三维陆地可控源电磁法有限元模型降阶快速正演

三维陆地可控源电磁法有限元快速正演的主要瓶颈在于多频率大型稀疏方程组求解问题.本文引入一种基于模型降阶的Krylov子空间投影算法,推导了有限元刚度矩阵的模型降阶形式,构建了频率域传递函数;采用标准正交向量序列,构建一个远远小于有限元刚度矩阵维度的矩阵,该矩阵与频率无关,通过一次模型降阶即可实现多频点有限元方程快速求解.采用基于电场的变分方程,加入散度校正条件,以消除伪解;引入伪δ函数,消除了源点的奇异性,可适用于复杂背景模型三维有限元数值模拟,并为多源的求解奠定了基础;以层状介质模型解析解为标准,通过和基于Pardiso直接求解器的有限元算法（3DFEM）进行比较,模型降阶法计算时间小于前者的1/10,平均相对误差在1.72%,在满足精度要求下,实现了高效率三维有限元数值求解;分别设计了横向高低阻模型和纵向高低阻模型,分析了从近区到远区电场和卡尼亚视电阻率的变化规律,假极值的表现特征,阴影效应的影响等,从而也验证了该算法的正确性.最后,建立了一个地层陷落柱模型,通过模型降阶有限元正演模拟,发现视电阻率断面图在陷落柱上方出现"凹陷",与模型设计吻合,表明该算法对复杂地层模拟具有同样的适用性.     

1966年邢台地震序列破裂过程的有限元计算

本文根据各时期余震活动图型,震源机制解及地震前后地形变水平矢量分布等资料,提出了邢台地震破裂过程的断层模式,并用断裂有限元方法进行了大量计算得到与观测资料符合最佳的解。     

基于断裂力学和有限元的碾压混凝土坝劈头裂缝扩展的应力计算研究

混凝土坝的劈头裂缝属于断裂力学中描述的张开型（I型）裂缝。劈头裂缝应力计算中,强度因子KI和材料开裂韧度KIC是判断劈头裂缝扩展的关键参数。采用断裂力学的基本理论推导裂缝应力计算的基本公式,并借助有限元来确定强度因子和材料开裂韧度,对寒冷地区实际工程坝体裂缝进行计算,得出运行期4日型寒潮期和不同运行时段的温度裂缝长度和强度因子。通过对比发现,计算结果与大坝运行期不同工况裂缝的实际情况相符合,验证了方法的正确性。     

基于强度折减法小净距隧道合理净距的研究

小净距隧道合理净距的确定是目前研究的热点和难点.影响小净距隧道合理净距的因素很多,解析法虽然可以得到精确解,但是公式烦琐,而数值计算方法可以计算各种情况下围岩的应力、变形、塑性区分布等情况.小净距隧道合理净距的确定也即是隧道稳定性发生突变时两独立隧道最小距离的确定.提出了合理净距确定的原则,并采用强度折减弹塑性有限元方法,针对某工程实例,计算了在不同净距情况下隧道的安全系数,并把安全系数发生突变时的净距作为合理净距,和传统有限元分析的结果相吻合.     

流体饱和多孔介质波动方程的有限元解法

讨论了流体饱和多孔介质中波传播问题的有限元解法,首先在Ｂｉｏｔ理论的基础 上,概述了数学问题的提法,然后提出了一种新型简便的人工边界上的无反射边界条件,同时 给出了有人工边界时流体饱和多孔介质波动方程的有限元计算公式．数值试验的结果表明, 本文提出的无反射边界条件和数值方法均很有效．     

小浪底南岸进水塔结构抗震性能分析

小浪底南岸引水口进水塔为大体积混凝土结构，其体型和边界受力情况都较为复杂。本文采用三维有限元方法，根据进水塔结构的特点和受力条件，分6种工况对其进行抗震性能分析，研究其应力、位移和内力的分布规律，并对有限元法和结构力学方法的内力成果进行对比分析。计算结果表明，在地震力作用下，进水塔的变形满足结构设计要求，但在抗震薄弱部位内力较大，在结构设计时需采取特殊措施，以确保塔体结构的安全。本文的计算结果为进水塔结构设计提供了科学依据。     

某黄土地区隧道塌方回填方案比较研究

某黄土地区隧道由于暴雨导致出口塌方,塌方段地表出现柱状塌坑。对于塌坑的回填提出了先加固后填方和先放坡开挖后填方两种不同的方案。本文从隧道受力和造价两个角度对两种方案进行了比选,其中隧道受力采用大型有限元程序ANSYS分别就荷载-结构法和地层-结构法计算而得。经比较分析,采用方案一进行塌坑填方,隧道结构受力相对合理且造价较低。     

基于吸收边界条件的瞬变电磁法三维矢量有限元快速正演

瞬变电磁法的三维有限元正演通常采用齐次边界条件,为满足该边界条件,需要构建较大尺寸的模型,这降低了正演问题的求解速度.针对该问题,本文采用吸收边界条件代替齐次边界条件,以缩小模型体积,加快正演速度：首先,从时间域麦克斯韦方程组出发,推导了基于库伦规范的矢量势的微分控制方程,结合一阶吸收边界条件推导了相应的的弱形式方程;在此基础上采用一阶四面体矢量单元进行单元分析、Newmark法进行时间离散,实现了瞬变电磁法的快速三维正演.通过均匀半空间模型的解析解,H型地电断面的CR1Dmod解和相应模型有限元解的对比,验证了本文算法的正确性.均匀半空间模型分别采用吸收边界条件和齐次边界条件的正演结果对比表明：吸收边界条件确实可以提高三维正演的精度或者缩小模型尺寸、加快计算速度.

     

地震作用下含暗穴高边坡黄土路基稳定性分析

黄土暗穴是一种黄土高原地区发育的特殊的不良地质现象,已经成为我国黄土地区公路破坏的主要原因之一。黄土具有极高的动力易损性,在深入研究黄土暗穴发育特点的基础上,采用有限元法对其在地震力作用下的致塌机理进行了数值模拟,得出了无暗穴、拱形暗穴和三角形暗穴3种类型高边坡黄土路基在地震荷载作用下的动力响应规律,分析了暗穴对高边坡黄土路基的地震动放大效应。结果表明:黄土暗穴的存在具有地震动放大效应,在相同洞径和埋深条件下,拱形暗穴比三角形暗穴对高边坡黄土路基的水平加速度峰值的放大效果更为明显,尤其在坡肩和洞顶放大更为显著,说明黄土暗穴的存在对高边坡黄土路基存在不利影响,易在地震作用下发生坍塌破坏。