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.     

降雨条件下含大孔隙土柱水-气两相流试验

为揭示降雨条件下含大孔隙土中水—气两相流运移机制,基于室内人工降雨试验,通过自行设计试验装置并借助各类试验设备,对不同工况下大孔隙和基质域的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力分别进行实时监测.结果表明：大孔隙的存在可明显加快水分入渗速率,使土柱湿润锋呈现漏斗状,大孔隙附近水分入渗速率明显较快(即产生优先流),但是降雨需持续一定时间才会产生优先流;模型箱底部边界开通有利于气体的排出,可降低孔隙气压力,从而更有利于水分的入渗;大孔隙存在情况下,增加降雨强度可加快优先流的产生,使水分更快地沿着大孔隙入渗至土壤深层,并沿着大孔隙壁向周围基质扩散.此外当降雨强度大于水分入渗速度时,会在土体表面形成积水,一定程度上增加孔隙气压力.     

基于DQEM的分层流体饱和热弹性多孔介质轴对称问题的动力响应分析

研究了分层不可压流体饱和热弹性多孔介质轴对称问题的动力响应问题,基于多孔介质理论(PMT),给出了该问题的数学模型.在空间域内采用微分求积单元法(DQEM)设置离散的控制微分方程、边界条件和连接条件,在时间域内采用二阶向后差分格式处理时间导数.在离散化的初始条件下,运用Newton-Raphson法进行迭代求解,得到各离散点处未知物理量的数值结果.研究表明:该方法有效、可靠,且具备精度较高、计算量较小、数值稳定等优点.     

退化两相Stefan动边界控制及其在非饱和土入渗中应用

结合孔隙水和孔隙气体在气液交界面上的力学条件,给出了一个退化的两相Stefan问题的最优控制模型;以交界面上的动边界为控制变量,描述了非饱和土中孔隙水的入渗和孔隙气体的排出过程,为水流入渗问题的求解提供了一种新的方法.数值结果表明,对导气率不同的土类,孔隙气体的排出过程对孔隙水入渗运动有不同的影响,对导气率低的土类影响很大,且不可忽略.     

地基中结构物动力响应的一维解析方法

提出了一种用于浅埋式地下结构物抗震设计的简化方法。采用任意侧向位移下地震土压力理论 ,推得在土 -结构相对位移较小的情况下 ,结构物所受的土作用力与它们的相对位移近似成线性关系 ,并提出了确定解析解中需要的地基结构动力相互作用系数的方法。在将土体和结构物均简化为只发生水平位移的粘弹性剪切梁及地震输入为竖直向上传播的剪切波等假设条件下提出了一种分析水平地基中结构物在地震荷载作用下的响应的一维解析方法 ,并用该方法对地震时结构物的位移和土压力及其变化过程进行了计算分析     

基于两阶段响应面方法的结合梁斜拉桥多尺度有限元模型修正

以灌河大桥为工程背景,建立了结构精细有限元模型和多尺度有限元模型,并进行全桥环境振动试验,以获取结构的实测动力特性.基于两阶段响应面方法,分别对多尺度模型与精确有限元模型之间的误差和初步修正后多尺度模型与实际结构之间的误差进行修正,并将修正后结果与实测值进行比较.结果表明:经过两阶段响应面模型修正后的计算结果与实测结果吻合较好,最大频率相对误差不超过8%,模态保证准则MAC值基本在90%以上,说明两阶段响应面方法能够较好地进行多尺度模型修正,保证修正后的模型参数仍然具有其物理意义;修正后的有限元模型可以进一步应用于多尺度损伤识别及损伤预后,服务于桥梁健康监测及安全评估.     

响应面设计优化双水相法测定食品中铁的量

利用响应面设计对双水相法测定食品中铁的量工艺条件进行优化.以含铁量为指标,采用响应曲面分析法,对萃取温度、聚乙二醇体积分数和硫酸铵质量进行三因素三水平的优化试验,并建立了相应的回归模型.最佳提取工艺条件为,萃取温度为37.31℃,聚乙二醇体积分数为14.42%,硫酸铵的质量为7.92 g.在优化条件下,铁的量理论值为71.48 mg/kg,试验值为(71.48±3.6)mg/kg.试验值与理论预测值基本吻合,说明采用响应面法优化的工艺参数是准确可靠的,具有一定的实用价值.为证明实验的合理性,测定回收率,结果介于95%~106%之间,在回收率的误差范围之内,说明双水相法在铁含量测定中是一种较好的方法.     

某沉管隧道场地土地震响应研究

采用一维剪切波理论分析了广州洲头咀隧道场地土水平地震波作用下的响应.计算结果表明:①洲头咀隧道场地土在不同超越概率的基岩加速度作用下的地震响应放大系数基本相同;②土表加速度响应谱的卓越周期比基岩加速度的卓越周期稍有左移,但幅度很小;③不同钻孔土体对于同一基岩加速度的地震响应放大系数差异较大,因此对于土层构造变化较大的场地,应适当增加钻孔密度.     

循环荷载作用下土质边坡动力响应分析

为研究土质边坡对循环荷载作用的动态响应规律,通过有限元对不同工况下土质边坡的振动响应进行模拟。结果表明,当循环荷载位置及加载频率一定时,边坡各测点竖向加速度、位移和速度响应峰值随循环荷载振幅增大而增大,且加速度和速度大致呈线性关系;各测点响应峰值随边坡高程变化而变化,测点离振源越近,动力响应越剧烈,响应增幅越大;当循环荷载位置及振幅一定时,边坡在1.5~2.5 Hz频段出现强响应,产生对其不利的共振现象;当循环荷载振幅及频率一定时,边坡的响应峰值随着荷载位置距坡肩距离(L)减小而增加,当L超过10 m后边坡振动响应变化幅度趋于不变。研究结果对认识循环荷载对土质边坡的影响及合理评价边坡工程环境振动具有重要的工程应用价值。     

正交各向异性旋转壳的极限分析

提出了一种轴对称壳极限分析的数值方法。该方法首先用拟协调元构造弹性应力场,然后用温度参数法构造残余应力场,将极限分析转化为一个数学规划问题,最后用序列二次规划(SQP)算法进行求解,得到了基于H ill屈服准则的正交各向异性旋转壳的下限值。同时由于von M ises屈服准则是H ill屈服准则的一个特例,因此该方法也可以用于各向同性轴对称壳的极限分析。分别计算了服从H ill屈服准则和von M ises屈服准则的受内压的组合壳的下限,计算结果可为各向异性压力容器的设计提供参考。     

曲墙式土体隧道围岩结构的爆炸动力响应

为了找出爆炸动力作用下的力学规律、隧道围岩结构的薄弱部位和最容易失效的单元,通过建立土体隧道动力分析有限元整体模型,综合考虑非线性动力方程的求解方法、材料模型的选取、爆炸冲击波的输入方法和收敛性及流-固耦合效应的实现因素,利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,探讨了土体隧道围岩结构在爆炸作用下不同单元的时间历程曲线,分析了爆炸作用下土体隧道围岩结构的动力响应问题,从而为隧道的抗爆设防设计提供参考依据.     

非均质地基振动特性及地震反应分析

基于改进的一维剪切梁模型，对于成层非均质场地推导了确定自振频 率、振型函数、参与系数及稳态动力响应的封闭型解析表达式，进而提出了场 地地震反应简化分析方法。在本模型中考虑了土壤特性（如密度与剪切模量） 沿深度的非均匀变化，通过对典型场地剖面的数值计算探讨了有关因素对场 地地震反应的影响。     

半椭圆形河谷上沉积层地震响应研究

利用有限元－边界元－无限边界元耦合模型（ＦＥ－ＢＥ－ＩＢＥ），分析了在ＥｌＣｅｎｔｒｏ地震分别作为 Ｐ、 ＳＶ 波入射条件下，半椭圆形河谷上沉积层的地震响应。还研究了有限元和边界元网格尺寸对计算精度的影响。计算结果表明：在给定河谷形态、尺寸和材料性质条件下，沉积层表面各点的响应显著放大。     

土层随机地震反应的动力可靠度计算

研究了土层的随机地震反应分析方法，建立了基岩输入地震动加速度功率谱函数为白噪声和过滤白噪声时土层的动力可靠度计算理论。结果表明，首次超越破坏机制比疲劳破坏机制计算简单，它既能给出土层在时间t内首次超出某一限值b的破坏概率，也能给出在某一限值时的破坏时间，是进行土层地震动力可靠性分析的有效方法。     

可压缩轴对称冲击射流流场的数值模拟

数值模拟一种可压缩轴对称冲击射流。所构造的数值模拟方法是:直接求解柱坐标系下的二维可压缩Navier-Stokes方程的差分离散方程,其中对流项采用基于非等距网格上的五阶精度迎风紧致型差分格式,黏性项采用基于非等距网格上的六阶精度对称紧致型差分格式,时间项采用3步三阶精度Runge-Kutta方法。模拟不同雷诺数、马赫数条件下冲击射流大尺度涡结构的演化过程。结果表明:流体从喷嘴射出后卷起形成一个独立的大尺度负涡,即初生漩涡,它会在壁面处逐渐激发出一个具有正涡量的壁面二次生成涡;初生漩涡和二次生成涡互相旋转挤压,壁面二次生成涡的力量很快占优势,带动初生漩涡向流场内部发展;随马赫数的增大,初生漩涡具有更强的力量,抑制了壁面二次生成涡和其他小尺度负涡的发展;随雷诺数的增大,初生漩涡的力量有所减弱,促进了壁面二次生成涡和其他小尺度负涡的发展。     

地基土对设备-结构体系能量反应影响分析

为了分析地基土对设备-结构体系能量反应的影响规律,开展了设备-结构体系振动台试验与设备-结构-地基土相互作用体系实时子结构振动台试验,对比以刚性地基为假设的设备-结构体系与考虑地基土影响后的设备-结构体系能量反应发现:考虑地基土影响后设备与结构的累积总输入能大幅度减小,且地基土可改变设备与结构总输入能在时间上的分布特性。由试验结果根据相似关系反推原型设备-结构体系的能量反应表明,基于刚性地基假设的设备-结构体系能量反应可能存在较大误差,因此在设备-结构体系分析中应当考虑地基土的影响。     

正则地稳定环和模的稳定同构

设R是一个含幺结合环。如果任意两个稳定同构的有限生成投射R－模均是同构的，则称R是强Hermitian环；如果对任意正则元a,b∈R且aR bR=R,均存在y∈R使得a by可逆，则称R是正则地稳定环。本文证明了环R是强Hermitian环，当且仅当对任意自然数n有Mn(R)是正则地稳定环。还给出了正则地稳定环的一些性质和刻画。     

分层饱和土中横向受荷桩动力响应分析

考虑饱和土的成层性和孔隙流体与土骨架变形的相互作用,用积分变换方法构建盘面和柱面荷载作用下土体与结构动力相互作用影响函数,用边界元方法建立相应的考虑饱和土成层性的地基与桩基础动力相互作用分析方法.以层状饱和土中横向受荷桩动力阻抗分析表明分析方法的可行性.算例分析孔隙流体对分层饱和土中横向受荷桩动力响应影响.     

幂次型表面的轴对称弹性体之间的吸附接触

关于微纳米尺度下的接触行为,已有几种模型.考虑到原子力显微镜针尖、纳米压头、生物附着体的表面形状,将建立在近球形表面基础上的完全自洽模型,推广到具有幂次型表面的轴对称弹性体,并化简为关于形状指数n和广义Tabor数μ这2个参数的无量纲形式.采用表面中心间距控制法、Newton-Raphson迭代方法和Riemann-Stieltjes积分,改进了完全自洽的数值方法.对于Lennard-Jones作用势,数值计算了形状指数n为1,1.5,2和3时,若干不同广义Tabor数的完整载荷-位移曲线.结果表明,对于任意有效的形状指数,在广义Tabor数较大时,完整载荷-位移曲线都具有S形特征,对应于位移控制模式下的突跳和滞后现象.对于任意有效的形状指数,拔出力从扩展Bradley极限过渡到扩展JKR极限,称为扩展MYD转变.