冻土水热耦合模型数值求解及结果检验

首先对作者所建立的基于多孔介质理论的季节冻土水热迁移耦合模型进行数值求解;对模型方程进行修正, 并给出了模型方程中参数的确定方法。然后以长春松原公路段土体为研究对象, 对实际工程中冻结情况下水分迁移的情况进行预测;给定模型边界条件对模型求解, 将结果与野外实际监测结果进行对比。温度变化对比数据表明, 模型可以较好地预测终值情况, 而中间过程的误差较大, 但是趋势基本一致。水分迁移方向及量的对比数据表明, 模型计算结果要小于实测结果, 但是整体上计算结果与实测结果的变化趋势较一致, 且同样是和最终值吻合较好, 误差最小。结果表明, 模型计算结果可较好地模拟参数最终值, 但存在一定误差。     

含方形凹陷半无限非均匀介质波动问题FDM模拟

采用规则网格有限差分方法对二维平面弹性波动方程进行差分离散,得到相应的弹性波动方程的有限差分方程,再将弹性波动方程的差分格式与吸收边界、自由边界的离散形式结合形成弹性波动方程有限差分方程解决问题的主体,将其应用于含方形凹陷半无限非均匀介质的模型中进行数值模拟,得到此离散化模型中不同时刻不同节点的位移值。针对具体算例,运用上述方法结合科学计算软件MATLAB和结果后处理软件DIFEM ISOLINE PLOTER得到不同时刻的水平方向位移等值线图与接收器测量点处的合成位移记录,讨论非均匀介质、吸收边界、方形凹陷等对波动特性的影响。     

郑徐高铁开封段地面沉降分层监测方法

高铁沿线施工期间引起地面沉降的因素错综复杂、相互影响,本文提出通过对沉降区域地下水位、孔隙水压力等进行分层观测,根据分层观测得到地下水位变化、孔隙水压力变化等数据,并采用回归分析法构建了沉降区域地面沉降与诸影响因子的关联模型,通过对郑徐客运专线开封段进行的地面沉降监测量与同时采用二等精密水准测量得到的监测点沉降量进行对比分析,结果表明本方法的有效性和可靠性。     

深井分层真空抽水试验及机理分析

基于某单井分层真空抽水综合试验,使用新型分层抽水试验装置,对试验方法进行技术改进,使分层抽水工作省时高效、安全可靠、经济实用。将该工艺方法监测数据与常规方法监测数据进行对比,研究地层、真空负压对抽水效果的影响,并对其机理进行详细分析,得出真空分层抽水井管周围渗流场的变化性状。对比试验表明,分层真空抽水工艺方法在提高单井出水量、洗井效果上具有明显优势。     

松辽盆地青山口组二段下部湖泊水体环境变化

以松辽盆地李家坨子露头剖面为研究对象,利用热解和生物标志化合物数据研究了青山口组二段下部(K_2qn~2)的沉积水体环境。该剖面样品成熟度均较低,氢指数和氧指数分别介于210~773(mg HC/g TOC)和2~188(mg CO_2/g TOC),其交叉图表明有机质主要来源于水生生物。根据地球化学数据,整个剖面湖泊水体环境演化可分为3个演化时期:阶段Ⅰ的伽马蜡烷指数及芳基类异戊二烯/菲比值较低,结合低的重排甾烷/规则甾烷比值及姥鲛烷/植烷比值和脱羟基维生素指数交叉图,指示湖水以半咸水的缺氧条件为主。阶段Ⅱ中,24-正丙基-胆甾烷和24-异丙基-胆甾烷含量变化证明该阶段发生短时间尺度的海水入侵事件,并导致半深湖到深湖相的缺氧环境;海水入侵带来大量的海洋生物、氧气、营养有机质及含硫物质,使得湖水盐度升高并以半咸水到咸水为主;高丰度的芳基类异戊二烯化合物反映该时期水体中富含自由态的H_2S,并且伴随水体分层、透光带缺氧及化跃层上移现象。但是,阶段Ⅱ演化的后期阶段湖水以淡水到半咸水沉积为主,同时氧含量升高,指示淡水输入量增加。阶段Ⅲ沉积时期因受到半干旱气候条件的影响,水体出现高盐度、缺氧且化跃层较浅的沉积环境,此时期动荡的水体不利于绿硫细菌的生长发育及游离态H_2S的保存。     

饱和多孔介质三维时域黏弹性人工边界与动力反应分析的显式有限元法

本文基于Biot的饱和多孔介质本构方程,考察具有辐射阻尼的外行球面波,推导了饱和多孔介质三维黏弹性人工边界的法向和切向边界方程;在已有的饱和多孔介质二维显式有限元数值计算方法基础上,提出该理论的三维方法,并开发了实现该三维方法的有限元程序.算例表明饱和多孔介质三维时域黏弹性人工边界与动力反应分析的显式有限元法具有较好的精度和稳定性.     

介质密度反演偏导矩阵的精确计算方法

实现反演偏导矩阵的计算是基于导数最优化反演方法的关键,然而目前的地震反演几乎都是基于Zoeppritz方程近似实现的,使计算精度和适应范围受到限制.本文利用Zoeppritz方程建立了反射系数对地层介质密度比偏导方程,导出了Zoeppritz方程矩阵元对介质密度比的导数.通过求解偏导方程获得了反射系数对介质密度比偏导数的精确计算(考虑了速度中含介质密度的问题).利用数值算例分析了反射系数对介质密度比偏导数的变化特点.本文采用直接解法求解偏导矩阵方程组,获得了快的计算速度和高的计算精度,为实现地层介质密度反演(包括大角度反演)提供了偏导矩阵的计算方法.     

华北盆地强震孕育的动力学机制研究

强震活跃区通常出现在地壳变形剧烈的地区.但是,华北盆地地壳变形速率小,而破坏性强震却十分频繁.文中利用有限元方法对华北盆地发震断层下方可能存在的速度异常体进行了力学分析,计算结果显示：无论这个异常区是低速异常还是高速异常,在水平构造力的作用下（无论是挤压还是引张力作用）,应力及应变能密度都在空间某些区域积聚.根据本文的工作及前人的研究结果,认为华北盆地强震孕育的物理机制如下：华北克拉通在减薄、破坏过程中,浸入的岩浆或上涌的地幔物质经过漫长的地质时期演化,成为低速异常体.当断裂带下面存在这种低速异常体时,水平向构造力的作用,会使异常体上方应力集中、应变能积聚.当异常体上方的应力水平达到某种限度,介质发生破坏.在破坏过程中,异常体释放的能量,使断裂带上的应变能集聚速度加快;另一方面,异常体的破坏使断层的闭锁面积减小.随着外部构造应力的持续加载,当发震断层上的应力及能量积累达到一定极限,断层产生错动,发生强震.同时,文中结果还显示,断层在从闭锁、积累能量到解锁、发生强震的过程中,其下方的低速异常体起着重要的推进作用.     

含气介质临界点、流体和骨架弹性参数的数值计算方法

目前临界孔隙度及孔隙介质的研究主要为测试分析的实验方法,如何运用数值计算方法求取孔隙流体介质临界点和组分弹性参数一直是备受关注的课题.本文提出了求取孔隙介质临界点、孔隙内流体和骨架弹性参数的数值计算公式及方法,并结合含气样品测试数据实现了这种数值计算.文章首先给出了3个包含孔隙度的线性方程,通过有机组合每个线性方程中的两个系数得到求取有关弹性参数的数值计算公式.然后,详细阐述了计算的方法和步骤以及需要注意的问题,把室内含气砂岩样品实测的综合介质密度、纵波速度和横波速度作为数值计算的输入数据,求得了临界点和流体及骨架等相关弹性参数的具体数值.通过比较分析本文数学方法求得的计算数据与实验方法测得的实测数据,表明了该数值计算公式的正确性和数值实现方法的有效性.     

非均布列车荷载作用下软土路基的振动分析

基于实测资料,假设列车轮载经钢轨传递下来的荷载由5根枕木承担。根据分担比,获得了道渣层表面非均布荷载的表达式。将道渣层视为单相弹性介质,软土地基被看成是考虑水土耦合作用的饱和多孔介质。借助势函数,利用Helmholtz矢量分解法及Fourier变换技术分别对弹性土体和饱和半空间土体进行求解,得到非均布移动荷载作用下软土地基位移、应力及孔压响应在变换域内的精确解答。利用FFT算法得到了数值结果,详细分析了荷载分布形式、观察点位置、道渣性质以及软土地基渗透系数对动力响应的影响。研究结果表明：高速情况下动力响应与低速情况有很大不同;对于软土路基,应特别注意列车高速运行时路基浅层范围内产生的孔压响应。