基于常Q模型的分数阶粘弹介质数值模拟方法

基于常Q模型的解耦分数阶拉普拉斯算子粘滞波动方程,可以分开模拟振幅衰减和相位错动。但该方程拉普拉斯算子的阶数是随空间变化的,因此数值求解存在一定困难。这里基于截断的泰勒展开,经过一系列近似,推导出拉普拉斯算子的阶数与空间无关的解耦分数阶粘滞弹性波动方程。采用中心差分计算时间导数,使用交错网格伪谱法计算空间导数。数值算例表明,新的方程在处理非均匀介质时具有精度高,计算简便的优点。     

港珠澳大桥沉管隧道基槽异常回淤分析与数值模拟

港珠澳大桥沉管隧道E15管节基槽发生异常回淤,海底隧道沉管安装被迫中止。为查明E15管节基槽发生异常回淤的原因,先后开展了现场水文泥沙观测、遥感影像资料分析和数值模拟等多种技术手段。采用水沙数学模型反演了内伶仃岛上游采砂活动形成的浑水团在潮流作用下的扩散输移过程,沙源在数学模型中以面源形式模拟。模拟结果表明,采砂活动形成的浑水团在一个大潮期间的落潮过程中可输移扩散至基槽水域,其中E15—E27管节基槽日淤厚在采砂活动影响下将增加43.8%。数值模拟结果为查明E15管节基槽异常回淤的泥沙来源提供了佐证。E15管节以东基槽水域水沙环境复杂,天然淤积已经接近临界回淤允许值,基槽上游水域的采砂活动对沉管基槽回淤将带来不可控因素,采砂活动对周边水域产生的泥沙回淤影响应引起足够重视。     

河床沉积物非均质性影响下的潜流交换数值模拟

为了揭示河床沉积物非均质性对潜流交换的影响,构建了沙波地形作用下的地表水-地下水耦合模型,通过生成不同的渗透系数随机场,讨论了不同地表水动力过程和河床沉积物非均质性对潜流交换通量、交换空间及平均停留时间的影响规律。结果表明,所构建的地表水-地下水耦合模型能够准确刻画水沙界面附近流场,模型具有良好的适用性;均质或非均质河床沉积物情景下,水沙界面上的平均交换通量、停留时间与雷诺数之间均呈现幂函数关系,潜流交换深度则在地表水进入完全紊流之后趋于稳定。结果还表明,较强的河床沉积物非均质性能够有效增强水沙界面上潜流交换通量和空间交换频率,但会制约潜流交换空间并缩短水流在潜流带中的停留时间。     

信湖矿水文地质条件分析及涌水量预测研究

基于信湖煤矿水文地质条件,利用数值法和地下水动力学方法分别进行矿坑涌水量预测,并就预测结果进行对比分析,结果显示:利用数值模拟法预测得到的信湖矿的矿坑涌水量为11 000~3 236 m^3/d,水动力学方法得到的信湖矿的涌水量为13 152 m^3/d,两种预测方法所测算出的结果偏差不大,总体认为数值法的计算结果比较可靠。同时可将水动力学法当做数值法计算矿坑涌水量预测的一种检验印证方法,两种计算方法结合起来会使矿坑涌水量的预测结果更加准确。     

基于离散元方法对走滑拉分盆地演化及次级断裂扩展过程研究

拉分盆地是一种与走滑断裂带密切相关的特殊拉张构造,因其重要的构造意义,及其与火山活动、中小地震群集、特殊的成矿作用间的伴生关系而受到研究者的高度重视。关于拉分盆地的形成演化过程,已有较多的研究成果,但是由于研究手段的限制,缺少对盆地演化中次级断裂扩展过程的研究。基于离散元的数值计算方法是研究断裂扩展方式的理想方法。本文采用基于离散元的颗粒流方法,揭示纯走滑拉分盆地发育过程中的断裂扩展和连接过程,为拉分盆地演化机理和断裂扩展提供新的研究方法。同时,根据主走滑断层与块体运动方向的夹角不同,建立不同的张扭性拉分盆地模型,系统研究张扭性盆地的断裂扩展和演化机理。将上述理论研究结果与死海盆地等经典拉分盆地实例相结合,探讨了死海盆地、土耳其Cinarcik盆地、哥伦比亚El Paraiso盆地等的形成演化机理和断裂扩展方式。      

基于堆积层厚度变化的侏罗系顺向岸坡变形机制转换研究

三峡库区侏罗系顺向岸坡堆积体滑坡众多,其滑动模式存在一定差异。首先统计分析了192个三峡库区侏罗系层位发育的堆积体滑坡滑体及碎石土的工程地质性质和强度参数。在此基础上,运用数值分析软件对堆积体厚度变化引起的滑坡变形机制进行模拟分析。结果表明:堆积体厚度范围在15m及以下滑坡会沿着岩土界线面滑动、15~35m时滑坡会沿着层内剪切面滑动;厚度范围在35m以上时,堆积体滑坡内部可能存在着多层滑带,即滑坡可能沿着层内剪切面滑动或者沿着岩土界线面滑动。堆积体厚度范围在15m及以下时滑坡的治理措施可采用布置抗滑桩;厚度范围15~35m时可采用排水+布置抗滑桩的滑坡治理措施;厚度范围在35m以上时,可采用滑坡前期监测预报+后期根据滑坡发育情况相结合的滑坡防治措施。     

FLAC3D在复杂工程条件下的应用

利用建筑垃圾堆山造景是现代城市的一个新方向。但由于堆山工程占地范围大,荷载大,往往会产生一系列的工程地质问题,在软土地区这个问题更为突出。为使堆山工程能顺利进行,必须对地基进行一定的处理,而常规计算只能选择典型剖面或者地段进行局部分析,不能反映真实的三维影响特征,但数值分析可以有效解决这一问题。利用有限差分软件FLAC3D,对天津某堆山工程进行分析,为优化地基处理方案提供有力依据。     

地表暖化影响下温度示踪地下水流速方法

为构建温度示踪方法测算地下水流速技术体系,并应用于区域地下水资源评价,基于最小二乘法和垂向一维非稳定流水-热运移方程数值解法,提出地表暖化情形下地下水流速计算方法,并对雷州半岛东北部地下水流速进行测算。结果表明:研究区域地下水补给速度为0.796m/a,入渗以西北部降水和运河渗漏为主;地下水排泄速度为0.269m/a,排泄入海主要发生在东海岛、南三岛和硵州岛附近。温度示踪解析区域地下水流动情况与地下水位分布情况基本一致,观测和计算地温数据具有较强相关性(R^2>0.50)和较低均方根误差(均值0.748),表明提出方法率定得到的地下水流速具有较强的可靠性。参数敏感性分析结果表明,地质体热扩散率和地表温度均对地温计算结果产生较明显的影响,参数的准确率定对利用地温计算地下水流速十分重要。     

基于模拟-优化模型的山东羊庄盆地地下水可开采量研究

为了准确量化与优化地下水水源地开采量,在分析山东羊庄盆地水资源分布特点、开发利用现状及存在问题的基础上,以区域经济发展和水资源可持续利用为前提,通过地质、水文地质资料的整理分析,建立起整个盆地地下水流概念模型;采用Visual Modflow模拟软件,并与优化模型软件Ground-Water Management Process(GWM)相耦合,以水源地开采量最大为目标,以水位不低于限定的控制水位为约束条件,评价出盆地最大可开采量为5 730万m^3/a;进而确定出宋屯、后石湾、南庄、魏庄、西石楼、许坡、龙山头、羊庄、东于、段庄以及王杭水源地的优化开采量分别为0.18万、1.40万、2.56万、1.86万、3.80万、1.70万、0.40万、0.40万、0.50万、1.40万和1.50万m^3/d。     

超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验

振动有助于碎岩,以往关于振动碎岩机理的研究大多在低频率段展开。为填补超高频率段下振动碎岩机理的空白,采用单轴动静组合加载模式,开展了超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验研究,其中超声波振动频率为20kHz,预压范围为100～500N。研究结果表明:当预压小于200N时,岩石内部应力状态无法满足强度准则,岩石强度下降不明显;当预压大于等于200N时,岩石强度随振动时间的增加而逐渐降低且存在最优预压力值(400N)使得岩石强度最低。缩短振动频率与岩石固有频率的差值有利于提高超声波振动碎岩效率。