变孔压边界地基土一维非线性固结解答

针对土体的非线性固结特性和实际工程中存在的变孔压排水边界,在土体一维非线性固结理论的基础上,提出严格满足初始条件的变孔压排水边界条件,建立了考虑变孔压排水边界条件的一维非线性固结模型,并给出了相应的解析解。在验证解析解正确性的基础上,探讨了按变形定义固结度Us和按孔隙水压力定义固结度Up之间的差异,总结了土的非线性特性和边界条件等因素对土体固结过程的影响规律。     

基于遗传算法的地下水非稳定流求参方法

导水系数丁和储水系数S在地下水资源的评价与计算中是两个非常重要的参数。是反映地下含水层中水的流动与储存或释放的参量。传统的计算方法对同时求出这两个未知数比较困难，求解不理想。运用基于生物自然选择和基因遗传原理的全局搜索的现代最优化遗传算法求解，仅用50次的迭代运算，精度完全达到要求，且快捷、方便、效果好。     

基于非牛顿指数描述的饱和黏土一维非线性固结分析

在考虑半对数应力应变关系的基础上,引入非牛顿指数描述的非达西渗流模型,建立一维固结方程,采用有限差分法求其数值解,并与Terzaghi解答和Davis解答对比验证数值方法的有效性.据此,分析土体应力应变非线性和渗流的非达西特性对饱和粘土一维固结的影响.结果表明,非牛顿指数i0越大,土层厚度与地基平均竖向总应力的等效水头的比值越大,固结速率越低;地面荷载越大,孔压消散速率和地基沉降速率都越快,按沉降定义的固结度要略大于按孔压定义的固结度;压缩指数与渗透指数的比值越大,固结速率越慢;初始有效应力越大,固结速率越快.     

两种边界条件下非饱和土一维固结特性分析

针对工程中存在的表面排气不排水、底面不渗透及表面排水不排气、底面不渗透两种边界条件下的非饱和土层进行一维固结特性研究.基于Fredlund非饱和土一维固结理论,对其固结方程作适当假定,由得到的液相及气相控制方程、Darcy定律及Fick定律,经Laplace变换和Cayley-Hamilton定理构造顶面状态向量与任意深度处状态向量间的传递关系.通过引入边界条件,得到Laplace变换域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力及土层沉降的解.采用Crump方法编制程序实现Laplace逆转换,得到时间域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力、土层沉降的半解析解.采用典型算例,分析在不同气相与液相渗透系数比情况下,土体超孔隙水压力、超孔隙气压力随时间的变化规律,结果对非饱和土体一维固结特性研究具有参考价值.     

考虑地基固结效应的储罐力学性能分析

基于轴对称Biot固结理论,地基土采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,对地基基础与储罐共同作用问题进行了非线性固结弹塑性有限元数值分析。计算结果表明,地基中孔隙水压力的消散与储罐底板的内力变形特性的时间效应具有密切的联系,底板的最大环向应力和最大径向应力都发生在边缘板附近,壁板最大环向应力发生在壁板底部,这和抗震计算中的"象足"现象相似,该位置容易发生屈曲破坏。所得结论对于地基基础储罐的设计具有一定的参考价值。     

线性加载作用下软土地基固结变形分析

目前软土在加载下的固结变形研究主要为瞬时加载,为明确线性加载作用下软土固结变形规律,通过太沙基一维固结理论和有效应力原理的方法求解了软土地基在任意加载速率下一维固结方程的通解,并求解了线性加载下固结方程的解析解。结果表明：线性加载下软土地基产生的超静孔压可以分成增长期、快速消散期和缓慢消散期三个时期;加载速率影响超静孔压的增长路径、消散速率以及最大超静孔压值,最大超静孔压值与加载量近似成线性增长关系,加载速率对最大超静孔压值的影响存在临界值k1和k2;固结系数影响临界加载速率,排水距离影响超静孔压的消散时间;加载速率改变沉降路径而不影响沉降值、改变固结路径并且影响固结时间;最后结合工程实例进行对比分析,发现基于线性加载固结方程解析解得到的理论值及变化规律与实测值有较好的吻合性。     

弱透水层变形机理的研究

通过对天津市滨海新区不同埋藏深度内弱透水层水理性质变化的研究,得出不同埋深弱透水层的孔隙水类型,依据其不同的孔隙水类型揭示出不同埋深弱透水层的释水变形机理.提出了以界限含水量为依据,对不同埋深弱透水层采取不同的变形计算模式.     

不同固结系数计算方法之间的比较

运用底部可测孔压的固结仪对连云港重塑黏土进行一维固结压缩试验,探讨基于孔压得出的土体固结系数与基于压缩计算的固结系数之间的关系.针对100 kPa、200 kPa、400 kPa、800 kPa、1600 kPa 5个加载等级的固结过程进行分析,发现基于孔压数据得出的固结系数Cv和时间对数法的计算结果较为一致,但是小于时间平方根法的计算结果.另外,3种计算方法均显示,连云港重塑土固结过程中,其固结系数Cv随着荷载等级的增大而增大,在固结过程中并非常数.     

不同固结系数计算方法之间的比较

运用底部可测孔压的固结仪对连云港重塑黏土进行一维固结压缩试验,探讨基于孔压得出的土体固结系数与基于压缩计算的固结系数之间的关系.针对100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1600kPa 5个加载等级的固结过程进行分析,发现基于孔压数据得出的固结系数Cv和时间对数法的计算结果较为一致,但是小于时间平方根法的计算结果.另外,3种计算方法均显示,连云港重塑土固结过程中,其固结系数Cv随着荷载等级的增大而增大,在固结过程中并非常数.     

孔隙比变量一维固结方程解析理论

经典Terzaghi固结理论假定固结沉降与超孔压消散间满足线性耦合关系,通过计算土体应力固结度与土体最终沉降量预测沉降发展过程。由于土体固结沉降与超孔压消散间存在不同步耦合效应,沉降发展快于超孔压消散,应用应力固结度预测土体沉降发展误差较大。以孔隙比变量作为固结方程控制变量,根据孔隙比边界条件求解土体固结沉降过程可以有效避开超孔压消散与土体沉降间的滞后耦合效应。以土体连续方程、达西定律、有效应力原理为基础推导孔隙比变量固结方程及边界条件,研究边界条件、土体自重、初始孔隙比分布、非瞬时加载等对土体固结过程与最终效果的影响,比较应力与应变固结度间差异。研究表明初始条件、土体自重等对孔隙比变量解答有较大影响,引起5%左右误差。     

一种有动外边界的一维径向不定常渗流解析解

在低渗透油藏中,采用启动压力梯度的方法能够简明扼要地表述低速非Darcy渗流现象。在油井恒定流压开采条件下,运用Green函数方法求解了含启动压力梯度、带有动边界的非线性不稳定渗流数学模型,揭示了动边界传播规律和油井产量递减特征。计算对比表明,随着生产时间延续,动边界向外扩展,压力扰动范围增大,弹性开采最大半径增加;启动压力梯度越大,动边界扩展越慢;给定启动压力梯度λD,对应的压力扰动最大值半径为rDmax=1.0+1.0/λD,此后停止传播,弹性开采动用面积达到最大值;动边界情形与半径为rDmax的封闭储层情形相比,产量递减较快,最大累计产量明显损失。     

一维河网非恒定流数学模型的并行计算

运用并行计算,求解一维河网Preissman四点隐式差分格式离散方程组中耗时最多的节点水位方程组,有效缩减了模型的求解时间.针对当前商业并行编程平台不能实现进程迁移和网络异常情况下无法保证计算结果正确性的现状,自主开发了并行通讯平台,并根据模型并行计算需要制定了相关通讯协议.以上海浦东河网为例进行了数值模拟.结果表明:当河道数一定时,存在最优客户端数;当客户端数小于最优客户端数时,并行算法所需时间小于串行算法时间,并随着客户端数增加所需时间也逐渐减少;反之,所需时间则逐渐增大.     

大吸附雷诺数下胀-缩壁面管道非稳态流动渐近求解

研究了大吸附雷诺数下,可渗透、膨胀或收缩的半无限长管道中的层流流动. 采用自相似理论,把描述该模型的Navier-Stokes方程转化成一个四阶的非线性微分方程. 应用奇异摄动方法,对该方程进行渐近求解. 分析了不同的膨胀系数、吸附雷诺数对管道流动的影响. 壁面收缩时,边界层变薄;壁面膨胀时,边界层变厚;当膨胀率与雷诺数之比大于1时,管道流动出现回流.     

振荡管内非定常流动的数值模拟

建立了振荡管内非定常流动与传热的数学模型 ,分别采用Godunov格式和控制容积法对气动方程及传热方程进行离散 ,得到了管内压力波形、气流速度及温度随时间的变化历程 .所得管内压力波在波形和相位上与实验结果吻合较好 ;排气初期的气流速度最大且温度最低 ;管内出现强反射激波 .提出的求解Riemann问题迭代初值可使迭代快速、稳定收敛     

低比转速离心泵非定常空化流动特性

为了研究低比转速离心泵的空化流动特性,基于SST k-ω湍流模型和ZGB空化模型,在不同进口压力条件下对离心泵内部空化流动进行三维非定常数值模拟,研究了离心泵在发生空化时不同位置的压力脉动规律和空泡体积变化规律.结果表明:空化发生后叶轮压力脉动主频为叶频,流道进口处次频脉动幅值增长明显;空化时叶轮流道靠近叶轮出口处的压力脉动幅值增长率与叶轮流道进口处压力脉动幅值增长率相比增长更明显;空化时叶轮流道进口处的压力脉动与叶轮流道、出口及隔舌处压力脉动相比存在迟滞现象;空化过程中空泡体积的增长过程是非线性的.     

非达西渗流时一维固结方程的两种数值解法

Terzaghi一维固结理论对低渗饱和地基沉降的预测值与实际值之间存在较大误差,原因之一在于其假定地基的渗流符合Darcy定律.在采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程和承认Terzaghi一维固结理论其他假定的基础上,重新推导了饱和粘土一维固结方程,并分别给出了有限差分法和有限体积法的离散格式.对单面排水情况下渗流前锋和固结度的计算结果证明了两种数值方法的适用性,而有限体积法具有更好的收敛性.     

广义Oldroyd-B流体的非定常Couette流的精确解

讨论了带分数阶导数的广义Oldroyd-B流体的非定常Couette流,应用Laplace变换和Weber变换及广义Mittag-Leffler函数,得到了该问题的精确解。