地下厂房洞群围岩渗流场有限元分析

运用固定网格结点虚流量法和排水子结构技术以排水孔开关器概念，对三板溪水电站地下厂房洞群围岩渗流场进行了三维仿真模拟，解决了由于多样性的地层结构，特殊的渗控措施和复杂的厂房结构而带来的诸多难题，成功地求解了三板溪地下厂房区的复杂渗流场。充分证明排水孔结构技术对求解精度提高的优越性。     

粗糙元对单裂隙渗流影响的格子Boltzmann方法模拟及分析

岩体单裂隙中的粗糙结构会对流体流动性能产生一定影响,但实际粗糙结构复杂无序,很难通过直接研究认识到其作用机理.本文在单裂隙中构造了参数化的人工粗糙元,并基于格子Boltzmann方法自行编写了程序,对单裂隙中不同间距、高度和数量的粗糙元作用下的渗流场进行数值模拟,定性分析了速度场、压强场、角速度场的变化规律;在定性分析的基础上提出了等效黏度的宏观描述方式,定量分析了粗糙元对等效黏度的影响.结果表明渗流场中粗糙元的存在造成了一系列涡旋,增大了等效黏度;涡旋本身具有局域性但作用的范围很大;在低速渗流条件下这些粗糙元附近的涡旋互不影响,可以划分成若干个相互独立的含涡区,这种划分对于理解涡旋对等效黏度的影响有很大帮助.     

复杂断层油藏蒸汽注采过程的自适应网格法

对复杂断层油藏蒸汽注采过程采用自适应网格法进行了数值研究,将断层处理成绝对渗透率极低的介质,而不是内边界.当利用自适应网格法划分网格时,并没有将断层区域处理成细网格,而是当蒸汽锋面尚未波及时自适应地采用粗网格.对于最精细层上含有断层的网格的渗透率提出了简单的计算方法,在此基础上利用重正化方法计算自适应网格各层粗网格的等效渗透率.数值结果表明：断层附近物理量变化较缓时采用较粗层次的网格不影响计算精度,采用自适应网格法可以大幅度地提高复杂断层油藏蒸汽注采过程的计算速度.     

层合板局部层间应力的一种有效解法

用三维各向异性有限元程序求解多层层合板层间应力是与复合材料层合结构的强度紧密相关的。利用结构的整体与局部的概念,对重点研究的区域作为局部区域按每一层不同的材料铺层划分单元。在远离求解区域的地方,用“等效模量”的概念将不同的材料层用等效的方法进行单元网格划分,这样就克服了层合板层数过多而引起的计算量太大的问题。     

地下厂房防渗排水系统渗流特性的有限元分析

在求解无压渗流场结点虚流量法的基础上,结合可精细模拟密集排水孔复杂渗流水力行为的改进排水子结构技术,对某地下厂房厂区洞室群围岩区三维渗流场进行了有限元求解分析,着重研究了防渗排水系统中的帷幕和排水幕的渗流特性.研究表明,排水幕在排水通畅的前提下具有强大的排水能力,其排水孔间距在一定范围内变化对渗流场水头分布影响不明显.因此,可适当加大排水孔间距,以减少工程投资.     

车轮外流场的数值网格生成技术的研究

有机结合代数法和椭圆方程法,采用分块结构化网格,针对轮胎地面接触区域网格生成质量不合格的问题,提出并讨论了车轮外流场网格划分的3种拓扑结构,确定了其中的最佳方案;然后应用该方案进行某国产轿车及其车轮的外流场数值网格的划分,成功的生成了高质量的网格单元,验证了所选网格拓扑方案的有效性。     

粒子系统在复杂风场及湍流场中的实现

为真实地模拟气溶胶在复杂风场中的输运扩散效果,提出一种将计算流体力学计算的风场结果与粒子系统相结合的方法.以一个存在障碍物的三维区域为例,采用非结构四面体网格对其进行网格划分,运用计算流体力学方法对这一区域的风场和湍流场进行求解;在仿真平台Unity 3D中建立了与计算模型对应的环境模型,并将风场和湍流场的计算结果导入环境模型中,实现了风场在虚拟环境中的可视化.在环境模型中建立了粒子系统,并在存储于非结构网格中的风场及湍流场的作用下模拟了粒子系统的运动变换,实现了虚拟环境中复杂风场、湍流场条件下的气溶胶的扩散仿真.     

高层隔震结构等效模型研究

为研究高层隔震结构的动力性能,尝试用隔震层上部子结构前两阶频率和前两阶振型与悬臂等截面直杆剪切相似且考虑上部结构总质量不变的准则推导高层隔震结构3质点等效模型.所推导的上部子结构2质点模型和全结构3质点模型较好地考虑了高阶振型的影响,分别较好地等效了剪切型高层抗震结构和隔震结构,同时发现高层隔震结构的振型质量参与系数无...     

岩溶区地下工程裂隙渗流突水数值模拟研究

随着岩溶区地下工程的大量建设,岩溶裂隙突水频发并逐渐成为制约地下空间建设发展的瓶颈问题.采用简化的裂隙非饱和渗流计算方法,通过多场耦合分析数值模拟软件COMSOL Multiphysics研究了裂隙岩体的非饱和渗流特征及裂隙对渗流的影响.通过对复杂的溶洞-裂隙系统进行科学简化,建立了一种岩溶区地下工程裂隙导通突水模型,并采用此模型开展了裂隙渗流突水数值计算.结果表明:裂隙对岩体渗流产生显著影响并会造成渗流强烈的各向异性;地下水大都将沿着优势渗流通道运移,而较少渗流到其他阻渗性强区域,因而形成相对集中的突水点.研究结果可为岩裂隙渗流和连通提供思路,为岩溶区裂隙突水理论和防治提供参考.     

渗流方程的渗透率自适应权重网格粗化算法

为了提高渗流方程的计算速度和精度,将渗透率自适应网格技术应用于三维非均匀非稳态渗流方程的网格粗化算法中。对于渗透率或孔隙度变化异常的区域,采用精细网格直接求解其压力分布;而在其他区域,采用不均匀网格粗化的方法计算其压力分布。用自适应权重网格粗化算法计算了三维非均匀非稳态渗流场的压力分布。结果表明,三维非均匀非稳态渗流方程的三维不均匀自适应网格粗化算法的解在渗透率或孔隙度异常区域的压力分布规律非常逼近精细网格算法的解,在其他区域的压力分布规律非常逼近粗化算法的解。与采用精细网格算法相比,其计算速度大大提高。     

近坝基面渗流场的边界元法分析

针对几乎奇异积分阻碍了边界元法准确计算近坝基面基内点的渗流参量的问题,首先给出了多种正交各向异性介质渗流问题边界元法基本方程,然后引入一种正则化算法,化解了边界元法计算近坝基面基内点的渗流参量时遇到的几乎奇异积分障碍,获得了近坝基面基内点的渗透压力和水力梯度值.算例表明该方法较常规方法能计算距坝基面更近的内点的渗流参量.     

地下工程渗流场与应力场耦合的相似材料模拟

针对工程岩体中存在的渗流场与应力场耦合问题,在研制固液耦合实验材料的基础上制作了固液两相相似材料模拟模型,通过地下煤炭开采中渗流场与应力场耦合的相似材料模拟,得到了水在工程破坏岩体中的渗流以及岩体在渗流场作用下的破坏规律,确定了上湾保水采煤工作面的合理推进距离及基岩保护层的厚度。实验得出的结论和现场实践所取得的结论一致,进一步证实了实验的可靠性,这一实验的成功为以后研究渗流场与应力场的耦合开辟了新的途径。     

厚覆盖层上闸基渗流分析与基础处理措施研究

渗漏与抗渗稳定性问题一直是覆盖层上建设闸坝过程中遇到的一个极其重要的工程地质问题.结合某水电站枢纽工程,运用三维有限元和地下水动力学的基本理论分析了闸基的流场,并对防渗墙的深度和止水片的作用效果进行了敏感性分析,对改善闸基渗漏和闸基抗渗稳定性的工程措施做了全面的评价.研究表明,采用目前的处理措施可以大部分或全部截断坝基中的集中渗漏,有效地改善闸基的渗透稳定性.     

奇异热流密度场的数值分析(Ⅱ)——热流密度场强度因子的计算

采用稳态热传导问题的杂交有限元列式构造了奇异热流密度场单元,利用该单元可以高效、准确地计算热流密度场强度因子.在该杂交有限元的列式中,假设热流密度场由前期提出的一维有限元方法计算得到的特征解推导而来.一系列的数值算例表明,采用奇异热流密度场单元,仅需要很稀疏的有限元网格就可以得到非常精确的结果,说明所提出的方法是有效而可靠的.     

无对接界面的自由子结构模态综合法

本文提出结构模态分析的一个新方法──无对接界面的自由子结构法。它具有在 子结构模态综合时没有对接界面自由度的优点。通过算例表明,本文方法在求解结构 低阶主模态时具有较高的计算精度。文中还提出计及子结构高阶截余模态剩余影响的 修正方法。     

三维应力奇异单元自动生成的通用算法

用1/4奇异单元模拟裂纹尖端奇异性已经成为断裂力学数值计算的重要手段.目前三维奇异单元主要是靠人工手动生成奇异节点,然后再生成单元,这种方法工作量大、效率低,尤其是对复杂结构或裂纹形状更是难以实现.这里研究了各种形状三维奇异单元自动化生成的通用算法,并编制了计算程序,最后通过算例验证了算法的正确性.     

接触面单元计算土石坝渗流逸出点的效果分析

为研究利用接触面单元方法计算渗流逸出点的处理技巧及其效果,针对2个渗流算例进行计算,其中对浸润线穿越的单元用蒙特卡罗积分方法计算其复合渗透系数。在渗透系数相差较大的材料之间设置2层接触面单元,利用接触面的渗流矩阵建立材料间的水力联系,通过迭代得到浸润线位置。选择较薄的接触面单元厚度(比如相邻单元厚度的1/4),把计算误差控制在局部范围内,而对整体没有太大影响。分析结果表明,选择合适的接触面渗透系数或透水率,能够得到接近于常规方法的计算结果。     

基于FLUENT的渗流场数值模拟分析

传统上渗流问题的模拟都是求解渗透水头的拉普拉斯方程,为了利用CFD软件强大的计算及前后处理功能,通过在一般流体力学控制方程基础上增加渗透阻力的办法,以源项的形式导入FLUENT软件的求解器中实现了对渗流的数值模拟,并采用求解自由面的VOF法进行浸润面的计算.地下河槽及矩形土坝两个算例表明,无论对于渗流量、浸润面还是溢出...     

岩质边坡渗流场中等效连续介质模型的应用

在运用等效连续介质模型分析了裂隙岩体诊流场时，综合考虑并比较了单孔压水试验和节理裂隙统计取得的渗透系数，获得了能较好反映原位地质环境的修正渗透张量．将这种确定渗透张量的方法应用于某铁矿边坡工程渗流场分析中，取得了较好的结果．