单斜含水层-泉流系统概念模型研究

“当前数值模拟的核心问题是防止模拟失真 ,努力提高仿真性”[1 ] .模拟失真是多方面的 ,其中最主要的是概念模型失真 .一旦水文地质概念模型不能刻画研究区地下水的基本运动规律 ,其后的工作再精细 ,也不可能弥补建立概念模型的失误 .因此 ,要十分重视水文地质概念模型的建立 .然而 ,这个问题并没有引起水文地质数值模拟工作者的普遍重视 .我们要避免对水文地质条件、地下水流动基本特征未加精细分析就摆出数学模型[2 ] .这种模型的预测结果是难以置信的 ,尽管有的模型其短时间的拟合度还不是很差 ,但是“拟合好或差并不是检验建模合理性的…     

陈崇希教授的学术思想和成就综述

在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性.      

"渗流-管流耦合模型"的物理模拟及其数值模拟

井孔 -含水系统问题是当今水文地质学最重要的研究课题之一。长期以来 ,水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用“热传导”中的“线汇”理论 ,需要人工预先给定线汇 线源的流量或水头的分配 ,其正确性或适用性至今没有得到理论证明。陈崇希 (1993 )提出的“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”在理论上已解决多个水文地质问题 ,也用于几个实例 ,本文再用物理模拟检验其可靠性。论文针对具有典型意义的河床下水平井或傍河垂直井地下水流问题做了砂槽物理模拟 ,并用基于“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”的数值方法仿真模拟了此条件下地下水流的规律。成果表明 ,数值模拟观测孔水头动态相当好地再现了物理模拟结果。论文指出了“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”在井孔 -含水系统问题上的广泛应用前景。     

基岩岛屿地下水流场数值模拟研究

岛屿是我国领土的重要组成部分,对国家安全和国防军事意义非凡。岛屿的地下水资源尤为珍贵,地下水流场模拟是研究地下水分布规律的重要手段。水文地质条件复杂、可利用的观测井较少等原因,造成了基岩岛屿水文地质模型概化精度不高、初始条件难以获取等问题。为克服基岩岛屿地下水流场模拟的诸多困难,将珠海外伶仃岛作为研究区,利用数字高程模型数据开展地质地貌建模; 利用探地雷达法、直流电法与地质分析对岛屿进行探测,获取了地层数据; 采用地下水遥感评估法,利用实测井位数据,确定了地下水的初始水位,进而对基岩岛屿地下水流场进行建模; 最终,通过对外伶仃岛地下水流场的数值模拟得出地下水模拟流场图。岛上多个测点的探测水位值与模拟水位相关性较好,其拟合优度R²为0.872 2。由此可见,综合遥感、物探、水文地质手段等技术方法获取的数据,采用地下水模拟软件或程序实现基岩岛屿地下水流场的数值模拟,是基岩岛屿地下水资源研究的一个有效方法。     

井孔-含水层系统数值模拟方法研究进展

目前"井孔-含水层"系统处理的三种主要方法:基于线汇理论的井孔模拟、高渗透系数法和渗流-管流耦合模型,评述了各种方法的优缺点,重点指出了传统线源(汇)法理论上的缺陷及实际应用中的局限性。概括了MODFLOW,TOUGH2,FEFLOW等地下水数值模拟软件对井孔含水层模拟的方法;应加强井周小尺度水流水质的精细研究,并研究井周水流运动对水质的作用,以及对大尺度地下水模拟的影响。     

渗流-管流耦合模型及其应用综述

含水层-井孔水流问题是水文地质学中最重要的基础性研究课题之一。长期以来水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用"热传导"中的"线汇"理论,需要人工预先给定线汇的流量或水头分配,其普适性至今没有得到证明。针对地下水混合井流模拟提出的"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"的概念、方法,不仅解决了混合抽水试验求取分层水文地质参数、预测分层地下水降落漏斗等问题,更重要的是提出的模型和方法具有一定的通用性,已被用于模拟水平井、自流井、观测孔等,并发展为岩溶管道-裂隙-孔隙三重空隙介质地下水流模型。"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"方法不仅得到现场试验的应用性验证,也通过物理模拟得到了检验。     

数值模拟在反演矿区水文地质条件中的应用

地下水数值模拟技术已经普遍应用于矿区水文地质问题的研究,以涌水量预测居多,但对于矿区水文地质条件的反演目前仍处于探索阶段.针对马坑矿区开采条件下关键水文地质条件认识不清的事实,以矿区岩溶裂隙地下水为研究对象,建立了三维地下水水流数值模型,并利用地下水位动态及涌水量资料对模型进行了识别,反演了矿区目前存在的若干重大水文地质问题,对矿区的边界条件、充水来源及途径、地表入渗等问题有了进一步的认识.该方法也是对数值模拟技术应用的一种新探索.     

大武水源地岩溶地下水开采动态数值模拟分析

综合考虑大武水源地复杂的水文地质条件,运用三维数值模拟技术,采用断层带状剖分方法,在大武水源地建立了地下水流动的三维数值模型。模型采用任意多边形网格有限差分法求解,把断层带作为单独的水文地质参数分区参与模型运算,较好地刻画了断层的性质,模拟计算水位结果与观测水位资料拟合检验效果良好。为了保证大武水源地岩溶地下水能够合理的持续开发利用,在此模型基础上和在不考虑上游太河水库放水条件下,模拟计算得出了平水段和枯水段水源地地下水的允许最大可开采量分别为39. 7万m3 /d和26. 2万m3 /d      

水文地质数值模拟的拟合问题

数值摸拟的核心问题是拟合。拟合是以正确理论为指导,通过模型制作和调试不断检验理论预想效果,修正错误和探索未知,使主观认识向客观实际逼近的理论思维模式、探索路线和研究方法。拟合的一个重要任务是排除多解性。能否排除多解性取决于拟合的约束条件是否充分。如果研究者有良好专业素养,对水文地质条件定性认识较清楚,又取得了基本定量数据,以这些已知条件作全面约束进行拟合,就能求得模型近似的唯一解。否则不能保证排除多解性。水位拟合精度是识别模型的重要标志,但只有在排除多解性的前提下才有意义,所以不是唯一标志。还要看其它约束条件是否充分。     

双柳煤矿矿井涌水量数值模拟研究

如何比较准确的预测矿井涌水量一直是国内外煤矿相关研究人员努力探求的重要问题之一。在充分认识和掌握研究区水文地质条件的基础上,建立了与实际情况相符合的矿井涌水量数值模拟数学模型,重点研究了模型的边界条件、模型的时间和空间离散、含水介质水文地质参数的确定,并运用目前较为流行的地下水数值模拟软件Visual Modflow对研究区进行了矿井涌水量数值模拟,得出了比较合理的矿井各水平井下涌水量,为矿井水害防治提供决策依据。     

城市生态地球化学评价的盖子模型

分析了城市生态地球化学评价的特点。建立了城市生态地球化学评价的盖子模型。按照盖子的阻隔效应,将城市生态地球化学评价分为盖上循环、盖下库内循环和盖子网眼及边缘的库内外开放性循环三大部分内容。城市化进程就是盖子的扩张与修补过程。按盖子模型进行的城市生态地球化学评价有利于预测和防治城市生态地球化学灾害,为城市规划、建设和管理服务。     

浙江“常山式”萤石矿床特征及成矿模式

"常山式"萤石矿床是近年在钦杭成矿带发现并被评价的一种新类型矿床,与产于碳酸盐岩中的充填交代及层控型萤石矿床不同,其矿体赋存位置及矿石特征有其独特性。以往勘查的矿体主要分布在岩前短轴背斜的南东翼、岩前岩体与寒武系碳酸盐岩外接触带。位于背斜转折端的苦麻岭矿床的发现,丰富了"常山式"萤石矿床的成矿理论。研究表明,寒武系碳酸盐岩岩性差异与成矿关系并不密切,矿体顶底板Ca F2含量特征说明成矿作用以充填为主。燕山晚期高氟岩体侵位是矿床最重要的控制因素,岩体外接触带的"虚脱冒落"构造及层间构造带为主要控矿构造。通过矿床地质特征及成矿规律研究,总结了矿床成因,建立了成矿模式,为浙西北乃至华南地区寻找同类型矿床提供了新思路。     

基于“S”型函数的隧道开挖变形预测模型

基于不同开挖阶段围岩阶段变形曲线几何特征,提出一种基于"S"型函数的隧道开挖全过程变形预测模型,实现隧道开挖全过程中的围岩变形预测。对比分析了常用"S"型函数适应性,建立了基于Logistic模型的隧道围岩变形分析模型,模型精度控制在2%以内,并提出了模型参数辨识过程。利用Logistic隧道围岩变形模型,讨论了隧道开挖瞬时变形特征,提出了一种求解隧道瞬时开挖变形值的方法,计算出不同工程条件下瞬时变形值处于2. 192～43. 288 mm,瞬时位移占最终位移的6. 61%～18. 33%。以马尾山隧道为工程实例,建立了具体的工程隧道围岩变形模型,得到隧道开挖瞬时位移值处于1. 041～9. 475 mm,瞬时位移占总位移比值处于5. 52%～36. 44%。     

True Type格式"地质矿产符号库"特点介绍

“地质矿产符号库”是一套采用国际先进技术、符合国内行业标准的专业字库。具有4大特点,可用8个字概括：“美观、统一、规范、通用”。     

理想条件下混合型水库(湖泊)"三氮"迁移转化数学模型及其解

建立了理想条件下混合型水库(湖泊)"三氮"迁移转化数学模型,并给出了入库和出库变流量情况的解析解,即"三氮"迁移转化规律的解析表达式,根据解析表达式可以计算任何时刻"三氮"的变化情况。给出了"三氮"转移速率常数的计算公式,根据给出的"三氮"表达式可以预测水库(湖泊)水体"三氮"的变化规律,为防治水库富营养化和生活污染提供了科学依据。     

城市生态地球化学评价的盖子模型

分析了城市生态地球化学评价的特点。建立了城市生态地球化学评价的盖子模型。按照盖子的阻隔效应，将城市生态地球化学评价分为盖上循环、盖下库内循环和盖子网眼及边缘的库内外开放性循环三大部分内容。城市化进程就是盖子的扩张与修补过程。按盖子模型进行的城市生态地球化学评价有利于预测和防治城市生态地球化学灾害，为城市规划、建设和管理服务。     

昭通太阳背斜山地浅层页岩气"三维封存体系"富集成藏模式

本文系统分析了太阳地区构造断裂系统、顶底板条件、沉积岩相、优质页岩展布、源储条件及富集高产规律,提出了"多场协同多元耦合"共同作用下太阳背斜区山地浅层页岩气"三维封存体系"富集成藏赋存模式,具有5个特征:①页岩储层上覆龙马溪组一段二亚段—石牛栏组厚层致密页岩和泥灰岩,下伏临湘组—宝塔组厚层致密瘤状灰岩,具有良好的封隔层条件,形成了封存体系的顶板和底板;②压扭应力背景下形成的断裂系统属于挤压性逆冲断层、压扭性走滑断层,断层的纵向封闭性好,有效地保护了优质页岩气藏;③断层两盘页岩气层对接岩性均为致密泥灰岩和灰岩,侧向封堵性防止了页岩气泄漏点出现,使得山地浅层页岩气仍具有连续型气藏特征;④前陆盆地"水体滞留+火山灰沉降"造就了"海洋漂浮生物繁盛+缺氧强还原"深水陆棚沉积环境,形成了"富碳、高硅、低黏、高脆"的优质烃源岩储集体,构建了"规模生烃、高效吸附富集"的页岩微纳米级储集孔隙空间;⑤页岩储层具有相对小的地应力和两向水平应力差,既利于在中低泵压下的储层压裂施工作业,又具备体积压裂打碎页岩形成复杂缝网和气井获得高产的关键要素.提出了复杂构造区山地浅层页岩气"多元富集高产"的规律性认识,即:前陆盆地深水缺氧强还原环境促使了"富碳、高硅、低黏"页岩储层发育(沉积成岩控制源储特征)、持续良好的三维封闭保存体系有效保护了富有机质页岩生烃留烃富烃和超压保孔(保存条件控制天然气藏)、页岩脆性与地应力以及水平应力差决定了体积压裂改造的难易程度并影响了人造页岩气藏的构建效果(应力可压性控制人造气藏)、Ⅰ类优质页岩气储层连续厚度和地层压力系数决定了页岩气禀赋的资源储量丰度与气井高产(烃储禀赋控制单井产量).研究成果对中国南方复杂构造区海相浅层页岩气的高效勘探开发具有重要的借鉴引领和指导意义.     

统一硬化模型与下加载面模型的理论关系

Hashiguchi下加载面本构模型是国际上具有较大影响力的超固结土本构模型之一。因此,选取该模型进行理论和构建方法分析,并与UH模型进行对比。对比结果表明,Hashiguchi下加载面模型通过定义单一的数学公式来拟合超固结土内变量的变化规律,从而得到了超固结土应力−应变关系的公式;而统一硬化（unified hardening,简称UH）模型掌握了超固结土体的强度特性,因而能够更准确、合理地描述超固结土的应力−应变关系。相较于Hashiguchi下加载面本构模型,UH模型在理论上更为先进。同时,两个模型的试验预测与试验数据的对比也验证了UH模型在数值计算上的正确性与优越性。     

关于找矿模型的探讨

矿床类型是建立各类矿床模型的地质前提,矿床模型的应用方向是建立模型的关键,经验模型与理论模型交叉与融合是建立矿床模型的核心.这3条是矿床模型研究中必须坚持的原则,也是建立找矿模型的重要原则.它基本明确了找矿模型的定位和建设方向.所谓找矿模型,不管其成熟度如何,均以经验模型与理论模型的各类信息的兼收并蓄为基础,以找矿为目...     

土体非线弹性-塑性本构模型

把本质上属于亚弹性本构模型,在岩土工程界广为应用的Duncan-Chang模型与服从Drucker-PragerMohr-Column屈服准则的弹塑性本构模型相结合,推出了非线弹性-塑性的组合本构模型,以克服经典的弹塑性模型不能考虑岩土材料在塑性屈服前的非线性行为以及一般的Duncan-Chang模型不适用于应力水平接近于屈服或破坏状态等缺点。所建议的本构模型简单实用,能较好地综合利用工程地质勘察资料和常规的土工试验数据。针对实际边坡具体地层条件的分析表明,该模型及其非线性析算法的正确性和可行性,而且在岩土工程方面具有广泛的实际应用价值。