A multidimensional streamline-based method to simulate reactive solute transport in heterogeneous porous media

We present a new streamline-based numerical method for simulating reactive solute transport in porous media. The key innovation of the method is that both longitudinal and transverse dispersion are incorporated accurately without numerical dispersion. Dispersion is approximated in a flow-oriented grid using a combination of a one-dimensional finite difference scheme and a meshless approximation. In contrast to previous hybrid alternatives to incorporate dispersion in streamline-based simulations, the proposed scheme does not require a grid and, hence, it does not introduce numerical dispersion. In addition, the proposed scheme eliminates numerical oscillations and negative concentration values even when the dispersion tensor includes the off-diagonal coefficients and the flow field is non-uniform. We demonstrate that for a set of two- and three-dimensional benchmark problems, the new proposed streamline-based formulation compares favorably to two state of the art finite volume and hybrid Eulerian–Lagrangian solvers.     

颗粒阻尼技术及其在土木工程中的应用展望

介绍了国内外颗粒阻尼发展现状,比较了非阻塞性颗粒阻尼、柔性颗粒阻尼、带活塞振动颗粒阻尼的异同,按照颗粒阻尼的类型,系统地阐述了颗粒阻尼内部作用机理、常用计算模型、耗能影响因素等问题,指出其在应用中的诸多优点,及优于粘滞与机械阻尼的性能,验证了颗粒阻尼良好的工程应用前景与发展潜力。同时指出了现今理论模型、实际运用及设计中存在的一些问题与不足,对颗粒阻尼的研究与发展方向提出了建议。     

TBM滚刀破岩过程影响因素数值模拟研究

全断面岩石掘进机（TBM）的破岩效率主要受刀盘设计和岩体特征的影响。采用颗粒流方法建立了岩石试件与滚刀的数值模型,对TBM滚刀破岩过程的影响因素进行了分析。研究表明,单刃滚刀交替作用下强度较低的岩石中易形成规则的张拉裂纹而生成较大岩碴;强度较高的岩石中滚刀的侧向挤压促使形成块度较小的片状岩碴;双刃滚刀作用下岩石表面受到强烈挤压后出现较大的拉应力,使岩石更易破碎,且仅在强度较高的岩石中才易形成透镜状岩碴。滚刀破岩过程中存在能耗最小的最佳间距,该最佳间距随着岩石强度的增大而减小。滚刀破岩过程中,结构面对裂纹扩展具有显著的控制性作用,并阻隔损伤向结构面下的岩石中渗透;随着结构面与滚刀侵入方向夹角的减小,结构面将引导裂纹向岩石深部扩展,而当夹角较大时,结构面则会引导裂纹横向扩展,易导致大块岩碴的形成     

考虑不均质度的岩石声发射数值模拟研究

利用离散元颗粒流软件模拟了岩石单轴压缩破坏过程,采用内嵌FISH语言,通过设置随机缺陷来建立不同均质度的岩石数值试样对岩石的声发射规律进行了研究。结果表明,不均质度对于岩石声发射特性有着重要影响,随不均质度的增加,试样的峰值强度下降,声发射总数大幅增加,空间分布也更为分散,声发射出现时间更早,持续时间更长,峰值后的声发射保持更高的强度;单轴应力状态下声发射最大强度出现时间相比峰值破坏时间有不同程度滞后,不均质度越高,滞后效应越明显,显示岩石破坏要早于声发射峰值出现时间。     

绕墙趾转动挡土墙主动土压力的确定

墙背土压力分布和挡土墙变位模式、位移大小密切相关。考虑位移影响的土压力分析方法是在已知挡土墙位移大小的情况下,方可计算墙背土压力分布。对于绕墙趾向外转动的刚性挡土墙,从满足倾覆稳定性和基底压应力偏心距要求的角度,提出了确定主动平衡状态时墙顶位移大小和墙背土压力分布的方法,并分析挡土墙宽度和墙背摩擦系数对墙背土压力分布的影响。分析结果表明：主动平衡状态时,墙背土压力均大于库仑主动土压力,墙背土压力产生绕墙趾的倾覆弯矩同样大于由库仑主动土压力计算的倾覆弯矩;挡土墙宽度越大,墙背土压力越接近静止土压力;随着宽度的减小,墙背土压力由静止土压力分布向库仑主动土压力逐渐过渡;摩擦系数主要影响倾覆弯矩,对于墙背光滑的挡土墙,满足倾覆稳定性要求的墙宽显著提高     

深埋隧洞开挖损伤区的检测及特征分析

隧洞开挖以后围岩会出现损伤,并在洞周形成开挖损伤区,在损伤区范围内声波波速会出现衰减。针对锦屏二级水电站3#引水隧洞在隧道掘进机（TBM）开挖过程中可能形成的损伤区,首先利用数值方法探讨了损伤区的分布特征,通过监测特征点在开挖过程中的应力路径,确定了特征点的应力状态和可能出现声波波速衰减的部位。在此基础上确定了对声波钻孔的布置方案,并利用单孔声波检测方法确定了损伤区深度。为了实现颗粒流程序PFC对损伤区的模拟,通过三轴压缩试验确定了PFC的细观参数。最后利用PFC描述了损伤区的分布,分析了损伤局部化特征和损伤程度的变化。结果表明PFC的模拟结果和检测结果具有较好的一致性,能够实现对损伤区特征的准确描述。研究成果对损伤区的检测和支护优化设计具有指导意义。     

加芯水泥土桩复合地基桩土应力比计算方法研究

桩土应力比是研究复合地基的一项重要参数,目前的研究对象主要为常规复合地基,如搅拌桩、碎石桩等,而针对加芯水泥土桩的计算方法研究鲜有报道。从土体、水泥土及复合桩体单元变形模式出发,综合考虑桩体负摩阻力、桩顶和桩端刺入持力层的情况,分析了桩周土体、水泥土桩及复合桩体的压缩变形,导出了刚性基础下加芯水泥土桩复合地基芯桩、水泥土桩与土体3者之间的应力比的计算公式。并分析了加芯水泥土桩芯桩直径、芯桩桩长及水泥土桩桩长对桩土应力比的影响,其主要影响表现在随着加芯水泥土桩芯桩直径和桩长及水泥土桩桩长的增加,桩土应力比np亦逐渐提高。工程实例表明,计算结果与实测值具有较好的一致性,说明该方法具有一定的工程实用性,可为工程实践提供指导。     

颗粒接触无网格法及其在边坡成灾范围模拟中的应用

提出了一种基于颗粒接触的无网格方法（PCMM）,并编制了相应的C++程序,解决了有限元等网格类方法在模拟边坡失稳滑动过程中的网格畸变问题。该方法利用颗粒离散元中的接触拓扑创建连续介质单元,通过颗粒的运动演化实现连续介质单元的自动删除及重建,通过在连续介质单元中引入考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,实现边坡的弹塑性分析及失稳滑移过程的模拟。利用PCMM分析了均质边坡的弹塑性场、沙堆的形成过程及土质边坡的失稳过程。计算结果表明,PCMM在小变形下具有足够的精度,且在模拟材料大变形方面具有明显优势,是一种模拟边坡成灾范围的有效方法。     

基于离散单元法研究沉管复合地基水平工作特性

通过颗粒流模拟,建立了沉管复合地基水平受荷时的离散元模型,对桩在水平荷载作用下的受力性状进行了研究.分析了土体位移场变化规律和应力变化等宏观因素,以及土颗粒力链、配位数和孔隙率等细观参数.由模拟结果可知：竖向荷载作用下沉管在水平方向移动时,垫层颗粒受到扰动,当增加竖向荷载,沉管底部土体受扰动范围变小,可知增加竖向荷载使桩间土的挤密作更显著,对降低土体扰动有较明显的效果;通过对桩顶土颗粒中强力链在沉管水平位移影响下的发展趋势研究知道,土体颗粒体系内力链并不是不变的,强弱力链之间可以相互转换.     

边坡稳定性的CPSO-BP模型研究

为了分析边坡的稳定性,利用协调粒子群算法和BP网络建立了边坡稳定性CPSO-BP预测模型。BP网络能够很好地描述边坡稳定性与其影响因素之间复杂的非线性关系,将内摩擦角、边坡角、岩石重度、边坡高度、黏聚力、孔隙压力比6个主要影响因素作为网络的输入,将边坡稳定性系数作为网络的输出。为避免BP网络陷入局部最优,利用协调粒子群算法的全局优化能力确定BP网络的连接权值和阀值,使BP网络的优势得到分发挥,达到提高模型预测精度目的。实例表明CPSO-BP模型有更好地预测精度以及将其应用于边坡稳定性预测是可行的。