行具有实际指导意义。     

用边界元法进行二维重力异常反演

重力异常正演计算的边界元方法是利用格林公式将通常的沿整个密度体的体积分转变为沿密度体边界的积分,这样使问题的维数降低了一维,从而加快了计算速度、提高了计算精度。本文利用边界积分公式解反问题,这样减少了求解参数,提高了稳定性。理论模型计算表明,该法适用于形状复杂均匀密度体的反演,特别是它能用于地下起伏密度界面的确定。     

矿井电法三维有限元正演模拟--直流电透视方法技术研究

通过工作面两巷道间直流电透视三维正演模拟、资料解释方法以及正演实例分析，表明不同装置形式的直流电透视技术仍属于体积勘探。但不同的测量方式对应于不同的电场分布特性，且能分别突出探测目的层(煤层内或顶底板岩层内)的异常特征。为解决采煤工作面附近的具体地质问题，使用相应的方法可提供理论依据。     

济宁市地下水与地面沉降三维有限元模拟

在分析济宁市水文地质条件的基础上 ,对引起地面沉降诸因素进行了分析 ,并建立了地面沉降量与地下水位变幅之间的相关关系。集中过量开采地下水是引起济宁市地面沉降的主要原因。在此基础上 ,建立了准三维地下水流模型和一维地面沉降模型。通过水力联系建立地下水与地面沉降耦合数值模型 ,运用有限元法对地下水渗流场和地面沉降量进行模拟 ,并对 2 0 0 0年和 2 0 10年地面沉降进行了预测     

岩土体大型三维离散元模拟系统的研发与应用

本文分析了当前岩土体离散元法存在的两个主要问题：（1）离散元颗粒与宏观模型间力学关系不明确; （2）离散元法计算量大,计算效率低。并针对这两个问题开展了理论研究和系统研发。在建立离散元颗粒接触关系基础上,提出了利用微宏观力学参数转换公式,构建具有特定力学性质的离散元模型; 提出了离散元颗粒系统的能量计算方法。在一系列理论研究的基础上,自主研发了岩土体大型三维离散元模拟系统MatDEM。其具有良好的前处理和后处理功能,能自动生成各种云图和模拟动画; 采用矩阵运算和GPU（图形处理器）高速计算,显著地提高了离散元计算的速度。在实例中,MatDEM被用于岩体孔隙的水力压裂模拟,在单台计算机上完成了一百万颗粒的动态模拟。结果表明,微裂隙趋于平行最大压应力方向和各向异性软弱方向形成; 能量转化曲线表明,弹性应变能和动能逐步转化为热量,但总能量始终恒定,离散元系统实现了能量守恒计算。     

地下水溶质运移三维有限元模拟软件的设计与应用

介绍了含水层系统地了下水溶质运移三维有限元要模拟软件（ＧＴＳ３ｄ）的设计思路，该软件充分考虑到从模型的建立，数据与参数的输入，模拟计算到计算结果可视化与表达的整个过程，通过键盘或鼠标控制下拉式菜单结构而有机地组织在一起，实现了数据输入，计算结果输出的全部图形功能，该软件成功地用于广西北海市涠洲岛含有水层系统的海水入侵模拟研究     

地震波正演模拟有限元法在微机上的实现

有限元法是复杂介质地震模拟的有力工具,它能比较客观地反映地震波传播过程,比较细致地再现地震图像。但由于有限元法地震模型所需网格节点数多、数据规模大,使它的计算受到限制。采用对角化集中质量矩阵、刚度矩阵变二维为一维存贮,并通过使用有限差分吸收边界条件来处理地质模型的人为边界反射问题,从而使计算所需内存降低,计算时间减少,并能比较好地实现地震声波用有限元法计算,理论模型的计算结果验证了算法的正确性和可行性。     

覆岩离层三维力学模拟有限元接触算法及其应用

针对覆岩离层这一特殊的接触问题提出了新的接触算法,并采用大规模并行计算方法实现了对离层进行真正三维的力学模拟,从而得到覆岩离层空间几何形态参数.以济宁二号煤矿西部十一采区为研究实例,验证了算法的适用性及有效性.     

时域激电谱有限元数值模拟

在时域柯尔-柯尔模型的时变电阻率表达式和时域激电法视参数计算公式的基础上,采用数字滤波法和等效电阻率法进行时域激电谱的迭代有限元数值模拟.模拟程序能够模拟不同围岩条件下各种地质体在不同装置下的激电异常特征,结果以文件和图形的方式直接输出,可为激电法的分析提供大量的信息.     

龙塘山2号大桥岸坡破坏模式的离散元模拟

以龙塘山 2号大桥为工程背景 ,在综合考虑桥基岸坡的工程地质条件尤其是岩体结构的基础上 ,建立了数值分析模型 ,采用离散元法对该桥 10 #墩所处岸坡的破坏模式进行了模拟。模拟结果表明 :( 1)龙塘山 2号大桥 10 #墩所处岸坡基本稳定 ;( 2 )施工时 ,应对既有公路上方岸坡坡顶及坡面可能崩滑岩块进行预清除与加固 ;( 3)根据岸坡破坏趋势可得其稳定坡角为 5 0°     

《省级航磁数据库》航磁模拟资料数字化方法

建立“省级航磁数据库”是地调局下达的项目,为保证提供合格的建库数据,针对大量存在的航磁模拟资料,航空物探遥感中心通过试验总结,提出了在航磁ΔT剖面厘米底图上,采用数字化仪进行数字化的方法、流程和质量检查要求,完成了航空物探遥感中心拥有的138个测区的航磁模拟资料数字化工作,取得了全国绝大多数地区的入库航磁数据.同时该方法已向有关地勘单位推广使用.     

<省级航磁数据库>航磁模拟资料数字化方法

建立“省级航磁数据库”是地调局下达的项目,为保证提供合格的建库数据,针对大量存在的航磁模拟资料,航空物探遥感中心通过试验总结,提出了在航磁ΔＴ剖面厘米底图上,采用数字化仪进行数字化的方法、流程和质量检查要求,完成了航空物探遥感中心拥有的１３８个测区的航磁模拟资料数字化工作,取得了全国绝大多数地区的入库航磁数据。同时该方法已向有关地勘单位推广使用。