淮河采矿塌陷区河堤渗透稳定性数值分析

根据场地地层基本物理特性 ,采用非均质各向异性稳定渗流模型对李嘴孜矿区淮河大堤正常堤段和采矿塌陷堤段的渗流状况进行流场条件概化 ,采用有限元数值计算方法对洪水期高水位条件下的河堤渗流进行了模拟求解 ,给出河堤各部位渗透速度和水头梯度的分布 ;在此基础上 ,进行了河堤危险部位渗透稳定性分析计算 ,作出两种堤段均不会发生渗透破坏的基本结论。     

低渗透岩石的单相水非Darcy流

为研究低渗透岩石的非 Darcy渗流现象 ,采用FDES- 6 4 1三轴驱替评价系统进行了稳定渗流实验 ,测定了盐水和蒸馏水在低渗透砂岩和砾岩岩样中的渗流特性。岩样抽真空后水平放置于岩样夹持器中 ,通过多级驱替泵控制密闭岩样中水的渗流速度 ,所产生的压力差由压力传感器测定。结论为 :1)在空气渗透率非常低并且孔隙度非常小的砾岩中 ,明显存在着非 Darcy渗流现象 ,但由渗流曲线后退趋势所得出的启动压力梯度非常小 ,以致于在生产应用中可以忽略 ;2 )低渗透介质中的微粒运移是低速非 Darcy渗流现象存在的主要原因 ;3)岩石的非均匀性降低了岩石的渗透率。     

岩石裂隙中非恒定渗流与变形耦合作用的DDA方法

由于渗流作用,会在岩石裂隙中形成非稳定流,非稳定流作为裂隙表面荷载会使岩体产生变形,变形又会影响岩土结构的渗流特性,从而产生渗流和变形耦合的作用.根据最小能量原理构造出单元DDA(不连续变形分析)瞬时平衡方程.编制了基于DDA的岩石裂隙中稳定渗流和不稳定渗流压力水头的有限单元计算程序,通过对实验结果与计算结果的比较,验证了计算程序所使用的数学模型的可靠性.地下水是影响边坡受力变形及稳定性的一个重要因素.通过对某隧洞破坏过程的模拟,用这种渗流-变形耦合DDA法研究了地下水对裂隙边坡稳定性的影响.模拟结果与实际发生的结果一致,验证了本文方法的可靠性.     

超低渗透油藏非线性不稳定渗流特征研究

启动压力梯度和介质变形是油气在低渗透储层中渗流规律偏离达西定律的主要原因。基于超低渗透岩心非线性渗流实验,建立了在低速情况下渗流定律数学模型和同时考虑启动压力梯度及介质变形的超低渗透油藏非线性不稳定渗流数学模型。由于不稳定渗流数学模型的解法复杂,主要原因是控制方程具有强烈的非线性,同时流体流动边界也会随时间的变化而发生改变。为简化计算,在前人研究基础之上利用油藏压力分布近似表达式,研究了超低渗透油藏非线性不稳定渗流压力分布特征,并讨论了不同非线性因素对不稳定渗流的影响结果。     

低渗透砂岩渗流启动压力梯度

为了研究低渗透砂岩的启动压力梯度,设计了一种非稳态渗流中测量压力的试验方法。岩心中形成稳定渗流后,关闭驱替泵,测量岩心封闭端的压力衰减曲线。建立了考虑启动压力梯度影响的一维低渗透岩心中液体不稳定渗流的数学模型。用数值有限差分的方法进行求解。封闭端压力衰减曲线的试验结果和理论计算结果吻合较好,从而验证了试验方法和数值模型的可靠性。试验结果表明,启动压力梯度与岩心的气测渗透率之间并不存在负相关的关系;同一块岩心在初始稳定渗流速度大的情况下,岩心的启动压力梯度小。这与产生启动压力梯度的机理的边界层理论解释相符合。     

堤防工程渗流方面分析

影响渗流形成的因素主要和洪水水位历时、堤防填筑材料的渗流特性、堤防断面形式、堤基透水性等因素有关，同时在堤防稳定渗流计算时，典型洪水过程的选取与水库等工程的选取原则有不同之处，并初步提出一套确定能否形成稳定渗流形成的方法和思路，以及稳定渗流计算水位的确定，供大家共同探讨。     

浑水入渗砂柱孔隙水压变化试验

浑水渗流的一大特点就是一个非稳定渗流过程,一个不同于变水头渗流的非稳定渗流,地层的渗透路径和整体渗透系数随着时间的增长不断变化,渗流水中的悬浮物也会随着时间的增长不断的沉积。这类工程问题有长期浑水灌溉对土壤渗透性能的影响,洪水在坝前淤积淤泥对绕坝渗流的影响。通过试验,测定了尾矿砂的颗粒级配曲线,主要成分为二氧化硅,又开展了不同入渗水头,不同浑水含沙量,不同级配尾矿砂条件下,浑水渗流的砂柱的试验研究,分析了水头高度随时间的变化情况。     

水库黏土心墙坝稳定性评估

应用饱和稳定渗流与非饱和非稳定渗流理论、自动搜索滑动面的Morgenstern-Price法,以山西某病险库为研究对象,建立了水库大坝渗流和坝坡稳定性计算模型,设计了稳定渗流和非稳定渗流工况;对不同渗流条件下的最不利坝坡的稳定性进行了计算,客观科学评价了黏土心墙坝的稳定性.为黏土心墙坝的加固设计提供科学依据,同时非稳定流计算结果也对水库正常和非正常运行的科学管理提供指导.     

求解非饱和土堤初始浸润线的一种解析法

土堤的非饱和非稳定渗流计算分析中，堤内初始的浸润线位置对计算结果影响很大。分析土堤受到降雨、蒸发、径流及入渗影响作用，引入平均渗透强度的概念，建立了土堤的水收支平衡模型。将前阶段土体内部的渗流场视为一个暂态稳定渗流场，推导了土堤由于长期水分运动特征引起的初始浸润线的解析解。通过对日本江户川堤防的浸润线实测值与解析解计算结果进行比较分析，得出较为合理的结果。并对长江永安堤防初始浸润线进行了计算分析。     

桥梁地下结构对堤防渗流分布规律的影响分析

当建设跨越河流的设施时,建设在堤防附近的设施基础会对堤防渗流场的分布规律产生影响.为了确保堤防稳定性及长期安全运行,有必要对建设设施基础前、后堤防的渗流场进行分析.采用三维有限元数值模拟方法对某堤防建设大桥基础前、后进行了稳定-非稳定渗流有限元分析,计算结果表明:桥梁基础对渗流场的影响不大,堤身渗流逸出点的渗透坡降变化很小,各个土层的渗透坡降变化相差不超过4%,建设桥梁不会显著影响堤防的渗流稳定性.     

考虑船闸闸室宽度影响的横向渗流阻力系数法

为在船闸闸室的二维横向渗流计算中考虑闸室宽度的影响,基于改进阻力系数法,建立了考虑出流宽度的阻力系数局部计算模型。改变地基深度与防渗深度、出流宽度的比值,运用ABAQUS软件计算渗透量,确定流量系数、阻力系数及分配系数,绘制各系数图表。结果表明,闸室宽度越窄、防渗深度越深,对横向出流宽度的影响愈显著。对于等级较低、闸室宽度较小、水头较大的船闸,应充分考虑闸室宽度的影响,防止低估出口段坡降值而不利于渗流稳定性。     

基于水气二相流的稳定饱和-非饱和渗流模拟研究

非饱和带的渗流过程实质上是水、气两种流体在土壤孔隙中相互替代的过程,因此采用水-气二相流模型求解饱和-非饱和渗流问题更加合理.根据水、空气的质量守恒定律和达西定律,结合多相流理论建立水-气二相流模型,采用高效的积分有限差分法求解,给出精确模拟水相、气相边界的处理方法.通过求解Muskat稳定渗流问题得到逸出面长度与解析解基本一致,验证了水气二相流模型的有效性;由孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的分布可知,稳定渗流中气相的影响几乎可以忽略,而非稳定渗流中气相的影响有待进一步研究.     

大坝工程非稳定渗流场有限元分析

基于二雏稳定渗流场的基础之上,推导非稳定渗流场的有限元求解格式。编写相应程序计算渗流场各节点水头值,最后运用程序对一简单工程算例进行有限元分析。结果表明,所编写程序符合渗流场一般规律,为进一步对大坝工程进行相关渗流分析奠定了一定的基础。     

改进复合单元渗透系数调整法渗流自由面分析

在复合单元渗透系数调整法基础上,应用连续的罚函数对其改进,优化了此类算法的稳定性,提高了收敛速度和精度,并将此改进算法编制成相应的有限元分析程序,通过算例验证,可应用于稳定和非稳定渗流自由面边界复杂渗流场的高效精细模拟.     

部分充填周期性裂隙岩体渗流理论分析与试验

为研究部分充填周期性裂隙岩体的渗流特性,建立了岩体渗流分析模型.基于无充填裂隙中流体满足Navier-Stokes方程和多孔介质中渗流满足Brinkman-extended Darcy方程,采用不同介质交界面流速相等且剪应力连续的边界条件,推求出部分充填周期性裂隙岩体中流体的流速分布,并给出了岩体等效渗透率的理论表达式.研制渗透试验装置,选用混凝土模拟岩石基质,混凝土间的缝隙模拟岩体裂隙,砂岩模拟充填物,进行部分填充裂隙岩体的等效渗透试验.试验测得的结果与理论计算值相比,二者差值很小,试验很好地验证了等效渗透率表达式的有效性.     

稳定渗流分析的局部间断伽辽金有限元法

针对稳定渗流分析问题的特征,依据局部间断伽辽金有限元法原理,推导出稳定渗流分析问题的局部间断迦辽金有限元法基本计算格式,并对该计算格式的有效性进行探讨.通过分析基本计算格式相应的变分形式,考虑变分形式中双线性算子的稳定性及有界性,利用Lax-Milgram定理论证这一基本计算格式解的存在性、唯一性,从而证明局部间断伽辽金有限元法可以用来处理稳定渗流分析问题.通过对该格式的解进行先验误差分析,证明其近似解具有p+1阶的精度,表明相对于一般的有限元法来说,局部间断伽辽金有限元法是一种高精度的数值计算方法.     

考虑渗流场影响的大坝非稳定温度场

为了分析大坝温度场受渗流场影响的变化情况,根据热传导理论和渗流理论给出了受渗流场影响的非稳定温度场的控制方程,然后应用伽辽金法导出这一问题的有限元公式,最后给出了考虑渗流影响的大坝非稳定温度场的计算实例．计算结果表明：外界温度变化及渗流场对大坝温度场影响是不应忽视的;渗流场的存在改变了温度场的空间分布;在1月份气温低水温高时,渗流的影响将会使坝体温度偏高;在8月份气温高水温低时,渗流的影响将会使坝体温度偏低;渗流的影响将使漏度的变化幅值减小．     

Numerical simulation of water-air two-phase flow in soil slope under water level rise condition

In order to simulate the unsteady seepage in soil slopes under water level rise condition, including water seepage and air seepage, and to investigate the influence of the capillary pressure on the slope safety coefficient, the water-air two-phase flow model was used and its solving method and definition condition were given. By the two-phase flow model, the pore air and pore water seepage of a soil slope under steady seepage and water level rise conditions were shown, and the slope stability in different cases was analyzed from the simulation results. We find that under water level rise condition, the pore air pressure in the unsaturated zone increased evidently and the capillary pressure should be considered while the pore air pressure can be neglected in slope stability analysis.