边坡变形的分布式光纤监测模拟试验研究

布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)作为一项新型光电传感监测技术,因其具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测的特点而被广泛应用于结构工程健康监测中。而直接将光纤布设在土体中则存在变形协调性差、易折断及空间定位难等问题。本次研究通过室内小比例尺模型试验,分别将光纤植入土工布和土工格栅等柔性复合材料中并一起铺设在边坡模型不同深度处,利用BOTDR监测边坡在外荷作用下的变形特征。试验结果表明,布设在土工格栅中的光纤稳定性最好;土工布中的光纤变形协调性和敏感性优于土工格栅;通过合理布置光纤能够对异常应变进行较为准确的识别和定位。试验初步验证了该方法应用于土质边坡变形监测的可行性。     

抽水作用下先期断裂对地裂缝的影响研究

过度抽取地下水和先期存在的断裂构造是西安市地裂缝地质灾害发生的主要原因。作者首先从理论上分析了抽水情况下地裂缝形成的张拉破裂机制、剪切破裂机制和张剪复合破裂机制,并从结构面控制理论分析了先期断裂在地裂缝形成中的控制作用;然后依据比奥三维固结理论,采用FLAC软件建立了西安地裂缝的计算模型,比较了抽水作用时没有先期断裂和地层差异、有先期断裂而没有地层差异、有地层差异而无先期断裂等情况时的地面变形特征,得出抽水作用下,先期断裂对地裂缝的形成及发展具有诱导、隔离和放大的耦合作用,从而得出先期断裂不仅仅只是地裂缝形成的构造基础的结论。     

堆载下单桩负摩阻力工作性状非线性数值分析

利用三维非线性数值方法对一算例在堆载作用下桩侧负摩阻力进行了计算分析。计算结果揭示了摩擦型、端承型桩负摩阻力工作性状的异同;分析了堆载速度、桩顶荷载对负摩阻力的影响:堆载越快,负摩阻力越小;在无桩顶荷载作用下,由负摩阻力引起的下拉荷载最大,可视为常规方法设计的上限值;桩顶荷载与堆载施工顺序对负摩阻力的影响也很大,先施加桩顶荷载,后进行堆载所产生的负摩阻力最大,反之最小。     

黄河黑山峡大柳树坝坝址岩体渗漏量及灌浆量数值模拟研究

大坝坝址岩体的渗漏研究对于大坝的安全运营至关重要。在进行渗漏治理的措施中,灌浆是常见的一种,但目前确定灌浆的各项参数,如配合比,孔距等,需通过灌浆试验花费大量的人财物力及时间才能确定。为快速查清每一种灌浆方案所灌浆量,本文针对模拟坝址水库渗漏灌浆效果的三维数值模拟开展了计算研究。在对大柳树坝坝址岩体地质情况及渗漏情况分析的基础上,将蓄水前的地下水运移规律模拟出,与实际通过钻孔平硐资料及分析得出的实际地下水运移规律做比较,验证对地下水运移规律的假设;然后将蓄水后的地下水运移规律模拟出,确定地下水的运移规律,了解地下水运移的方向,验证与根据实际情况初步判断的地下水运移方向是否吻合;最后通过数值模拟确定在一定灌浆浆液配合比的情况下所需灌浆量与实际的灌浆试验结果做比较。得出结果与实际灌浆试验结果吻合,证明通过数值模拟,建立浆液配合比与灌浆效果之间的关系,在类似情况快速地选取配合比是可行的。     

《工程地质学报》2010年总目录

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运用STOMP数值模拟器进行多空介质中尿素水解以及方解石沉淀数值模拟

遍布于美国能源部所辖野外场地的地下放射性核素和痕量金属污染对美国能源部的长期监管职能提出了最严峻的挑战。目前较有前景的一个原地固化污染物方法是利用尿素酶催化尿素水解,进而推动方解石沉淀及与之共同沉淀。运用STOMP数值模拟器实施一系列反应性溶质数值模拟来研究系统中水流、运移、反应与反应导致的介质性质变化之间的紧密的非线性耦合,并在研究中系统性增加反应系统的复杂度和物理-化学的非均质性以考察模拟效果。通过调整反应速率表达式中尿素酶浓度和沉淀反应常数,对尿素水解和方解石沉淀速率进行了敏感度分析。结果显示:尿素水解速率是矿物沉淀总量的决定性因素,沉淀物的空间分布既取决于水解速率也取决于沉淀速率;在一维水流柱6个空隙体积的时间段模拟中,观察到了5%的最大空隙度减少;当二维模拟中考虑一个低渗透性包裹体时,被改变的流场重新对生成的沉淀组成物进行了分布,形成了扭曲的反应锋面。模拟结果也显示沉淀在低渗透性区域边界上形成,这说明位于这个区域里面的污染物可能被囊裹而从流线中被隔离起来。     

纵向弥散作用与渗透介质非均质性定量关系的模拟研究

在地下水污染模拟预报中,弥散参数是很难确定的一个模型参数。因实验室小尺度弥散规律一般不能用于大尺度弥散过程,而野外示踪试验却耗资大、周期长,限制了其实用性。文中利用随机数值模拟手段、基于随机理论的蒙特卡罗方法及序贯高斯模拟技术来生成渗透系数随机场,并研究渗透系数对数场的方差、相关长度以及变异函数类型在不同尺度上对纵向弥散度的影响,进而建立纵向弥散度与随机分布渗透系数场的方差和相关长度的统计定量关系,并与Gelhar理论计算结果进行比较。数值模拟结果表明,经过一定迁移距离后纵向弥散度与随机分布渗透系数对数场的方差和相关长度具有良好的线性统计关系,与Gelhar理论公式表达的关系类型类似。但对于较大的方差,纵向弥散度模拟结果明显大于Gelhar理论计算值,而对于较大相关长度在迁移距离不很大时,纵向弥散度模拟结果明显小于Gelhar理论计算值。本研究可为野外大尺度地下水污染预报模型中水动力弥散参数的确定提供方法借鉴。     

高强度模拟酸雨量对珠三角地区潮土中重金属元素释放的影响

采用平均离子强度下30年雨量的模拟酸雨淋滤珠江三角洲潮土,电感耦合等离子体质谱法测定重金属元素,研究潮土0~90 cm处各节土壤柱中重金属镉、钴、铜、锌、铅、砷、钛、钒、铬、锰等元素的释放情况。研究表明,在高强度模拟酸雨淋滤下,潮土中重金属元素的释放情况存在较大差异。长期的酸雨淋滤,土壤中的镉、钴、铜、锌和铅在不同深度均有不同程度的淋失;砷、钛、钒、铬、锰等元素不会造成大量的淋失。利用这种差异可以评估重金属元素对环境的潜在影响,为农田生态系统的预警预测提供依据。     

张掖市可持续发展系统动力学模拟分析

基于可持续发展理论,依据系统动力学(System Dynamics,SD)原理方法,选取张掖市人口、经济、土地和水资源系统,利用SD软件Stella9.02构建张掖市SD模型.利用1990—2005年的历史数据验证模型的有效性,模拟2005—2020年间张掖市可能的社会发展模式.结果表明:在自然发展模式和经济快速发展模式下,到2020年张掖市总人口达到135.04×104人,人均GDP分别为2.57×104元和3.05×104元.两种模式中,地区产业结构严重失衡,用水总量都超过地区实际分水量;而协调发展模式下,到2020年总人口为130.11×104人,人均GDP为2.71×104元,用水总量为22.2×108 m3.相比于自然发展模式和经济快速发展模式,协调发展模式既可保证地区经济的快速发展,合理调整产业结构和用水结构,又能保护地区生态环境,是地区可持续发展的优先选择.     

构造活动盆地沉积层序形成过程模拟——以断陷和前陆盆地为例

应用二维层序地层模拟系统开展了构造活动盆地沉积层序的形成过程的动态模拟分析,揭示了同沉积断裂活动、湖平面变化及沉积物供给量变化相互作用对沉积层序形成的控制作用。模拟表明,快速的构造沉降、相对高的湖平面和大量的沉积物供给是形成相对深水扇三角洲的必要条件;而沉积物的供给量变小或构造沉降量加大时有利于形成近岸湖底扇或水下扇。模拟揭示出断陷湖盆陡坡边缘断裂形成的古地貌坡折控制着低水位域浊积扇或湖底扇的发育部位,同时对水进或高位域的三角洲前缘的沉积中心的分布具控制作用。断裂坡折带的构造沉降是控制可容纳空间变化的关键因素。在陆内前陆逆冲构造边缘,层序发育早期（底部）发育冲积扇和河流沉积,但由于相对快的构造沉降形成水进序列;在快速沉降的晚期沉降速率减小,碎屑体系向盆地方向推进,形成广泛河流三角洲沉积。由隐伏逆冲断裂形成的构造坡折带对低位域的分布具控制作用。在构造坡折带下的低位域砂体与上覆的水进域泥岩组合可形成重要的地层油气藏。