基于PFC2D模拟的矿物粒径非均质效应研究

岩石作为矿物颗粒的集合体,矿物粒径非均质性对其宏观力学特性影响比较明显。基于颗粒流程序PFC2D,通过设置不同种类粒径组合及粒径比来体现粒径非均质性,研究了粒径非均质性对岩石材料宏观力学特性（弹性模量、峰值强度、泊松比）的影响。研究中设计了6种粒径组合方案,粒径种类数分别为:连续粒径、10种、8种、5种、3种、2种,每种方案下设置5种平均粒径及4种粒径比,进行单轴压缩试验。结果表明,岩石内部存在颗粒尺寸效应和粒径非均质效应,岩石弹性模量和峰值强度随粒径增大均呈减小的趋势,随粒径非均质性的提高整体上也呈减小的趋势,但局部变化阶段受模型中细颗粒含量及数量的影响会呈增大的趋势。粒径对弹性模量的作用机制主要是通过影响模型孔隙率实现的。研究结果揭示了岩石宏观特性的变化是模型内颗粒尺寸效应和粒径非均质性效应共同作用的结果,为掌握矿物粒径对岩石强度及变形特性的影响提供了一定依据。     

基于离散元方法对走滑拉分盆地演化及次级断裂扩展过程研究

拉分盆地是一种与走滑断裂带密切相关的特殊拉张构造,因其重要的构造意义,及其与火山活动、中小地震群集、特殊的成矿作用间的伴生关系而受到研究者的高度重视。关于拉分盆地的形成演化过程,已有较多的研究成果,但是由于研究手段的限制,缺少对盆地演化中次级断裂扩展过程的研究。基于离散元的数值计算方法是研究断裂扩展方式的理想方法。本文采用基于离散元的颗粒流方法,揭示纯走滑拉分盆地发育过程中的断裂扩展和连接过程,为拉分盆地演化机理和断裂扩展提供新的研究方法。同时,根据主走滑断层与块体运动方向的夹角不同,建立不同的张扭性拉分盆地模型,系统研究张扭性盆地的断裂扩展和演化机理。将上述理论研究结果与死海盆地等经典拉分盆地实例相结合,探讨了死海盆地、土耳其Cinarcik盆地、哥伦比亚El Paraiso盆地等的形成演化机理和断裂扩展方式。      

加载速率对岩石单轴压缩试验影响的数值模拟研究

在单轴压缩数值模拟试验中,加载速率由每次边界条件变化幅度和边界条件变化后的平衡计算时间这两个因素共同控 制。同样的加载速率,两个因素的不同组合也会对加载效果有很大的影响。因此,探究以上两因素对岩石单轴压缩数值模拟 试验的影响机制,可对高效进行高精度的各加载速率下的数值模拟试验起到积极作用。本文使用MatDEM软件,基于软件自 动设定的加载区间以及标准平衡迭代,设置不同的应力施加步数Nd与平衡迭代比率Rb,进行不同加载速率下的数值模拟试 验。模拟结果表明：（1）单步加载后平衡迭代次数越多（Rb越大）,该步中应力波传播与动能衰减越充分。在最优阻尼条件下, 当单步加载后平衡迭代次数等于40次（Rb等于0.8）时,每步加载中动能充分平衡,可以最低计算量取得准静态模拟结果; （2）单步加载应力增量越小（Nd越大）,数值模拟试验精度越高;（3）当加载速率一定即计算量相同时,为保证更高的模拟试验 精度,应采用低单步应力增量与低单步加载后平衡迭代次数（Nd大、Rb小）的加载方案。本文为定量研究岩石加载速率问题和 相关数值模拟提供了参考。     

基于NAD算法的声波方程时间四阶差分解法

波动方程数值模拟是研究地震波传播机理的重要工具,有限差分求解波动方程是当前地震波数值模拟的主要方法之一。当地下介质中的地震波速度较低或地震波高频成分丰富时,常规有限差分技术常常产生严重的数值频散误差,这种误差会降低数值模拟的精度,影响对地震波传播机理的分析。为压制地震波数值模拟时产生的数值频散误差,提高波场模拟精度,提出了基于NAD算子的时间四阶精度波动方程差分格式。根据对应的差分格式,分析了该差分格式的数值频散关系。与常规四阶精度差分算法的频散曲线相比,基于NAD时间四阶精度差分方法不但能够实现时间频散的有效压制,同时其基于更多网格点的位移分量和位移梯度分量空间微分求解方法还能够实现空间频散的有效压制。另外在相同模型条件下,基于NAD算法的声波方程时间四阶差分解法可采用大网格对模拟空间进行差分离散,减少网格数,提高计算效率。     

走滑断层对裂缝分布的控制——来自离散元数值模拟的启示

走滑断层控制的缝洞储层是塔里木盆地超深层碳酸盐岩油气勘探的主要对象,走滑断层相关裂缝分布规律对指导超深层油气勘探开发具有重要意义.本文利用离散元数值模拟方法,对6组不同排列和活动方式的走滑断层相关裂缝发育规律进行了研究,并与塔里木盆地北部地表露头区走滑断层实测结果进行了对比验证.走滑断层的纯走滑段应力分布稳定,其最大主应力保持水平,且方位不变,形成的优势裂缝走向与断层面呈小角度斜交.当走滑断层的叠接段或转折段为拉分区时,其最大主应力方位由水平变为垂直,形成的优势裂缝走向与断面大角度斜交.当走滑断层的叠接段或转折段为挤压区时,其最大主应力保持水平,但应力方位随断距增加而发生明显偏转.因而在走滑断层活动早期,主要发育与走滑断层呈小角度斜交的优势裂缝;在走滑断层活动后期,主要发育与主断面平行或者反向小角度相交的裂缝.在走滑断层的不同构造部位,裂缝发育程度存在明显差异.在走滑断层端部、连接部位和主断层面处裂缝相对发育,且前两者裂缝分布范围明显大于后者.相对于走滑断层的位移量,走滑断层的主位移带对裂缝发育的影响更大.在主位移带形成之前,走滑断层相关裂缝发育带宽度和裂缝密度随位移量的增加而快速增大...     

非饱和土壤水流方程的极值原理

讨论了非饱和土壤水流问题及其数值计算方案的极值原理,在理论上证明了连续问题及其数值格式均满足极值原理,即在一定的条件下,预报变量的最大值和最小值只能在边界上达到,从而描述了特定的物理性质.这些问题在讨论入渗、蒸发问题的研究中是重要的.     

基于双精度与四精度的重力场解算精度分析

基于动力学方法比较分析了双精度与四精度模式下重力场模型的解算精度,主要包括缔合勒让德函数计算、数值积分器及重力场反演结果。结果显示,在勒让德函数计算方面,部分角度在双精度模式下计算至1 900阶以后会出现溢出问题,而在四精度模式下任何角度都满足精度要求,并且计算结果比双精度模式高8个量级。数值积分器Adams预测校正法积分1 d的位置和速度误差,在四精度模式下比在双精度模式下高4个量级。在精密轨道反演重力场计算方面,动力学方法在双精度及四精度模式下反演结果一致,统计其计算至60阶的累计大地水准面误差为1.29×10~(-5 )m,这是因为动力学方法的线性误差相对计算误差而言是主要误差;非线性动力学方法在四精度模式下比在双精度模式下高7个量级,其大地水准面误差分别为8.92×10~(-15) m和8.16×10~(-8) m。     

基于ArcEngine的带状图批量制图方法研究

带状图具有折点位置难处理、生成算法复杂等特点,是城市地下管线信息系统建设的难点之一。本文基于ArcEngine组件对象模型,提出了一种通过计算带状图图幅顶点坐标的途径生成带状图的方法,对带状图顶点坐标计算方法及折线端点处理方法进行了重点研究,提出了基于ArcEngine索引图的带状图批量制图输出方法,并且最后通过实验验证了研究方法的可行性。     

土动三轴仪轴侧向系统相位测试方法及数字式相位仪的研制

本文对土动三轴试验系统中轴、侧向之间存在的相位差及其测试方法进行了讨论和比较。并根据试验要求设计了能满足测试各种波形函数相位差的“过零触发式数字相位计”,讨论了工作原理,提出了设计思路、方法及注意的问题。     

平面旋转坡体形成的离散元仿真模拟研究

本文采用离散单元法对平面旋转坡体的形成进行模拟 ,应用二维代替三维计算。研究了平面旋转坡体的变形特点与位移的特殊性 ,其分析结果与实测的实际观测较为吻合。本研究不仅说明平面旋转坡体的客观存在 ,而且也为这类变形斜坡的稳定性分析提出了新的要求