深埋圆形隧洞围岩各向异性稳态渗流场解析解

在传统各向同性渗流的深埋圆形隧洞渗流场解析解的基础上,引入2个相互垂直方向上的渗透系数比,通过坐标变换以及共形映射的方法,推导了各向异性渗流情况下深埋圆形隧洞的渗流场解析解.参数分析结果表明:当渗透系数比等于1时,所得解退化为各向同性渗流圆形隧洞渗流场解析解;当渗透系数比不等于1时,圆形隧洞渗流场等水头线为椭圆形,渗透系数较小的方向水力坡降较大,渗流场不再均匀分布,但是随着与隧洞中心距离的增大,这种不均匀性逐渐减弱.该解析解的计算结果与数值模拟的结果完全吻合,从而验证了其正确性.研究成果可供相关工程参考借鉴.     

上海世博500kV地下变基坑降水流固耦合分析

以上海500 kV世博地下输变电站为工程背景,以Biot固结理论为基础,采用数值方法对深基坑降水开挖过程进行了流固耦合分析.模拟抽水试验,并采用位移和孔压反分析法确定土层计算参数.建立流固耦合分析模型,分别采用稳态分析法和生死单元法模拟基坑的降水和开挖过程,同时求解出渗流场和位移场的变化.通过计算值与实测值的比较,证明了流固耦合方法分析基坑降水的正确性和可行性.     

基于等效面积法的隧道渗流场解析解应用研究

为研究四心圆隧道衬砌荷载和渗流量,基于等效面积法将四心圆隧道等效为圆形隧道,运用水下隧道渗流场解析解分别求得在不同的衬砌渗透系数、衬砌厚度和埋深情况下隧道衬砌外水头、注浆圈外水头和渗流量,并与相同工况下的数值解进行对比,分析解析解的应用效果;运用该方法分析了衬砌相对渗透系数和注浆圈相对渗透系数对隧道渗流场的影响,研究结果表明：解析解和数值解最大误差在5.2%以内,证明了解析解的适用性;当衬砌抗渗性能较好时,降低注浆圈渗透系数能够有效的分担衬砌外水荷载,有利于隧道安全;衬砌对隧道渗流量影响最为显著,实际工程施工中应在较好的注浆水平上,通过控制衬砌渗透性来有效的改善隧道渗流场。最后将本文提出的方法用于工程实例中,解析解的应用效果和基于解析解的渗流参数敏感性分析所得结论的可靠性得到了较好地验证。     

基于等效面积法的隧道渗流场解析解应用

为研究四心圆隧道衬砌荷载和渗流量,基于等效面积法将四心圆隧道等效为圆形隧道,运用隧道渗流场解析解分别求得在不同的衬砌渗透系数、衬砌厚度和埋深情况下隧道衬砌外水头、注浆圈外水头和渗流量;并与相同工况下的数值解进行对比,分析解析解的应用效果。运用该方法分析了衬砌相对渗透系数和注浆圈相对渗透系数对隧道渗流场的影响,研究结果表明:解析解和数值解最大误差在5.2%以内,证明了解析解的适用性。当衬砌抗渗性能较好时,降低注浆圈渗透系数能够有效地分担衬砌外水荷载,有利于隧道安全。衬砌对隧道渗流量影响最为显著,实际工程施工中应在较好的注浆水平上,通过控制衬砌渗透性来有效地改善隧道渗流场。最后将提出的方法用于工程实例中,解析解的应用效果和基于解析解的渗流参数敏感性分析所得结论的可靠性得到了较好的验证。     

动态地下水位变化引起的基坑底抗渗流稳定性计算新方法

针对地下水位动态变化条件下基坑工程的渗流稳定性问题,基于越流理论,给出基坑底靠近支护结构处的出逸比降解析解答,提出考虑非稳定渗流的基坑底抗渗流稳定性简化计算方法。通过算例计算,进行出逸比降的解析解正确性验证和影响因素分析,并将该方法应用于工程案例。研究结果表明:当基坑土体渗透系数较大时,考虑非稳定渗流的出逸比降解析解答与传统稳定渗流假定的结果一致,验证了解析解的正确性;出逸比降的影响因素可通过与土体渗透系数、压缩模量正相关,与地下水位变化的角频率和计算模型细粒土层总厚度的平方负相关的量纲一因子θ统一表示;在实际工程中,出逸比降与地下水位的变化不同步,应注意工程降水时出逸比降未能及时有效减小的情况,避免基坑工程的抗渗流破坏风险。     

新建隧道对上覆既有隧道受力变形解析

为了理解既有隧道在盾构下穿影响下的受力变形规律,提出一种既有隧道与土体相互作用解析方法。采用Loganathan解获得盾构下穿引起周围土体自由位移场;随后,将既有隧道假定成放置在Vlazov地基上的欧拉梁,考虑既有隧道两侧侧向土体作用,基于既有隧道边界条件及Taylor级数展开获得隧道变形响应解析解。通过与上海工程和离心机实测数据比较：该方法与实测数据较为接近,证明该方法的可靠性;与该方法退化解析解比较,该方法计算结果更符合实测数据,随后对相关参数进行分析。参数研究表明：随着新旧隧道竖向间距的增大,既有隧道受到盾构开挖的影响逐渐减小;增大地层损失率会引起既有隧道位移及弯矩线性增大;提高既有隧道抗弯刚度能够明显减小盾构开挖对既有隧道受力变形响应。     

深基坑降水与地面沉降变形三维耦合数值模拟

以比奥固结理论为基础，考虑土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化，将地下水渗流场和土体应力场进行耦合，建立了深基坑降水与地面沉降变形的水土全耦合三维数学模型，并采用三维有限元数值分析方法，以上海市环球金融中心深基坑降水为例，模拟预测了基坑中心水位降至标高-23．4m时基坑周围地下水渗流场与地面沉降变形场的分布特征．结果表明，该模型稳定性好，收敛速度快，能模拟复杂三维地质体和整个基坑降水工程的结构。     

一维径向非线性不稳定渗流解析解

当井底渗流速度增加时,压差与流量逐渐偏离直线关系,为非线性渗流,达西定律将不再适用。为了准确求解非线性不稳定渗流的速度场,以单井为例,在假设油藏为单相渗流,符合非达西Forchheimer方程渗流规律的条件下,探讨了平面径向非达西渗流规律,建立了相应的数学模型,利用Boltzmann变换对均衡方程进行求解,推导出了平面径向高速非达西不稳定渗流的解析表达式,得到了非线性渗流速度的解析解。解析解很好地反映了渗流速度与各油藏参数的对应关系。     

真空预压加固地基等效固结理论计算分析

摘 要：目前PVD地基固结解析解求解过程复杂且参数繁多。利用平均固结度等效概念，并考虑井阻和涂抹效应，将PVD地基等效为天然地基，针对真空预压特点，考虑了地表孔压随抽真空过程的变化，求出其一维固结解析解。根据所给出解，编制了程序，绘制了涂抹作用和PVD排水量对固结影响曲线图，并与有限单元法及现场实测数据进行对比。研究表明，所给出解与现有解、有限单元法和实测数据比较接近，且表达形式较为简单，适合于工程应用。     

真空预压加固地基等效固结度的简化计算

采用塑料排水板(PVD)加固地基存在固结解析解求解过程复杂且参数繁多的缺点.为此,文中利用平均固结度等效概念,并考虑井阻和涂抹效应,将PVD地基等效为天然地基,针对真空预压法的特点,考虑了地表孔压随抽真空过程的变化,求得其一维固结解析解.根据所求解,编制了程序,绘制了涂抹作用和PVD排水量对固结的影响曲线图,并与有限单元法结果及现场实测数据进行对比.研究表明,所得到的解与现有解、有限单元法结果和实测数据都比较接近,且表达形式较为简单,适合于工程应用.     

尾矿坝渗流场模型简化与浸润线计算

针对尾矿坝安全状况评估中的渗流场计算和求解渗流微分方程的浸润线等问题,将尾矿坝渗流计算区域简化为渗透系数为常数的矩形模型,建立矩形模型区域中工程实际边界条件方程,通过傅里叶级数法得到收敛的无穷级数解.利用Matlab对公式进行仿真,得出工程中所需的各种形式的浸润线,确定一种简化处理渗流场解析解与工程实际浸润线的计算方法.     

基于Hansbo渗流的圆球土样Biot固结分析

为考虑渗流的非Darcy特性对固结过程的影响,引入Hansbo渗流模型对圆球土样修正Biot固结方程,并给出方程的Crank-Nicolson有限差分格式.通过和Darcy渗流模式下Biot固结方程解析解的对比,验证了本文数值计算方法的有效性.在此基础上,讨论了Hansbo渗流参数对圆球土样固结过程的影响.计算结果表明,和Darcy渗流相比,在固结初期,Hansbo渗流将增强Mandel-Cryer效应,增大孔隙水压力的峰值,并延长孔隙水压力达到峰值的时间;在固结中后期,Hansbo渗流将使圆球土样内的孔压消散明显滞后.另外,Hansbo渗流会使整个固结过程中圆球土样的固结度减小,且这种影响会随着Hansbo渗流参数的增大而更加明显,但Hansbo渗流对圆球土样边界位移的影响很小.     

基于流固耦合的含水合物地层井壁稳定非稳态解析模型

针对深海水合物地层钻井过程中的井壁稳定问题,考虑水合物分解、热传导、力场-渗流场全耦合作用,建立了过压和欠压钻井下渗流、温度、力场随时间和空间变化的非稳态解析模型。解析结果与相同条件下的数值结果吻合良好,且与力场-渗流半耦合解析结果进行了对比。基于解析模型对井壁稳定的关键参数如钻井液压力、水合物分解引起的地层弹性模量劣化程度等进行了分析,结果表明：①与半耦合分析结果相比,考虑体变对渗流的影响后,过（欠）压钻井时孔压减小（增大）、应力增大（减小）,增量径向位移减小;②最危险位置在井壁处,过高或过低的钻井液压力均会导致井壁失稳,水合物分解引起的地层劣化将降低最安全钻井液压力;③水合物分解引起的地层刚度降低极易诱发井壁失稳。在通常条件下,过压钻井时分解域弹性模量降低50%即可导致井壁失稳。     

非对称井问题的一个解析解

运用保角变换方法寻求了一个半无限渗流域中非对称进流问题的解析解、分析了非对称井流水头势的分布规律,在此基础上,又利用井群工作时降深叠加原理,进一步研究了非对称井群协同工作情况,获得了非对称井群共同作用下的水头场解析关系,如将该解析解与数值解（有限单元法或差分法）相结合,将可实现对含有复杂密集排水系统的渗流控制问题进行快速求解,对复杂的工程渗流防渗排水设计进行优化分析研究。     

均匀轴对称端面荷载下半无限长杆动力学响应

杆结构的导波检测技术因其高效而受到重视.欲利用导波检测杆结构,首先必须明确杆结构的动力学响应特征.利用本征函数展开法导出均匀轴对称端面荷载下半无限长杆瞬态动力学响应问题的解析解.与利用积分变换法得到的解析解相比,该解形式简洁且物理意义清晰.在该解析解基础上,可定量分析外力对各导波模式激发的影响.以端面冲击载荷作用下半无限长杆瞬态动力学响应为例进行数值研究表明,基于该解析解所得结果与有限元法(FEM)模拟结果一致.     

圆形坑道各向异性稳定渗流的一个解析解

针对层状分布土体中的坑道渗流，建立一个均质、各向异性稳定渗流的数学模型，采用坐标变换法，推出等效潜水层中圆形断面水平坑道二维稳定渗流场的流量、水头及流函数公式，定义ε为参数系数各向异性率，以表达含水层在各渗流主轴方向上渗透性的差别，量纲为1化算例证明了该解析解的正确性。     

波浪作用下管线-海床模型动态响应及液化

基于Biot动力方程,利用COMSOL多物理场有限元计算软件构建了波浪-海床-管线动力响应的计算模型,模拟了一阶斯托克斯波作用下管线周围土体孔压和有效应力分布情况,对海床土体的液化情况进行判断,研究了波浪诱发海床液化及管线失稳的机理.研究过程中采用Partly dynamic动力方程(u-p模式).在Partly dynamic模型中,将海床视为多孔弹性介质,并且将孔压和位移视为场变量,考虑土体位移加速度,忽略孔隙流体惯性项的作用.模型得到验证后的参数研究表明:土体渗透系数、饱和度以及管线埋深、波高等参数对海床的孔压和有效应力影响显著.     

工程法解析平冲头压入半无限体

以传统工程法解析了平冲头压入半无限体问题,并获得解析解。与滑移线场的解析结果 Prandtl 解及 Hill 解比较,相对误差不大于 0.35％。     

不同类型降雨条件下的基坑边坡渗流特性研究

针对基坑边坡在不同类型降雨条件下的渗流特性研究较少这一不足,以江苏某经济开发区某基坑边坡为例,研究了不同类型降雨条件下基坑边坡不同位置的渗流特性进行了数值模拟,得到了不同监测面的孔压与体积含水量变化规律,结果表明:上部监测面孔压变幅较大区域深度大于中部监测面同时大于下部监测面,孔压随着降雨的进行迅速增大,而后逐渐消散;含水率变化规律与孔压类似;不同降雨类型体表层孔压与体积含水率达到最大的速度大小排序分别为前锋型降雨≥平均型降雨≥中锋型降雨≥后锋型降雨,对整体体积含水率变化的影响较小。     

地下水位高度对深基坑稳定性的影响规律研究

文章针对深基坑,较系统地研究了降水深度对基坑稳定性的影响规律,包括连续墙水平位移、横向支撑压应力和基坑周围土体位移分布,并考虑不同水位条件下土层粘结力、摩擦角、变形模量、泊松比和侧压力系数等力学参数的变化.结果显示,地下水位高度对基坑的稳定性有较大影响,研究结论对类似工程具有一定的参考价值.