含节理黄土渗流数值模型研究

本文建立了在考虑黄土中有节理存在时,水分场数值计算的有限元方法。采用质量守恒的观点推导了质点元中饱和度的变化与流速的关系。进而利用达西定律得到以水头为变量的渗流基本方程。针对黄土垂直节理的渗流特点,确定了节理渗流基本方程中的参数。采用四边形等参元,利用Galerkin加权余量法建立考虑节理影响的黄土非饱和渗流的有限元形式。对局部水头边界条件下的黄土节理二维水分入渗问题进行了数值分析。结果表明,节理对黄土场地湿润峰的迁移有很大影响。     

基于Solidworks的钻机底座有限元分析

根据5000 m钻机底座的实际结构和特点,建立三维模型,使用ANSYS Workbench对底座模型加载,在不同工况下对底座进行有限元分析,完成钻机底座的整体静态特性分析,判定底座是否满足强度、刚度需求。     

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4孔强缩径地层钻进工艺研究

介绍了汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4孔强缩径地层钻进的技术问题。在分析地层缩径机理和影响因素的基础上,提出了强缩径地层的钻进工艺措施。措施在WFSD-4孔中实施取得了显著的效果。     

车载修井机井架静强度有限元分析

车载修井机井架静强度分析中,通常略去绷绳和风载的影响,这与井架的实际工况不符。以ABAQUS软件为工具,对某车载修井机井架进行了有限元分析。在不同的静钩载及风载作用下,得出了井架所能承受的最大静钩载以及确定了井架薄弱点所处的位置。并通过计算合理地缩短了绷绳的斜拉范围。     

复杂地形下高密度激电法2.5维有限单元法数值模拟

目前三维有限元模拟计算量大,计算效率低,对计算机要求较高,2.5维模拟是三维问题的简化,较好地克服了上述问题。在高密度激电法模拟中,模拟的点数一般较大,要求程序计算效率高,因此对高密度激电法2.5维模拟研究是必要的。首先给出了2.5维稳定电流场的边值问题及对应的变分问题;为了能更好模拟复杂地形对极化率异常的影响,采用三角形网格,有利于模拟复杂地形又有利于将其应用于反演计算。推导了基于连续电性介质的2.5维稳定电流场的有限元法,利用等效电阻率法,编制了2.5维高密度激电法有限元模拟程序,计算了水平地形及起伏地形下的极化率异常模型,并验证了方法的可行性,分析得出了山谷地形比山脊地形对极化率观测的影响大的结果。     

通海台垂直摆受建筑载荷影响的数值模拟研究

针对通海台垂直摆NS和EW测项自2019-04出现同步趋势转折变化,计算2017~2020年NS和EW测项M₂波潮汐因子。结合监测井等地下介质结构资料,构建通海台沿垂向分层的三维有限元物理模型,定量分析不同岩石参数模型下建筑载荷对通海台NS向及EW向位移影响的差异特征。结果表明：1）2019-04后NS测项N倾变化量达到约2 750 ms,而EW测项E倾变化量达到约580 ms,NS测项趋势变化量显著大于EW测项;2）2017~2020年NS和EW测项M₂波潮汐因子较为稳定,NS测项M₂波潮汐因子在0.7左右波动,EW测项M₂波潮汐因子在0.52左右波动,数据的转折变化未能在潮汐频段引起同步变化;3）位于通海台东北部的医院建筑物载荷在通海台附近产生N向和E向位移加载,与垂直摆NS和EW测项在2019-04后出现的N倾和E倾趋势转折变化较为一致,模拟得到的N向位移量约为E向位移量的3倍。     

辽河油田曙一区杜84块兴隆台油层构造应力场研究

根据辽河油田已有地层、构造资料，研究了杜84块构造格架、主要断裂特点，在此基础上,建立了构造应力场模拟的三维地质模型，用3D-σ软件进行了构造应力场三维有限元模拟研究。其结果表明，杜84块油层受构造应力状态为最大和中间主应力近水平，最小主应力垂直。在此应力场作用下，区内断层运动方式为正断兼水平扭动。三维有限元模拟计算结果表明，沿断层带均发生压应力和剪应力集中现象,从而有利于断层发生扭张性运动。位移分析表明，有明显的呈阶梯状组合的正断位移。据破坏率分析，在现有应力场作用下，油层所在岩体局部会产生裂缝。     

基于BP神经网络反演分析的隧道塌方机理研究

岩溶区隧道在施工过程中易发生崩塌,针对力学方面的隧道塌方机理分析较多,而针对岩溶软弱破碎带等地层方面的隧道塌方机理研究分析较少。为保证隧道施工的安全性、经济性和可行性,掌握隧道施工中的塌方机理非常有必要。依托贵州某岩溶破碎地层隧道在开挖过程中发生的坍塌现象,结合隧道的监测数据,运用BP神经网络的构建原理,对隧道的地层参数进行反演。将反演土体力学参数输入到FLAC3D有限元软件构建的不同施工方法模型中,对典型断面的崩塌破坏机制和风险进行判断和分析。结果表明：施工方法对隧道开挖的稳定性影响较大,针对围岩等级为Ⅴ级的隧道,采用三台阶七步法和单侧壁导坑法施工较安全,隧道塌方与隧道双向同时开挖没有关系;反演所得的隧道拱顶位移预测值为2.3 cm,地表位移预测值为1.2 cm,与监测数据偏差13%左右,反演结果具有一定的可信度。研究结果对岩溶区软弱破碎地层断面隧道公路建设具有重要指导意义。     

基于非结构有限元的电阻率超前探测中旁侧异常影响特征研究

为了进一步探究旁侧异常体在巷道电阻率超前探测中的影响规律,提高探测精度,采用基于对偶加权后验误差估计的自适应非结构有限元法进行三维正演研究。首先通过无限大垂直板状体模型验证了该方法在超前探测模拟中的适用性和准确性,建立无旁侧异常体模型模拟巷道中的超前探测响应;然后分别对高低阻旁侧异常体的方位、与巷道h和掌子面的距离、巷道大小、不同供电和接收方式以及在多层介质中对超前探测的影响进行了数值模拟。结果表明：巷道前方异常体的实际位置可由异常曲线极值推断出;高低阻旁侧异常体的响应总体上不会掩盖巷道前方的异常响应特征,但会使对应范围内的异常曲线出现凸形或凹形畸变,畸变位置与实际位置相符合;巷道空腔的存在加强了底板异常响应,不同巷道大小对顶板异常影响不同,总体上不会影响巷道前方的异常响应;多层地层中,异常响应曲线仍能反映出旁侧异常体的实际位置,巷道前方的异常响应特征是否会被掩盖要视各层电阻率大小情况而定。干扰异常的辨别需要结合实际进一步开展研究。     

基于Lévy飞行的粒子群算法在大地电磁反演中的应用

粒子群优化算法在大地电磁测深反演中相较于一般的线性反演算法具有多种优点。然而标准粒子群算法在多维优化问题中存在早熟问题,为此,采用基于Lévy飞行随机游走策略的优化粒子群算法来处理局部最优解,增加寻优能力。通过对地电模型的反演对比表明,改进后的粒子群算法相较于标准粒子群算法适应度值下降速度更快、寻优能力更好。最后将该算法应用于已知钻孔旁实测数据,结果较好,表明该算法具有较好的实用性。