三维稳定渗流的 p 型自适应有限元分析

建立了三维稳定渗流的p型自适应有限元分析的误差估计器。充分利用p型有限元前处理少、计算精度高和收敛速度快的优点，分析了p型有限元法求解渗流问题的技术特点，给出了求解三维稳定渗流的自适应升阶策略。通过具体算例，研究了单元阶次及网格尺度对计算结果的影响，验证了三维p型有限元法在求解渗流问题时的可行性。     

p型自适应有限单元法及其在岩土工程中的应用

详细地介绍了p型自适应有限元的基本理论及其发展过程,总结了p型自适应有限元的误差估计方法、自适应升阶策略以及加速收敛技术,并将p型自适应有限元法应用于岩土工程的三维弹粘塑性分析、三维动力响应分析以及三维渗流分析中,最后提出了p型自适应有限单元法中亟待解决的问题及今后的研究方向。     

三维潜水非稳定流反问题的变分有限元方法

本文写出了三维非稳定潜水流相对应的伴随方程，获得了用变分法计算这类流动问题的灵敏度系数公式，并将其用于解决地下水，地表水联合模拟的预测问题，计算结果表明，用这种方法求参数控制反问题是有效的。     

基于三维非线性有限元的边坡稳定分析方法

刚体极限平衡法不能反映岩体中实际的应力分布,而基于有限元的强度折减系数法在判断收敛性方面存在一些问题。为了解决这些问题,采用多重网格法,分别建立用于有限元计算的结构网格和用于计算滑面稳定安全系数的滑面网格,可以方便地获得任意滑面或滑块的稳定安全系数,从而将非线性有限元和极限平衡分析结合起来。为了提高计算规模和计算精度,采用有限元并行计算程序TFINE.Pfem进行计算,分析了网格密度对计算结果精度的影响,并应用于锦屏高边坡的稳定分析中。与刚体极限平衡法结果的对比分析表明,由于考虑了计算过程中的非线性应力调整,该方法的计算结果比刚体极限平衡法偏大,而且更符合实际情况。     

裂隙岩体不稳定温度场的复合单元算法研究

基于复合单元法,结合三维热传导-对流方程和“充填模型”,提出了裂隙岩体不稳定温度场的复合单元模型。该模型前处理简便快捷,计算网格生成时无需考虑裂隙的存在,网格剖分不受限制,随后利用复合单元前处理程序,依据裂隙的位置和方位将其自动离散在单元内。对常规热传导-对流方程进行自伴随性调整,应用变分原理,推导出裂隙岩体不稳定温度场的复合单元算法,该算法可分别计算出岩块子单元和裂隙的温度值,且可真实反映裂隙中水流与相邻岩块间的热能量交换规律。将复合单元数值模型计算的不稳定温度场结果与相应的实测数据进行对比分析可知,数值计算结果与实测数据基本一致,验证了裂隙岩体不稳定温度场复合单元算法的可靠性与有效性。算例分析表明,裂隙中水流与相邻岩块间有明显的热传导和热对流作用。     

公伯峡电站进水口5＃坝段坝基三维抗滑稳定分析

针对黄河公伯峡水电站工程进水口5#坝段坝基稳定问题,根据断层切割情况,建立了三维极限平衡计算模型,推导了楔形体三维抗滑稳定计算公式,计算了不同工况条件下的抗滑稳定安全系数,计算结果表明其抗滑稳定满足规范要求。     

带相变瞬态温度场问题的扩展有限元解析

带相变瞬态传热问题是寒区工程多场耦合问题求解的关键.在剖析常规有限元法在求解带相变瞬态温度场问题的不足的基础上,结合冻土冻融温度变化的特点,提出采用扩展有限元法求解冻土工程带相变瞬态传热问题的新方法,以四边形单元为例推导了冻土工程温度场的求解格式,详细剖析了瞬态传热过程中移动界面水平集函数的构造、单元刚度矩阵的形成及高斯积分的求解.据此编写了相应的扩展有限元程序,通过经典Stefan问题全面验证了程序的正确性与合理性.     

边坡稳定分析的非线性有限元混合解法

在对有限元强度折减法和有限元迭代解法的优缺点分析的基础上,提出了边坡稳定分析的非线性有限元混合解法,该法将有限元强度折减法和有限元迭代解法联合运用于边坡稳定分析,充分利用了两种方法的优点。即由有限元强度折减法搜索边坡可能滑动面,将可能滑动面在网格中画出,由迭代解法逐步迭代求得其滑动面的安全系数。并以算例和工程实例说明了此种方法的正确性和合理性。     

裂隙网络非连续介质渗流场与温度场耦合分析研究

在岩体水力学研究中,一个重要问题就是岩体渗流场与温度场的耦合分析。笔者关注了国内外相关的研究,对其发展的趋势进行了展望。系统综述了裂隙岩体渗流-温度耦合的研究情况,阐明了裂隙岩体三种渗流模型的特点、适用范围及裂隙网络非连续介质模型的研究概况,分析了裂隙岩体渗流-温度耦合作用研究及工程应用。最后,提出基于裂隙网络非连续介质渗流温度耦合分析是目前亟待解决的课题,并指出今后需要深入研究的问题。     

草峪岭隧洞岩体结构特征及围岩稳定有限元分析

岩体结构是影响岩体力学性质和隧洞围岩稳定性的重要因素。本文依据大量实测岩体结构面的资料，统计求得了结构面分布的概率模型，采用Ｍｏｎｔｏ－Ｃａｒｌｏ法，获得岩体结构网络图进行有限元分析，位移、二次应力分布及塑性、拉裂区范围分布，规律均较清楚。     

考虑饱和-非饱和渗流、温度和应力耦合的三维有限元程序研制

在探索多场耦合理论基础上,研制出了一个考虑饱和-非饱和渗流场和温度场对应力场作用的三维弹塑性有限元程序,该程序采用了以下简化假设：不考虑力学过程和渗流过程对温度场产生的影响,而只考虑变温对力学过程产生的影响;不考虑力学过程和温度场对渗流场产生的影响,而只考虑渗流场对力学过程产生的影响。经与弹性力学解析解对比,验证了该程序计算结果是合理的。     

二维非恒定渗流的有限元并行计算

建立了二维非恒定渗流的有限元并行计算模型,在windows操作系统下实现了基于消息传递的二维渗流的有限元并行计算。模型采用广义极小残余算法(GMRES)对方程组进行并行迭代求解,通过分析数据执行时的相关性和检验算法结构的固有串行性,将原有串行算法中的算法元直接并行化。对溪洛渡上游围堰的渗流分析进行了并行数值模拟,并针对水位骤降情况下非恒定渗流进行了并行计算,证明了模型的合理性。对模型进行了加速比测定,可以看出并行计算的效率随着问题规模的增加而逐渐提高。     

多圈管冻结瞬态温度场有限元数值分析

人工冻结温度场是空间和时间相关且含有相变的不稳定瞬态传热问题。以淮南某煤矿冻结工程为研究背景,应用大型非线性有限元计算程序ADINA模拟冻结管偏斜条件下的冻结壁厚度、平均温度与冻结时间等,结果和现场实测十分接近。研究表明:应用有限元方法分析冻结温度场,能很好地预测冻结壁温度场发展,可为冻结工程信息化施工提供参考。     

A mixed solution for two-dimensional unsteady flow in fractured porous media

A mixed finite element–boundary element solution for the analysis of two-dimensional flow in porous media composed of rock blocks and discrete fractures is described. The rock blocks are modelled implicitly by using boundary elements whereas finite elements are adopted to model the discrete fractures. The computational procedure has been implemented in a hybrid code which has been validated first by comparing the numerical results with the closed-form solution for flow in a porous aquifer intercepted by a vertical fracture only. Then, a more complex problem has been solved where a pervious, homogeneous and isotropic matrix containing a net of fractures is considered. The results obtained are shown to describe satisfactorily the main features of the flow problem under study. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

约束随机场下的边坡可靠度随机有限元分析方法

目前边坡可靠度中常用的简化分析方法,不考虑边坡土体的空间变异性,每次计算整个边坡都取用相同的强度参数,由离散点试样试验得到的土体参数统计特性只能反映点特性,而边坡的稳定性受滑面上平均抗剪强度特性控制,因此,需要考虑空间范围内的平均特性。描述空间变异性的随机场理论对变异性较高的土体,实际上高估了其空间变异性。把随机场理论和地质统计中的区域化变量理论结合起来,建立约束随机场,并在此基础上进行Monte-Carlo随机有限元分析。计算实例表明,在高变异性条件下约束随机场能有效降低完全随机场的模拟方差,得到更低的破坏概率。对比了随机有限元和简化法的计算结果表明,简化法在土体强度变异性很高时其结果并非偏于保守。另外也指出了可靠度分析中存在的边坡尺度效应和简化法的适用条件。     

水泥改良土杯型冻土壁融化温度场三维数值模拟

为掌握水泥改良土杯型冻土壁的解冻规律,以南京地铁10号线过江隧道盾构出洞水平冻结加固工程为例,对水泥改良土杯型冻土壁融化温度场进行了三维数值模拟,并研究了导热系数、比热容、相变潜热等因素变化对融化温度场的影响规律。结果表明：冻结水泥土解冻速度受初始温度影响较小,受冻土位置影响较大;解冻过程中,冻土壁外侧1 m处的非冻结土温度先降后升,冻土壁外侧3~7 m处土体温度始终呈下降趋势;随着导热系数减小、相变潜热增大、比热容增大,解冻时间延长;比热容对冻结水泥土解冻过程的影响主要体现在升温阶段,相变潜热主要影响冻土相变阶段,导热系数既影响升温阶段又影响相变阶段。     

热害矿井巷道温度场分布规律研究

为解决深部开采带来的热害问题，基于地质学和热力学理论，建立了热害矿井巷道温度场的数学模型，研究了巷道内部温度场随埋深和通风热速的变化规律。计算结果表明，巷道温度场对埋深的敏感度要高于风速、温度随埋深的增加而呈阶段性递增。控制入口温度是解决矿井热害的关键。以上结论为矿井热害的综合治理提供了重要依据。     

移动荷载下瞬态振动的三维移动坐标有限元分析

针对移动荷载引起地基振动问题的特点,在随荷载移动坐标系下建立有限元方程进行分析,能够与常规有限元方法较好地符合。建立了可用于移动坐标有限元法的黏弹性边界,从而有效地模拟波在边界的透射。以Euler-Bernoulli梁模拟轨道和路基的作用,以三维实体单元模拟黏弹性分层地基,得到的数值模拟结果能够与瑞典Ledsgård地区高速铁路实测数据较好地吻合,表明移动坐标有限元法可以有效地分析此类问题。