Analysis of a rigid footing lying on three-layered soil using the finite difference method

A numerical procedure is described for the analysis of the vertical deformation and the stress distribution of the strip footings on layered soil media. Three layers of soil with different stiffness are considered with the middle soil layer the thinnest and most stiff layer. The soil media is discretized and using the theory of elasticity, the governing differential equations are obtained in terms of vertical and horizontal displacements. These equations along with appropriate boundary and continuity conditions are solved by using the finite difference method. The vertical and horizontal displacements, strains and stresses are found at various nodes in the soil media. Parametric studies are carried out to study the effect of the placement depth of the middle soil layer, the relative ratios of the moduli of deformation of the soil layers on the vertical displacement of the footing and the vertical stress distribution. These studies reveal that the middle thin but very stiff layer acts like a plate and redistributes the stresses on the lower soft soil layer uniformly. The displacement on the top and bottom of the middle soil layer is almost the same showing that the compression of the middle layer is negligible as it is very stiff.     

复杂3D瞬变电磁场FDTD模拟中需要解决的问题

为了实现缓变瞬态电磁场的时域有限差分(FDTD)模拟,引入了虚拟位移电流,使FDTD随时间步的递推能够进行。在以往较简单模型的计算中,利用时域瞬变场传播需要时间的性质,可将激励源化为初始条件代入,但是对于复杂3D模型,原有的方法不再适用,应当重新考虑源和边界条件的处理方法。由于实际源带有“斜坡”,故可采取将激励源模拟注入的方式;地下边界根据电磁波在导电媒质中快速衰减的特性设定,将改进的完全匹配层用于空中边界。分析表明,对于由空中和地下区域非均匀网格离散引起的时间稳定性问题,交替方向隐式FDTD是可行的解决办法。      

地铁循环荷载作用下交叉隧道沉降分析

采用FLAC3D软件建立了交叉隧道的三维有限差分模型,以人工数定激励力模拟列车荷载,计算列车动荷载作用下土体的变形和应力。采用修正动偏应力长期沉降计算模型,结合分层总和法计算软土的沉降,预测交叉隧道的长期沉降规律。分析3种不同行车工况下地基长期沉降,工况1为一辆列车单独通过1#隧道,工况2为一辆列车单独通过2#隧道,工况3为两辆列车同时通过1#和2#隧道。对比不同的列车行驶速度、隧道衬砌刚度及厚度对隧道地基的长期影响。结果表明,由列车荷载引起的地基沉降主要集中在距隧道中心轴20 m范围内;在工况3下土体沉降大于工况1、2沉降之和;车速越快,沉降越小;衬砌刚度和厚度越小,沉降越大,且衬砌厚度对沉降的影响较大,衬砌刚度影响较小。     

球坐标系下三维大地电磁正演研究

大地电磁正演理论研究热点一直以来主要集中在如何提高计算效率和精度,但在剖面足够长、探测深度足够大的情况下,传统的笛卡尔坐标系数值模拟方式难以准确拟合地球曲率形态.本文研究了基于球坐标系的三维大地电磁正演,推导了交错网格有限差分三维正演公式,与一维解析解和三维标准模型测试对比,验证了正演算法的正确性.通过理论模型计算,对比分析球坐标和笛卡尔坐标系正演结果表明：球坐标系模拟更合理,避免了传统笛卡尔坐标拉伸投影所引入的误差,可代替目前的笛卡尔坐标模拟方法.基于球坐标和笛卡尔坐标系的三维大地电磁正演响应值随着频率变低差异越明显.球坐标和笛卡尔坐标计算结果差异度与频率、模型结构和电阻率有关.本文模型计算结果在数万秒周期处已出现接近10%的差异,对于较大尺度的长周期大地电磁,地球曲率的影响不能忽略.

     

井地直流电法三维数值模拟中若干问题研究

讨论了地下垂直线源分段计算和场叠加的方法,并实现了在套管上供直流电的三维数值模拟。讨论了大型容量矩阵的压缩存储方式,采用数组和结构体相结合的方法实现容量矩阵的一维链表式压缩存储。在求解超大型稀疏线形方程组时引入不完全Cholesky分解稳定化的双共轭梯度算法(ICBG),通过与均匀半空间垂直线源解析解的对比,证明了该算法是准确可靠的。     

考虑循环软化的非线性动力本构模型在FLAC3D中的实现

已有震害研究表明,震后边坡会因持续变形而破坏,且伴随着土体强度逐渐降低的现象,即土的循环软化行为。因此,有必要研究考虑循环软化的非线性动力本构模型以用于复杂条件下地震边坡稳定性分析。在已有的非线性动力本构模型基础上,提出了考虑循环软化的处理方法。同时,在FLAC3D平台上实现了本构模型二次开发,并通过了理论公式与已有文献中试验数据的验证。结果表明：计算出的骨干曲线与理论公式一致,且计算出的动剪切模量比及阻尼比与试验数据吻合较好,能够克服Hardin-Drnevich模型和Davidenkov模型在较大应变处（>0.01%）过高地估算阻尼比的缺陷;考虑了循环软化后,计算出的剪切强度有明显降低,且当遇到骨干曲线剪应力可以连续地过渡到软化后的主干曲线上,模型的收敛性较好。所开发的本构模型可为大应变条件下软土场地及边坡地震灾害评估提供支持。     

衡山花岗岩体西缘韧性剪切带的特征,成因及岩体定位机制

衡山花岗岩体由南岳岩体(早期)和白石峰岩体(晚期)组成,衡山岩体西缘形成有分带明显的韧性剪切带,向西倾斜,在XZ面上呈倾向滑动剪切运动,矿物显微变形构造显示为倾向简单剪切特征。经测定,韧性剪切带形成时温度下限为343.6℃,古差应力下限为52～62MPa,应变速率下限为2.05×10~(-14)/s-3.13×10~(-14)/s,推算总位移量在13.5km左右。在花岗岩体以外没有韧性剪切变形现象,说明该韧性剪切带是衡山岩体定位过程中由白石峰岩体沿南岳岩体边缘侵位的简单剪切作用所形成。     

二维圆柱坐标下FDTD法对多频电磁波测井的数值模拟

在介质围绕Z轴旋转对称的情况下,三维直角坐标下的麦克斯韦方程可变成两组分别对应TM波和TE波的二维柱坐标下的偏微分方程.采用线圈作为电磁波测井的发射器和接收器的时候,可采用TE波对应的方程,这时相当于磁极子的情况.而采用电偶极子作为发射和接收器的时候,则对应TM波的方程.采用时间和空间均为二阶精确的有限差分方法,将偏微分方程进行差分化.这样,空间的电磁场可由时间域有限差分法(FDTD)来求解.     

基于自适应加权广义逆矢量方向滤波估计地震同相轴倾角

在断层等不连续位置处估计局部地震同相轴的方向较为困难。在断层、地质边界等处,同相轴不连续,结构不稳定,导致倾角等地震属性变化大。为了克服这个问题,本文提出一种自适应加权广义逆矢量方向滤波方法,通过光滑经过逆转的梯度矢量场来估计局部地震倾角剖面。计算过程是：首先由改进的梯度算子计算梯度矢量场;然后设置垂直向下为参考方向,对梯度矢量场进行逆转;最后通过自适应加权广义逆矢量方向滤波方法估计倾角剖面。自适应加权广义逆矢量方向滤波方法在不连续位置处具有传统倾角估计方法不具有的高分辨率,能够稳健高效地估计地震数据的倾角剖面。理论模型和实际地震资料处理得到的局部地震倾角剖面表明,所提出的方法能够高分辨率地保持构造细节信息。     

恒速压汞技术定量评价低渗透砂岩孔喉结构差异性

针对常规压汞不能准确确定储层孔隙与喉道的弊端,利用恒速压汞技术对鄂尔多斯盆地低渗透砂岩样品孔喉结构的差异性进行了定量评价.结果表明,渗透率越小的岩心,喉道分布越集中,随着渗透率的增大,大喉道分布逐渐增多,喉道分布范围也更加宽泛,主喉道半径随之增大,但较大喉道对低渗透砂岩储层的开采效果具有双重影响;渗透率小于0.5×10...