考虑吸湿和脱湿影响的一维降雨入渗数值模拟

在分析非饱和渗流时,土水特征曲线(SWCC)起着至关重要的作用.吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线存在显著的滞后现象,对降雨入渗土体中孔隙水压力的分布有明显影响.采用两种计算模型,运用吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线,对一维降雨入渗土体非饱和-饱和-非饱和全过程进行数值模拟,对比分析了计算模型以及吸湿和脱湿,对降雨入渗过程中土体的孔隙水压力分布的影响.     

基于贝叶斯理论的土水特征曲线模型选择与参数识别方法

土水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve,SWCC)是非饱和土力学的关键函数,可通过现场或室内试验测得.然而,由于直接试验方法所需条件苛刻且耗时较长,获取的试验数据非常有限,难以测得基质吸力可能范围内完整的SWCC.有限试验数据条件下如何合理地确定SWCC模型并量化模型估计的不确定性(或置信度)是关键难点.本文提出了一种基于贝叶斯理论的SWCC模型比选和参数识别方法,在模型比选的同时进行参数识别,并通过参数概率分布特性定量表征SWCC模型估计的不确定性.以飞凤山滑坡中原状黄土试验数据为例,说明了所提方法的有效性,并采用模拟数据进行方法验证和敏感性分析.结果表明:本文所提方法能够基于有限试验数据合理地确定SWCC模型并量化所估计的SWCC模型的不确定性.此外,SWCC模型识别准确率随着数据量增加而逐渐提高.     

垂直一维入渗土壤水分分布与入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立垂直一维入渗土壤水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解,利用室内试验对模拟结果进行分析验证,模拟值与实测值基本吻合,所建模型合理.用所建模型和方法对一定灌水技术要素组合下土壤水分分布和入渗特性进行数值模拟,结果表明:土壤质地、容重、初始含水率和灌溉水深对土壤水分分布模式影响微弱.土壤质地和容重对土壤含水率变化和累积入渗量影响较大,入渗水头和土壤初始含水率对土壤含水率变化和累积入渗量影响较小.     

一个考虑浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型

基于经典Green-Ampt入渗模型,建立了考虑任意降雨强度下浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型.针对4种不同渗透性质的土样,将此模型的解析解与数值模拟结果进行对比分析,结果表明:所建的降雨入渗物理模型及其数值解的最大积水时差仅为0.274 h,最大相对累积入渗量误差仅为3.204%,验证了该修正模型的合理性.同时以砂质壤土为例,利用该模型分析不同地下水位埋深对降雨入渗的影响.分析表明:雨水入渗速率、累积入渗量以及积水时间受地下水位埋深的影响较小,而湿润锋深度随着降雨历时的增加受其影响逐渐明显.     

空芯光子带隙光纤结构参数对其有效折射率的影响

利用有限元法,从理论和数值上研究了19孔纤芯空芯光子晶体带隙光纤( PBGFs)的结构参数对其有效折射率的影响.采用拓扑优化方法改善纤芯空气孔内层厚度和角度,研究了基本模型的有效折射率与结构参数的关联性.采用完美匹配层(APML)做吸收边界条件,数值结果表明选择边界条件对结果的精度和准确性有很大的影响,有限元法能有效地...     

入渗水头对垂直一维入渗Philip模型参数的影响

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立垂直一维入渗土壤水分运动的数学模型,对不同入渗水头条件下多种典型土壤垂直一维入渗特性进行模拟,模拟结果采用Philip模型拟合.结果表明:入渗水头对吸渗率、稳渗率有一定影响,提出了包括入渗水头和饱和导水率的Philip模型参数的确定方法.利用已有文献资料对所建模型进行验证,结果表明:所建模型能较简单地确定吸渗率和稳渗率,可以较准确地反映土壤水分垂直一维入渗特点.     

饱和与非饱和带土壤水动力耦合模拟及入渗试验

利用可变坡土槽人工降水入渗试验,观测土壤水势及地下水出流量变化,建立了饱和与非饱和带土壤水数值计算模型MODFLOW-UZF1的参数率定及模型验证方法.结果表明:MODFLOW-UZF1能较为准确地模拟降水入渗补给过程,但忽略了非饱和带土壤水分运移中基质势的影响,在毛细管作用带土壤含水量模拟效果较差.     

三种模型在浙江省土石坝填筑土土水特征曲线中适用性研究

土石坝是由饱和与非饱和渗流区组成的统一体,渗流问题是影响土石坝运行安全的关键因素之一.土水特征曲线(SWCC)是非饱和渗流数值模拟的重要基础.浙江省土石坝众多,对其填筑土持水性研究具有重要意义.确定一个合适的模型来描述填筑土的SWCC是研究的基础.通过压力板仪,对3种浙江省土石坝典型填筑土进行持水试验,选取VG、FX和MX模型对试验数据进行拟合,并对拟合结果进行分析.结果表明,VG模型并不适用于土石坝填筑土,FX和MK模型均取得了较好的效果,FX模型在适用性和普遍性上更好.     

相变平板简化热容热阻动态模型

建立了相变平板一维一阶(2R1C)、二阶(4R2C)与三阶(6R3C)热容热阻简化动态模型,利用遗传算法对简化模型的RC参数进行辨识。通过模拟,对不同简化模型的准确性与适用性进行了对比。结果表明,在保证准确性的前提下,4R2C简化模型所需辨识参数较少,适用性更好;与数值模型结果相比,采用4R2C简化模型在不同边界条件下模拟得到相变平板表面温度平均温差均小于0.3℃,通过左、右表面热流平均相对误差分别为10%与5%左右,表明4R2C简化模型在不同边界条件下仍具有很好的准确性与适用性。简化模型的计算时间小于数值模型计算时间的0.1%,计算效率明显提高。     

入渗和蒸发条件下的渗流分析

普通渗流理论在处理入渗和蒸发问题时,大都采用第二类边界条件描述.但这样会涉及许多以数难以确定的问题,而且如果对入渗率(或蒸发率)与时间关系假设不当,将导致错误的计算结果.在此基础上,分析了入渗和蒸发的本质,提出以第三类边界条件统一地描述这两种体现地下水流动与外界环境之间具有水量交换的现象.这样不仅使数学模型能够与自然现象的物理本质更加符合,而且使参数确定和问题的求解都大为简化.     

半透水边界下土体大变形非线性固结模型

基于一维大变形固结(CS2)模型,引入半透水边界条件,建立了半透水边界下土体大变形非线性固结(IBC)模型.将其计算结果与现有的可以考虑半透水边界条件的小应变线性解析解和小应变非线性数值解进行了对比,验证了本模型的正确性.在此基础上对影响半透水边界土体固结的主要影响因素(应变大小、半透水参数和土体自重)进行了参数分析.结果表明:应力越大,半透水条件下土体固结越快;半透水参数为0.01是完全不透水边界与半透水边界的临界值,而半透水参数为100是半透水边界与完全透水边界的临界值;土体自重对于半透水边界条件下土体固结速率具有重要影响.     

基于动力拟序涡模型的水波三维大涡模拟

利用大涡模拟理论数值模拟了规则波和不规则波的传播过程,采用动力拟序涡黏性亚格子应力模型进行波高及速度场的模拟.计算结果表明,模型对水波的波高及由波产生的流体速度分布模拟结果与解析值符合良好,且精度较高.对比分析了人工海绵层及Sommerfeld辐射型耦合边界条件与仅采用Sommerfeld辐射型边界条件对水波数值模拟精度的影响.结果表明动力拟序涡粘性模型可以准确地模拟水波传播特性.     

重塑试样差异性对土-水特征曲线影响试验研究

土水特征曲线(SWCC)是非饱和土研究的重要内容,但其唯一性受到多种因素的影响.为此,试样的差异性将对孔隙结构,进而对SWCC的唯一性造成影响.基于湿捣法制作的4个重塑试样对试样差异性进行试验研究,利用压力板仪和称量法获得相关脱湿试验数据.基于试验结果提出由无序阶段平均值和线性阶段基试样的试验数据组成表征SWCC数据.对比SWCC模型的拟合结果,验证了数据选取的合理性,确定Fredlund&Xing模型更符合试验结果.通过体积含水率和失水量随时间变化研究发现:起始基质吸力对体积含水率差异的产生有明显影响;主排水量在2~3d内完成,应在主排水结束之后进行相关试验,以降低对SWCC的影响.     

一种求解时间关联型缓坡方程的数值方法

以含底摩阻能量耗散项的时间关联型缓坡方程为控制方程,建立了一种具有二阶精度的数值离散格式.该格式对时间导数使用Euler预测-校正格式离散;对空间导数使用中心差分格式离散.基于统一边界条件表达式,对边界条件进行处理.数值解与物理模型实验值吻合较好,表明数值模拟模型可以有效地模拟波面随时间和空间的变化以及波高的空间分布.     

降雨渗流场分布下边坡稳定性影响因素的探究与分析

针对降雨入渗条件下的边坡稳定性问题,采用非饱和土理论进行了降雨入渗过程的数值计算研究,围绕降雨强度、渗透系数对边坡稳定性的影响进行了4个算例的计算与分析.利用Geo-Studio软件进行了数值模拟,主要研究结论为：(1)土体的基质吸力有利于边坡的稳定,忽略基质吸力得到的结果会严重偏小;(2)降雨强度对低渗透性模型的影响不明显,对于高渗透性模型的影响较大;(3)坡角处以及坡顶处会出现应力集中,且土体在该位置处的强度较低.上述研究能够为实际工程中边坡的防治提供一定的技术支持.     

金属三维塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术

将无网格伽辽金法(EFGM)与三维刚(粘)塑性流动理论相结合,对EFGM在金属三维塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理速度边界条件和体积不可压缩条件,采用反正切摩擦模型处理摩擦边界条件,推导了金属三维塑性成形过程EFGM法数值模拟的刚度方程,给出了关键算法.对长方体金属镦粗过程进行了数值模拟,并将数值结果与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D计算结果作了比较.发现两者吻合良好,表明了本文方法的正确性和有效性.     

车辆长度对路段交通流的影响

在NaSch模型的基础上,考虑车辆长度,建立一维元胞自动机交通流模型.通过引入平均间距、占有率和启止密度等参数,数值模拟周期性边界条件下,车辆长度对路段交通流的影响.     

大涡模拟中入流边界脉动风速模拟相关参数取值分析

大涡模拟中入流边界条件脉动风速的处理对计算流体动力学的数值模拟结果的正确性和精度有着至关重要的影响,文章对在运用DSRFG法生成湍流脉动风的算法中,研究了几个相关参数(包括脉动风速能量谱离散化的区间样本数Kmax,能量谱密度模拟所选取三角级数向量组的个数N,空间尺度参数因子θ1和时间尺度参数因子θ2)的数值选取,对入流脉动风速功率谱和脉动风速竖向空间相关性模拟结果的影响.模拟计算结果表明:相对于其他3个参数,空间尺度参数因子θ1的选取相对比较离散.结合DSRFG算法和文章提出的最佳参数取值,模拟得到与实际大气风场特性吻合较好的冯卡门谱及其竖向相关特征.     

降雨入渗条件下路堑边坡稳定性

分析了降雨入渗对路堑边坡稳定性的影响机理和特性,以非饱和渗流理论为基础,建立了入渗条件下的流-固耦合数学模型及SWCC模型模型,并根据现场土质特性对广东某环城高速公路堑边坡在不同降雨强度下的坡内水压力和流速分布进行了预测,并计算得到了降雨入渗后的安全系数.结果表明:随着土体含水率增加,内摩擦角和粘聚力下降导致抗剪强度急剧下降,是边坡失稳的根本原因; 随着降雨强度的增大,最小安全系数不断减小.     

边界条件对经典非对称相互作用晶格热化的影响

研究了不同边界条件的选择对一维经典非线性晶格热化性质的影响.通过数值模拟分别对比自由和固定边界条件下类FPUT模型的热化时间,发现边界条件的选择并不会影响相互作用为对称势时的热化时间标度行为,而相互作用是非对称势的模型则会因此产生显著差异.有趣的是,不仅在自由边界条件下的FPUT-α模型热化过程中发现了违背波湍流理论预测的结果,还未在自由边界条件下的FPUT-α-β模型热化过程中观察到明显的亚稳态性质.这些结果表明,在非对称相互作用晶格的热化数值模拟中,边界条件的选择起着重要的作用.