一、二维各向异性岩土介质中渗流分析的等参有限元方法(论文文献综述)
王立安[1](2021)在《饱和-非饱和土成层地基的车致振动响应研究》文中指出经济发展和公路网的大规模建设促进了汽车行业的快速发展,汽车的类型、数量逐年激增,车速和载重量也显着提高,汽车动荷载造成的路面破坏和地基沉陷愈加严重。路面破坏和地基沉陷则进一步加剧了汽车、路面及地基在行车过程中的振动,汽车-路面-地基之间的相互作用力增大,从而造成的路面损伤、行车平顺性和环境振动等问题越来越突出。将汽车-路面-地基作为完整系统进行动力分析,即可反映地基特性对系统振动的影响,也能反映路面状况和汽车参数对系统振动的影响,可真实的揭示汽车-路面-地基之间的动力相互作用,也能获得振动在地基中的传播及衰减规律,从而准确预测行车振动对环境的影响。因此,进行汽车-路面-地基耦合振动的动力学研究,对于路基路面的结构设计、行车安全性、舒适型以及环境振动的预测评估都具有重要意义,在提高工程质量和改善国民生活质量方面具有较高的经济和社会效益。本文从天然地基的实际出发,将地基考虑为由饱和-非饱和土成层土体构成,水位线以上为非饱和土,水位线以下为饱和土。基于连续介质力学和多相孔隙介质理论,分别采用Biot固-液两相介质和固-液-气三相介质描述饱和土和非饱和土,构建饱和-非饱和土成层地基的三维动力模型,并利用边界和交界面连续条件对饱和土和非饱和土动力控制方程进行耦合求解,进而分析成层地基的振动特性。在此基础上,在地基顶面增加路面和汽车系统,进一步建立汽车-路面-地基的多体系统耦合振动模型,并对耦合系统进行耦合求解,研究汽车-路面-地基的耦合振动特性。具体工作如下:(1)在柱坐标系下建立饱和-非饱和土成层地基的三维轴对称模型,利用Hankel积分变换进行求解,得出简谐荷载作用下地基系统稳态振动的解析解,通过编程计算对成层地基的频域响应进行研究。研究发现,激振频率越小,地基振幅越大;激振频率越大,则振幅越小;当频率趋于无穷时,振幅收敛于某一恒定值,该收敛值取决于地基土体的性质;位移和孔压在土层交界面处出现反弹激增现象,位移的激增现象更为明显,上覆非饱和土层越薄,激增幅度越大。(2)基于饱和-非饱和土成层地基模型,利用符号函数将移动荷载描述为时间和空间的解析函数,并将荷载函数代入地基模型进行联立求解,利用Fourier-Laplace联合变换推导出点源、线源和面源荷载激励下地基振动响应的解析解。通过分析地基振动响应的时程曲线和频谱曲线发现,荷载移动速度越大则振幅越小,频谱曲线波动越明显,峰值频率数目增多,振幅在频域内的变化越剧烈;荷载分布区域越大则振幅也越大,最大振幅出现在荷载作用区的边缘;频谱曲线的波动随荷载分布区域的增大而变得愈加剧烈;振幅沿纵、横向的分布和衰减不一致,振动沿纵向衰减缓慢,传播更远。(3)在饱和-非饱和土成层地基顶面进一步添加路面和汽车系统,进行汽车-路面-地基全系统耦合振动分析。采用无限长Euler梁模拟路面,功率谱密度(PSD)描述路面不平度。分别采用两自由度1/4汽车模型和九自由度整车模型模拟汽车,利用弹性滚子接触模型描述汽车轮胎与路面的动态接触。通过对汽车-路面-地基系统的控制方程进行耦合求解,推导出系统耦合振动的响应解。通过计算发现,汽车行驶速度对地基振幅和频率的影响与移动荷载一致;路面不平度对振幅和频率的的影响程度最为明显,路面越不平顺,地基振幅越大,频率波动越剧烈;在较低车速时,轮胎充气压力对振幅造成影响,但对频率影响甚微;考虑多轴、多轮组汽车时,地基振动发生叠加效应,行车速度和路面等级不仅影响频谱曲线的波动形态,而且影响频域分布宽度,车速越大、路面越不平顺,则频谱曲线波动越剧烈,频域分布越宽。本文通过建立一系列理论分析模型,由简单到复杂,由单体系统到多体系统,分梯次将振源和力学模型逐步深化,系统分析了汽车-路面-地基耦合振动的频域响应和时域响应,以及各子系统之间动力相互作用的机理。该项工作在理论上丰富了多体系统耦合振动的理论计算方法,为路基路面结构的优化设计提供指导,为车致环境振动的预测评估提供了科学依据。
邢坤[2](2020)在《复杂地质深基坑含水层疏不干问题分析及解决对策》文中研究指明随着基坑深度的加深,基坑地下水情况愈发复杂,从而频频发生因降水不利导致的工程事故。所以在深基坑降水时疏干基坑含水层中的水至关重要,特别是在复杂地质条件下,处理好地下水已成为决定基坑工程成败的核心,本文对在复杂地质条件下深基坑降水时出现的含水层疏不干问题进行研究,寻求导致含水层疏不干的原因和解决含水层疏不干问题的对策,在这一目的下本文做了如下工作:本文首先以邯郸市某深基坑工程为研究背景,针对该基坑在施工过程中出现的含水层疏不干问题,通过现场实地调研得出导致基坑含水层疏不干的主要原因为:复杂的地质条件导致含水层不均匀、降水方法选择不当以及没有完全切断基坑内外的水力联系。再结合基坑现场的的实际情况总结出含水层疏不干给基坑工程带来的危害。最后通过现场试验和查阅相关资料文献提出解决含水层疏不干的解决对策。然后基于FLAC3D有限差分法数值模拟软件,对疏不干含水层进行数值模拟分析,采用对比模拟的方法对提出的导致含水层疏不干的原因进行验证。通过分析数值模拟得到的孔隙水压力云图、孔隙水压力随时间变化的曲线以及降落漏斗走势得出:真空管井降水可以有效解决含水层疏不干问题、管井降水在均匀含水层可以快速形成降水漏斗、降水时采用落底式止水帷幕对加速疏干含水层很有效。最后对深基坑工程降水设计进行了介绍,主要包括降水前应调查和提供的资料、降水设计内容以及降水设计类型。确定了本文背景工程属于第三类降水设计类型。在此基础上对降水设计方案进行了优化,并对降水设计优化方案进行实体建模,通过数值模拟的结果证实了优化方案对解决含水层疏不干问题可行。
陈楷[3](2019)在《基于比例边界有限元的岩土工程精细化分析方法及应用》文中研究说明为推动能源清洁低碳化转型,加快实现非石化能源比重的发展目标,我国提出了超前谋划水电等清洁能源的发展布局,并在西南和西北地区规划和开工建设了一批高坝大库,其中高土石坝等土工构筑物约占50%。但由于我国西南和西北地处活跃地震带区、强震频发、对结构潜在破坏力强,一旦强震导致的高坝破坏将产生难以估量的失事后果及次生灾害,严重威胁国民生命财产安全及地区经济发展,使得我国高土石坝等土工结构的抗震安全问题尤为突出。因此,确保工程平稳运营,开展地震安全性能评价研究具有重大的理论和工程意义。精细化可进一步提高分析的合理性和准确性,是国内外数值分析的必然趋势。由于此类构筑物地形条件和结构复杂,且同时考虑结构-无限地基、材料界面相互作用等问题,对精细化分析提出了较高的要求,因此高土石坝等土工构筑物在精细化分析研究方面成果很少。此外,此类工程体量庞大(一般高度超过百米,长和宽超过1公里),同时存在着防渗面板、防渗墙等关键的小尺度部件(最小厚度约0.3m),结构自身尺度相差十分悬殊(可达数百倍至千倍),使得采用传统技术难以高效地建立精细的分析网格。因此,发展能准确描述结构关键核心部件损伤破坏过程的跨尺度网格离散和分析技术,对高土石坝等进行精细化抗震分析研究,具有重要研究意义和工程应用价值。本文结合国家重点研发计划“强震作用下特高土石坝多耦合体系损伤演化机理及安全评价准则研究”,国家自然科学基金“极震荷载下筑坝堆石料变形特性及特高堆石坝极限抗震能力研究”和重要水利水电工程“如美高心墙堆石坝计算研究”、“考虑坝-基-库水体系相互作用的大石峡水利枢纽工程面板坝三维非线性静、动力精细化有限元分析”、“新疆阿尔塔什水利枢纽工程混凝土面板堆石坝专题研究”等。针对大型土工构筑物静-动力分析和抗震安全评价存在的网格精细化、非线性等计算分析问题,基于比例边界有限元(Scaled Boundary Finite Element Method,SBFEM)理论,主要开展了下述工作:(1)采用高效的四分树/八分树离散技术进行结构跨尺度精细网格生成,并开发了单元格式转换等相关配套处理程序,实现了操作简便、低人力成本、易修改的精细化模型生成,解决了以高土石坝为代表的大型复杂岩土工程结构网格精细化、高效离散的问题。(2)引入多边形平均值函数插值多面体边界面单元,通过SBFEM弹性理论推导获得半解析的单元形函数和应变位移矩阵,发展了三维比例边界复杂多面体单元,可求解传统方法难以直接计算的八分树单元,提高了分析方法的灵活性、通用性和鲁棒性,实现了工程结构跨尺度精细化分析。(3)采用边界高斯积分点和常刚度矩阵,构造单元形函数和应变位移矩阵;然后在比例边界单元域内增加积分点求解协调矩阵、刚度矩阵和应力积分等,发展了可用于弹塑性分析的比例边界二维多边形及三维多面体单元,解决了传统SBFEM难以进行非线性分析的问题。(4)联合平均值多边形插值和界面单元理论,构造了空间多边形三维界面单元,解决了传统Goodman单元难以直接求解多面体单元界面的问题,与前述工作共同集成了可考虑无限地基-土体-界面-结构相互作用的全体系跨尺度精细化分析方法。(5)采用面向对象设计方法和单元封装技术,抽象出SBFEM与FEM单元构造的共同属性,统一了两种数值分析方法程序开发接口,在课题组GEODYNA有限元软件平台上集成了新发展的数值算法,实现了基于单元库的SBFEM-FEM无缝耦合计算;根据八分树离散的正方体单元具有几何相似的特点,提出了高效的非线性相似单元加速技术,显着改善了大规模弹塑性精细分析的求解效率。本文发展的跨尺度精细化分析方法己成功应用于如美(世界最高心墙坝,315m)、大石峡(在建最高面板坝,247m)、三澳核电等十余项重大水电、核电工程,并拓展应用于地铁结构的地震损伤破坏评价,具有很好的推广应用前景。
徐中平,周训,崔相飞,拓明明,王昕昀,张颖[4](2018)在《岩溶区地下水数值模拟研究进展》文中进行了进一步梳理岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。
贺敏[5](2018)在《考虑散体特征的地基附加应力解析方法及其应用》文中进行了进一步梳理地基附加应力是地基沉降及其稳定性分析的重要依据,目前普遍采用经典连续固体力学理论进行分析。可是,由于地基土体并非连续固体介质,而是由土颗粒组成的散体孔隙介质,其应力传递机理与连续固体介质的明显不同,因此,采用连续固体力学理论分析具有散体特征的地基附加应力具有较明显的不合理性,有必要进一步探讨考虑散体特征的地基附加应力解析方法。为此,在国家自然科学基金(NO.51378198)和高等学校博士学科点专项科研基金(NO.20130161110017)资助下,重点考虑地基土体的散体孔隙特征,本文对竖向荷载作用下地基附加应力解析方法及其应用展开了较深入研究,具有重要的理论与工程意义。首先,采用离散元数值分析软件PFC2D,考虑地基土颗粒间相互作用和土颗粒大小与级配的综合影响,对具有散体特征的地基附加应力传递规律进行研究,明确了竖向均布荷载作用下地基附加应力传递范围(即半无限锥台)及其主要控制因素。据此,基于正交试验设计和多元非线性拟合分析方法,获得了竖向均布荷载作用下地基附加应力传递范围边界分析模型,即锥台表面数学模型,并就模型参数对地基附加应力传递范围影响规律进行了分析,为具有散体特征的地基附加应力解析模型研究奠定了坚实的基础。然后,基于上述地基附加应力传递范围边界分析模型,将地基附加应力求解问题视为锥台顶面作用竖向均布荷载的应力求解问题,建立出考虑散体特征的地基附加应力解析模型。据此,引入Love位移函数和应力叠加原理,建立出了竖向均布荷载作用下的锥台应力解析解,从而提出了竖向荷载作用下考虑散体特征的地基附加应力解析方法,并给出了常见基础(包括矩形、条形与圆形基础)的地基附加应力解析公式。采用室内模型试验和离散元数值分析软件PFC3D对竖向均布荷载作用下的地基附加应力进行监测,通过其监测结果与本文和基于连续固体力学方法的附加应力解析结果的比较分析,验证了本文建立的地基附加应力解析方法的合理性。最后,针对本文建立的地基附加应力解析方法展开了两方面应用研究。一方面,基于孔隙介质力学理论,提出了考虑变形力学参数变化的变形分析模型,结合上述考虑散体特征的地基附加应力解析公式,建立出了考虑散体孔隙特征的地基非线性沉降分析新方法;另一方面,基于上述地基沉降分析方法,提出了静力贯入地基或路基压实度分析模型,建立出了考虑散体特征的地基或路基压实度确定新方法。采用本文与现有同类分析方法进行了算例分析,通过它们的分析结果与实测结果的比较分析,表明了本文建立出的地基沉降分析与压实度确定方法的合理性与可行性。
李鹏[6](2018)在《热流和渗流问题的等几何比例边界有限元方法及其在大坝工程中的应用》文中研究指明热传导、热应力和渗流问题是水利工程和许多实际工程领域广泛存在的重要问题,准确分析这些问题在工程技术中至关重要,并且随着现代工业设计水平的快速提高,实际工程应用中的结构呈现出越来越复杂的几何形状。对于复杂问题,解析方法所能求解的范围是极其有限的,因此越来越多的数值方法被提出进行仿真计算。等几何比例边界有限元方法(Isogeometric Scaled Boundary Finite Element Method,IGA-SBFEM)作为一种新兴的非传统数值方法,除具有传统比例边界有限元方法(Scaled boundary Finite Element Method,SBFEM)降低求解域空间维度、半解析和无需基本解等优点外,还能将问题的分析构架于精确的几何模型上,不损失几何精度,消除了传统SBFEM中边界几何模型与分析模型的非一致性,省略了耗时较多的自定义网格剖分过程。该方法在比例边界方法的框架内,通过边界上引入非均匀有理B样条基函数(Non-uniform Rational B-splines,NURBS)将求解域边界的几何连续性保留到计算物理场中,相对于SBFEM,IGA-SBFEM简化了设计和分析流程,提高了数值解的精度、效率和收敛性。并且,基于比例边界技术只需离散边界和降低计算域维数的优势,该方法不但能够与工业计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)中的边界表示(Boundary Representations,B-Reps)方法保持一致,还降低了传统等几何分析(Isogeometric Analysis,IGA)对NURBS面片张量积的依赖性,处理复杂几何模型的灵活性和有效性得到了重大提升。因此,IGA-SBFEM既兼具了 SBFEM和IGA的优点,又在很大程度上克服了它们各自的局限性。本文基于IGA-SBFEM开展了热传导、热应力以及渗流问题的研究。论文的主要研究内容包括:1.推导了等几何分析方法求解稳态热传导问题的基本公式,通过计算实例证明了等几何分析方法在求解热传导问题上的有效性和优越性并将其应用到分析实际拱坝的热传导问题。由于张量积面片的拓扑局限性,基于NURBS的等几何分析方法中导致很难处理截面形式复杂的多联通域问题,本文使用基于裁剪技术的等几何分析方法,通过背景曲面和NURBS裁剪曲线,任意复杂的拓扑结构都可以被有效处理,并将该方法用于边界复杂结构、多孔洞结构以及带廊道重力坝结构的热传导分析。2.将IGA-SBFEM应用到具有复杂几何形状、Robin边界条件以及含有side-face(侧边面)的稳态热传导问题求解。计算结果表明该方法能够更高效处理这些复杂热传导问题,并且在数值精度,计算效率,以及收敛性上都较传统SBFEM有很大提高。进一步将 IGA-SBFEM 结合修正精细积分方法(Modified Precise Time Step Integration Method,MPTSIM)求解了二维瞬态热传导问题。首先采用IGA-SBFEM对求解问题进行空间离散,得到关于时间的常微分方程组,然后通过MPTSIM求解时域问题,逐步获得温度随时间的变化。基于IGA-SBFEM基本方程,推导了瞬态热传导问题的MPTSIM求解列式。边界刚度阵可通过求解特征值问题获得,而质量阵通过低频近似获得。数值结果证明本文方法不仅具有稳定好、精度高的数值特性,而且能避免常规时间差分法的数值振荡现象。3.在IGA-SBFEM准确求解计算域温度场的基础上,进一步将该方法应用于求解热应力问题。将物体热变形产生的应变看作是初始应变,并将其带入弹性力学的控制微分方程中,使用比例边界方法的矢量推导形式得到含有温度荷载的非齐次等几何比例边界位移方程。由于温度场的分布呈径向坐标的幂级数形式,使用IGA-SBFEM可获得热荷载特解积分的解析表达式。通过对温度场幂级数的每一项求解热应力并进行叠加,最终得到在径向上解析的热应力场。应用该法计算了典型重力坝的热应力场,证明了IGA-SBFEM在实际工程中的适用性。4.将IGA-SBFEM应用到求解稳态轴对称热传导问题,并推导了 Robin边界条件下轴对称热传导问题的新求解公式。由于空间轴对称问题可作为为二维问题处理,并且IGA-SBFEM只需使用NURBS离散边界,降低了空间维度。因此,轴对称问题可进一步被转换为一维问题,同时轴对称问题的三维张量积结构也被简化为一维,轴对称问题不再需要构造张量积结构,提高了描述复杂拓扑结构的灵活性。此外,基于NURBS精确表达任意自由型曲线的优点,IGA-SBFEM不但消除了子午面边界的几何误差,而且提高了轴对称热传导问题的求解精度和计算效率。5.基于IGA-SBFEM的无限域问题求解列式以及含平行侧面边界半无限的修正IGA-SBFEM,将IGA-SBFEM应用到分析复杂几何形状下的无限域和具有平行侧面边界的带状多层半无限域渗流问题。数值算例表明该方法可以灵活有效的计算多层材料、复杂多联通域以及含有夹杂的大坝渗流问题。并且,在考虑无限域和固定深度带状多层半无限土层时,IGA-SBFEM也可以有效计算这两类问题的有压和无压渗流。通过对复杂大坝渗流问题求解,证明了使用IGA-SBFEM可以准确计算大坝渗流出现的位置和地下渗流的分布,其计算结果对掌握大坝复杂渗流问题的渗透规律是非常有益的。
张俊哲[7](2017)在《稳态渗流问题中的FEMOL平面线性样条曲线单元研究》文中提出有限元线法(Finite Element Method of Lines,简称FEMOL)是一种新型的半数值半解析方法,它以常微分方程(Ordinary Differential Equation,简称ODE)求解器为支撑软件。此方法在固体力学中的运用已经较为成熟,在热传导问题中也在不断发展。本文初次将有限元线法引进到二维稳态渗流问题当中,主要研究内容如下:(1)建立二维稳态渗流场的FEMOL平面线性样条曲线单元,基于三次B样条插值基函数和线性Lagrange插值基函数,建立了 FEMOL平面线性样条曲线单元映射。该单元在结线方向采用的是三次B样条插值,端线方向采用的是线性Lagrange插值,将不规则单元映射到[-1,1]局部坐标下的规则单元。(2)利用变分原理,建立了二维稳态渗流场进行了 FEMOL平面线性样条曲线单元半离散泛函,将求解二维稳态渗流问题的偏微分方程的边值问题转化成求解其泛函的极值问题,得到关于二维稳态渗流问题的常微分方程组(ODEs)以及相应的边界条件(BCs)。(3)以FEMOL平面线性样条曲线单元映射以及该单元下二维稳态渗流泛函变分计算为基础,利用FORTRAN 95语言编写了求解二维平面稳态渗流问题的专有程序SSFEMOL1.0,其中调用COLSYS的升级版本——COL90作为常微分方程求解器,使其具有更高的计算效率。(4)运用逆解法,编写二维稳态渗流问题的相关算例,将计算结果与解析解、有限元方法计算结果进行对比,在网格划分、计算精度,方法适用性等几个方面进行分析。
马钧霆[8](2016)在《孔隙地下水系统三维动态建模时空数据模型研究》文中进行了进一步梳理随着人类社会需水量的增加,赋存于松散沉积地层中的孔隙地下水逐渐成为人类活动的重要水源。归因于开采程度的逐年加剧,在我国很多地区出现急剧的水位下降情况,并相继引发了水资源枯竭、地面沉降、海水入侵等一系列环境地质问题,如长三角地区以及苏北滨海平原等地,均面临较为严峻的地下水位下降与地面沉降问题。如何利用实际勘查得到的水文地质资料建立能够充分反应地下水系统在时间和空间上变化特征及趋势的三维模型,为研究和管理人员制订地下水资源开采与保护方案提供参考依据,已成为当前地下水资源管理过程中亟需解决的重要课题。本文综合利用水文地质学、计算几何、3D GIS、地统计学、有限元数值模拟、三维地学可视化等理论或方法,围绕抽水引发土层压缩的典型时空过程模拟需求,研究了支持孔隙地下水系统三维动态建模的时空数据模型构建、管理、分析、操作及应用方法。对现有时空数据模型从动态自适应和机理过程表达两个角度进行改进。论文主要研究内容与成果包括如下三个方面:(1)围绕孔隙地下水系统内部水文地质实体和地下水流两类主要空间对象的三维表达问题展开研究。首先对地下水流对象,采用水位动态监测数据作为地下水渗流场建模数据源,基于三维非稳定地下水渗流有限元数值模拟模型求解过程,研究了可支撑三维地下水非稳定运动有限元数值模拟的时空数据模型。其次,在对比多种建模数据源基础上,选取水文地质钻孔作为水文地质实体空间数据建模的基本数据源,研究了根据钻孔数据推导空间连续分布的含水层与隔水层等实体对象三维几何结构的建模思路,并进行了算法设计与实现,完成了静态条件下水文地质实体三维空间数据模型的构建,该模型一方面实现了对水文地质实体对象空间几何结构的三维表达;另一方面也为地下水系统内部水文地质实体对象三维动态建模提供了有效的基态模型;同时,也为一维固结压缩模拟模型的求解提供了基础计算格网。(2)孔隙地下水系统的自适应三维动态建模时空数据模型研究。在孔隙地下水系统基态3D空间数据模型的基础上,附加时间维度构建基于4D时空的动态数据模型。结合地下水非稳定流及土层固结压缩两类典型地下水系统内部机理过程模拟模型,提出了孔隙地下水系统的自适应三维动态建模方法。提出空间离散格网的自适应生成机制,实现对地下水系统内部地下水渗流及水文地质实体土层两类主要空间对象动态变化的拟合。基于地下水流在水平层面、及水文地质实体土层在垂向层面的动态改变规律分析与归纳,分别研究动态自适应算法,并在考虑二者之间数据传输及转换问题的基础上,形成三维格网动态自适应生成算法框架。以此算法框架为桥梁,结合土体在地下水位下降影响下固结压缩的机理,实现地下渗流非稳定运动与水文地质层固结压缩过程的耦合模拟,并在此模拟过模型的基础上,构建可定量描述水文地质层在地下水渗流运动影响下的空间与属性变化的时空数据模型。(3)动态建模时空数据模型可行性与有效性验证研究。采用原型系统研发的方式对时空数据模型进行验证。基于上述地下水系统时空数据模型设计原型系统整体架构、功能框架及算法流程等,并通过该原型系统研究时空数据模型对地下水系统三维动态建模的支持性能。从两个方面对这一性能进行了验证:首先,该数据模型能够支持在选定时间点或时间段下的地下水系统内部地下水流和水文地质实体两类空间要素的三维表达;其次,该数据模型能够支撑三维渗流-一维土层固结压缩耦合模拟模型的求解,实现地下水系统状况的虚拟预演或反演,支持从时间和空间的维度对模型进行查询。此外,原型系统集成了有限元格网构建、参数识别、水文地质参数分区划分、数值计算以及时空数据可视化表达等时空过程模拟与分析的关键功能模块。以江苏省盐城滨海平原作为空间数据模型验证样区,利用水位监测数据、土层压缩监测数据及地面沉降监测数据对所建的时空数据模型验证,原型系统运行结果表明:所构建时空数据模型,一方面可实现地下水流和实体结构的三维表达,同时可有效反应地下水系统的动态变化特征,从而形成对地下水系统动态建模的有效支撑;基于时空数据模型的原型系统在地下水位变化、土层压缩及地面沉降等过程的模拟中均取得了与实际情况较为相符的结果。
眭素刚[9](2013)在《考虑渗流、地震作用的典型尾矿坝稳定性研究》文中进行了进一步梳理尾矿坝尾矿一般都含有重金属物质,如果尾矿坝发生溃坝,将造成人员伤亡、环境污染等严重后果。引起尾矿坝溃坝的主要原因为渗流作用、地震作用,考虑渗流、地震作用的典型尾矿坝稳定性研究具有重要的理论和现实价值。本文以者拉母箐典型尾矿坝工程为例,以尾矿坝的渗流性典型特征为主线,通过现场勘察、室内外大量试验,对典型尾矿坝在地震、渗流作用下稳定性进行研究,主要研究工作如下:1、通过对者拉母箐尾矿坝现场勘察、试验、取样、室内土工试验、室内动三轴试验等一系列测试,深入系统地研究了尾矿的物理力学特性,对尾矿的沉积规律和浸润线特征进行了研究。2、通过对尾矿坝稳定性计算评价方法研究,并以毕肖普(Bishop)法、简布(Janbu)法为代表的极限平衡法对者拉母箐尾矿坝分别在考虑渗流作用与不考虑渗流作用条件下进行稳定性计算评价,研究了渗流力对尾矿坝稳定性的影响,探讨了尾矿坝稳定性的影响因素。3、阐述了尾矿坝的渗流场与应力场耦合作用的基本理论,采用FLAC3D内嵌FISH程序语言对尾矿坝模型的初始孔压进行编程设置,并对尾矿坝进行渗流场数值模拟分析,通过渗流场孔压云图的分布,近似得到尾矿坝内部的浸润线位置,与工程勘察时实测浸润线位置一致。对尾矿坝的渗流场与应力场耦合作用进行了研究。运用FLAC3D对尾矿坝进行渗流场与应力场耦合作用数值模拟分析,研究了孔隙水压力、有效应力、位移场与渗流时步的关系。4、详细介绍了标准贯入法、静力触探试验法、剪切波速试验法及剪应力对比法等尾矿坝液化可能性的判别方法的原理,并运用这些方法对者拉母箐尾矿坝液化可能性进行判别,根据各判别方法的原理及判别结果,讨论分析了各判别方法的适用条件和精度。并在此基础上,提出了尾矿液化的影响因素。5、通过对尾矿动力特性试验,对动模量阻尼试验结果进行了分析,运用FLAC3D软件对尾矿坝的动力响应进行数值模拟分析,研究了尾矿坝坝体变形与坝体孔压的变化情况,揭示了孔隙水压力、有效应力、位移时程曲线及其相互关系。通过以上内容的研究,获得了以下几个方面的创新性研究成果:1、对渗流作用在尾矿坝稳定性计算中的影响进行了研究,且当浸润线提高1m时,稳定系数Fs就降低0.01~0.043,百分比在0.5%-2.6%;同时也给出了尾矿坝物理力学性质与安全系数的敏感性关系,并给出了其排序关系。2、通过对尾矿坝渗流场与应力场耦合作用数值模拟分析,揭示了孔隙水压力、有效应力、位移场与渗流时步的关系,并提出了流固耦合作用是尾矿坝稳定性影响的一个重要控制因素。3、通过对尾矿坝稳定性评价研究,提出了尾矿坝稳定性计算时须要考虑流固耦合作用,给出了考虑流固耦合作用的尾矿坝稳定性有限差分数值模拟分析计算模型,也为尾矿坝稳定性评价提供了一个新的思路。
王佩[10](2012)在《区域分解预处理器研究及其在地下水数值计算中的应用》文中认为随着地下水数值模拟的深入研究,科研人员对于获取实时、精确、详细和可信任的地下水模拟信息的要求越来越高,对数值模拟软件能够针对具有精细网格剖分、长时间跨度特征问题进行模拟提出了迫切的需求。对研究区域的精细剖分往往导致数据占用内存多、求解效率低的问题。为了解决此类问题,一方面人们从数学模型出发,选择新的数值离散方法如(多尺度有限元、拉普拉斯变换有限层、FAC法等)通过减少剖分单元数来降低方程组维数进而降低内存的占用,在满足一定精度前提下提高求解效率;一方面针对数值离散后形成的大型、稀疏、病态的线性代数方程组,发展了多种高效的求解算法,其中预处理共轭梯度方法(PCG)已成为求解大型稀疏线性代数方程组极为有效的算法,而高效预处理器的构建是预处理共轭梯度方法的关键。近年来,区域分解方法因其独特的优势备受关注。论文首先利用区域分解方法构建预处理器,给出区域分解预处理器(DDP, Domain Decomposition Preconditioner)实现的详细步骤,并与预处理共轭梯度方法结合成为区域分解预处理共轭梯度法(DDP-PCG)。将区域分解预处理共轭梯度法应用于一具有解析解的承压水流问题,验证了方法的可信性。对研究区进行不同规模剖分,分别采用CG、Jacobi-PCG、SSOR-PCG、DDP-PCG方法求解上述均质承压水问题,计算结果表明:在各种网格规模下,DDP-PCG的迭代次数均明显低于其他方法,并且其迭代次数几乎不随网格规模发生变化,说明了DDP-PCG方法具有较强的鲁棒性;然而DDP-PCG方法的CPU耗时却不是最低的。经分析上述现象正是由于子区域问题求解效率低引起的。子区域上的快速算法是区域分解算法的基石。论文基于有限单元法,给出Dirichlet、Neumann边界11种组合模式下矩形区域均质承压水稳定流问题的傅里叶分析方法(FAM, Fourier Analysis method),对于傅里叶分析中的各种变换公式均采用快速傅里叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)算法进行计算,并编制了相应的计算机程序,实现了均质承压水稳定流问题的快速求解。接着针对11种组合模式下的模型进行数值试验,将FAM方法的计算结果与解析解或者其他数值解对比,说明了FAM的可信性。采用存在解析解的单井定流量抽水承压水稳定流模型进行数值试验进一步验证了FAM的可信性,并且对该模型研究区进行多种不同模式剖分,分别采用FAM和迭代法(Jacobi、Gauss-Seidel、SOR、PCG)求解,计算结果表明:剖分精度越高,在求解精度相当的情况下FAM的求解效率越显着。此外针对均质承压水稳定流问题,采用FAM不需计算和存储原始系数矩阵,从而节省了大量内存空间。对于DDP-PCG方法,当子区域问题采用FAM求解时,得到基于傅里叶分析的区域分解预处理共轭梯度法(A-DDP-PCG, DDP-PCG based on Fourier Analysis)。文中针对水文地质问题给出子区域划分模式、相应子区域对应的傅里叶分析方法,以及FA-DDP-PCG的求解步骤,并编制了相应的计算机程序。采用具有解析解的均质承压水模型验证了FA-DDP-PCG的可靠性。接着对该模型研究区进行不同规模网格剖分,均采用CG, Jacobi-PCG, SSOR-PCG, FA-DDP-PCG求解,结果表明与CG, Jacobi-PCG, SSOR-PCG相比,在一定精度范围内,FA-DDP-PCG的求解效率更高;并且随着网格规模的增加,A-DDP-PCG的求解效率优势更加显着。对承压含水层介质参数连续变化和突变情况,进行大规模剖分,进一步证明FA-DDP-PCG的求解效率高于其它三种方法。对于介质参数连续变化的非均质模型,通过随机试验证明参数aijk(在水流模型中相当于介质的渗透系数或者导水系数)的取值对于算法求解效率影响并不明显,表明FA-DDP-PCG算法的健壮性。对于介质参数突变情形,研究了介质参数的差异性对算法求解效率的影响。结果表明,FA-DDP-PCG方法可以有效求解强突变介质地下水流问题。因此FA-DDP-PCG方法可以有效求解大规模地下水流问题。
二、二维各向异性岩土介质中渗流分析的等参有限元方法(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、二维各向异性岩土介质中渗流分析的等参有限元方法(论文提纲范文)
(1)饱和-非饱和土成层地基的车致振动响应研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地基振动响应研究 |
1.2.2 振动波在土体中的传播 |
1.2.3 汽车-路面动力相互作用 |
1.2.4 汽车动力模型 |
1.3 已有研究中的问题与不足 |
1.4 研究方法及内容 |
1.4.1 研究路线和方法 |
1.4.2 研究内容 |
1.4.3 主要创新点 |
2 饱和-非饱和土成层地基动力模型 |
2.1 饱和-非饱和土成层地基 |
2.2 饱和土动力模型 |
2.2.1 Biot多孔介质理论的基本假定 |
2.2.2 Biot多孔介质理论的动力学模型 |
2.2.3 Biot多孔介质理论的本构模型 |
2.3 非饱和土动力模型 |
2.3.1 非饱和土混合物理论的基本假定 |
2.3.2 非饱和土混合物理论的数学描述 |
2.3.3 非饱和土混合物理论的动力学模型 |
3 饱和-非饱和土成层地基的稳态振动 |
3.1 饱和-非饱和土成层地基的Lamb问题 |
3.1.1 问题模型 |
3.1.2 非饱和土控制方程及求解 |
3.1.3 饱和土控制方程及求解 |
3.2 边界问题求解 |
3.2.1 地表荷载的数学描述 |
3.2.2 边界条件 |
3.2.3 边界方程求解 |
3.3 算例分析 |
3.3.1 算法验证 |
3.3.2 结果分析 |
3.4 本章小结 |
4 移动荷载作用下地基的振动响应 |
4.1 点源移动荷载 |
4.1.1 问题模型 |
4.1.2 问题求解 |
4.1.3 算例分析 |
4.2 线源移动荷载 |
4.2.1 问题模型 |
4.2.2 线源移动荷载下的边界问题求解 |
4.2.3 算例分析 |
4.3 面源移动荷载 |
4.3.1 问题模型 |
4.3.2 问题求解 |
4.3.3 算例分析 |
4.4 本章小结 |
5 基于1/4 汽车模型的车-路-基耦合振动分析 |
5.1 问题模型 |
5.2 路面挠曲方程及求解 |
5.3 汽车系统控制方程及求解 |
5.3.1 轮胎与路面的接触关系 |
5.3.2 路面不平度描述 |
5.3.3 汽车系统动力控制方程求解 |
5.4 地基系统动力方程 |
5.5 车-路-基耦合求解 |
5.6 算例分析 |
5.6.1 车轮与路面相互作用分析 |
5.6.2 路面结构振动响应分析 |
5.6.3 地基系统振动响应分析 |
5.7 本章小结 |
6 基于整车模型的车-路-基耦合振动分析 |
6.1 问题模型 |
6.2 路面控制方程及求解 |
6.3 汽车系统动力控制方程 |
6.3.1 车轮与路面相互作用 |
6.3.2 汽车系统运动方程 |
6.4 地基系统求解 |
6.5 车-路-基耦合求解 |
6.6 算例分析 |
6.6.1 车轮与路面相互作用分析 |
6.6.2 路面结构振动响应分析 |
6.6.3 地基系统振动响应分析 |
6.7 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 建议及展望 |
7.2.1 研究建议 |
7.2.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录A 第3章边界方程系数矩阵元素 |
附录B 第4章边界方程系数矩阵元素 |
附录C 第5章边界方程系数矩阵元素 |
附录D 第6章特征方程和边界方程系数矩阵元素 |
攻读学位期间的研究成果 |
攻读学位期间获得奖励及参与科研项目 |
(2)复杂地质深基坑含水层疏不干问题分析及解决对策(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题依据及意义 |
1.2 基坑降水发展概况 |
1.2.1 国外基坑降水发展概况 |
1.2.2 国内基坑降水发展概况 |
1.3 基坑含水层疏不干研究概况 |
1.4 地下水数值模拟发展概况 |
1.5 本文研究的主要内容 |
第2章 地下水渗流理论与工程降水理论 |
2.1 概述 |
2.2 地下水渗流理论 |
2.2.1 渗流的基本概念 |
2.2.2 渗流基本定律 |
2.2.3 地下水运动微分方程 |
2.3 工程降水理论 |
2.3.1 降水井与降深概述 |
2.3.2 地下水向承压水井和潜水井的稳定流理论 |
2.3.3 地下水向完整井的非稳定流理论 |
2.3.4 干扰井群计算公式 |
2.4 止水帷幕对降水渗流特征影响 |
2.5 常见降水井工作原理及适用范围 |
2.5.1 管井 |
2.5.2 真空井点 |
2.5.3 喷射井 |
2.5.4 辐射井 |
2.6 本章小结 |
第3章 基坑降水工程实例分析 |
3.1 基坑工程概况 |
3.1.1 工程总体概况 |
3.1.2 地形地貌与水文气象 |
3.1.3 场地工程地质条件 |
3.1.4 水文地质条件 |
3.2 基坑支护概述 |
3.3 基坑降水与止水方案 |
3.3.1 简述 |
3.3.2 降水井施工运行 |
3.3.3 止水帷幕施工 |
3.4 土方开挖 |
3.5 基坑开挖中含水层疏不干问题分析 |
3.5.1 问题概述 |
3.5.2 含水层疏不干原因 |
3.5.3 含水层疏不干对基坑工程的危害 |
3.5.4 含水层疏不干问题解决对策 |
3.6 本章小结 |
第4章 深基坑降水数值模拟 |
4.1 地下水数值模拟基本原理 |
4.2 数值模拟软件介绍 |
4.2.1 FLAC3D的优点 |
4.2.2 FLAC3D的缺点 |
4.3 数值模拟过程 |
4.3.1 模拟方案及目的 |
4.3.2 确定数值模拟参数 |
4.3.3 建立土体模型 |
4.3.4 设置边界条件 |
4.3.5 选取本构模型 |
4.4 模拟结果分析 |
4.4.1 管井与真空管井降水模拟对比 |
4.4.2 管井在均匀含水层与非均匀含水层降水模拟对比 |
4.4.3 悬挂式止水帷幕与落底式止水帷幕降水模拟对比 |
4.5 本章小结 |
第5章 深基坑降水设计与优化 |
5.1 降水设计前应调查或提供的资料 |
5.2 降水设计内容 |
5.2.1 降水设计要求 |
5.2.2 降水方法的选择 |
5.3 降水设计类型 |
5.3.1 第一类深基坑工程降水设计 |
5.3.2 第二类深基坑工程降水设计 |
5.3.3 第三类深基坑工程降水设计 |
5.3.4 第四类深基坑工程降水设计 |
5.4 降水优化 |
5.4.1 概述 |
5.4.2 降水方法优化 |
5.4.3 降水井深度优化 |
5.4.4 降水井布置优化 |
5.4.5 降水管理优化 |
5.5 降水优化模拟 |
5.5.1 降水系统全方面优化模拟 |
5.5.2 降水井深度优化模拟 |
5.5.3 降水井布置优化模拟 |
5.5.4 降水井类型与止水帷幕形式优化模拟 |
5.5.5 降水井深度与布置优化 |
5.6 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(3)基于比例边界有限元的岩土工程精细化分析方法及应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.1.1 重大工程建设世界瞩目 |
1.1.2 大型岩土工程精细化分析必要性 |
1.1.3 网格精细化分析是工程领域的分析趋势 |
1.1.4 精细化网格的建模难点 |
1.2 相关工作研究进展 |
1.2.1 多尺度分析方法发展概述 |
1.2.2 比例边界有限单元法发展概述 |
1.3 本文主要研究思路 |
2 跨尺度建模方法与比例边界有限单元法介绍 |
2.1 基于多边形/四分树/八分树的跨尺度建模方法 |
2.1.1 高效网格离散方法 |
2.1.2 高效网格离散生成的单元特点 |
2.2 比例边界有限单元法 |
2.2.1 比例中心要求 |
2.2.2 边界离散 |
2.2.3 弹性力学控制方程 |
2.2.4 比例边界坐标转换 |
2.3 比例边界有限单元形函数 |
2.4 比例边界有限元方法实现 |
2.5 小结 |
3 复杂多面体单元和空间多边形界面单元构造 |
3.1 引言 |
3.2 多边形形函数的选择以及显式表达 |
3.3 复杂多面体比例边界有限单元构造 |
3.3.1 边界面类型 |
3.3.2 边界面形函数及偏导数 |
3.3.3 复杂多面体单元形函数 |
3.4 精度验证 |
3.4.1 Voronoi法离散网格 |
3.4.2 八分树离散网格 |
3.5 空间多边形界面单元构造 |
3.5.1 设置界面单元的必要性 |
3.5.2 多边形界面单元构造 |
3.5.3 精度验证 |
3.6 小结 |
4 二维非线性多边形单元方法 |
4.1 引言 |
4.2 非线性多边形比例边界有限单元构造 |
4.2.1 基本原理 |
4.2.2 实现非线性化过程 |
4.3 算例验证:混凝土重力坝震害分析-Koyna大坝 |
4.3.1 计算模型与参数 |
4.3.2 计算结果 |
4.4 带挤压边墙复杂面板坝结构数值分析 |
4.4.1 多边形过渡方案 |
4.4.2 计算方案 |
4.4.3 静动力计算 |
4.5 小结 |
5 三维非线性多面体单元方法 |
5.1 引言 |
5.2 基于SBFEM的非线性多面体单元构造 |
5.2.1 基本原理 |
5.2.2 单元应力应变场 |
5.3 非线性分析实现过程 |
5.3.1 高斯积分方案 |
5.3.2 非线性刚度矩阵计算 |
5.3.3 外力荷载向量计算 |
5.3.4 内力荷载向量计算 |
5.4 精度验证 |
5.4.1 悬臂梁结构分析 |
5.4.2 心墙坝弹塑性静动力数值分析 |
5.5 小结 |
6 基于SBFEM-FEM的耦合分析软件集成 |
6.1 引言 |
6.2 二次开发平台 |
6.2.1 GEODYNA简介 |
6.2.2 软件工程应用情况 |
6.3 基于比例边界有限元方法的单元类集成 |
6.3.1 SBFEM程序框架设计 |
6.3.2 多边形/多面体单元编码规则 |
6.3.3 多边形/多面体单元类集成 |
6.4 SBFEM-FEM无缝耦合计算 |
6.4.1 相似单元技术研发 |
6.4.2 耦合计算方案 |
6.4.3 SBFEM-FEM耦合分析算例 |
6.5 小结 |
7 重大工程精细化分析及损伤破坏模拟 |
7.1 引言 |
7.2 自适应八分树离散 |
7.2.1 准备工作 |
7.2.2 跨尺度精细网格离散 |
7.3 跨尺度精细化分析 |
7.3.1 材料参数定义 |
7.3.2 分析结果 |
7.4 拓展分析应用:大开地铁震害再现 |
7.4.1 跨尺度有限元分析模型 |
7.4.2 材料参数与分析结果 |
7.5 小结 |
8 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(4)岩溶区地下水数值模拟研究进展(论文提纲范文)
1 地下水流模拟研究 |
1.1 等效多孔介质模型 |
1.2 双重介质模型 |
1.3 三重介质模型 |
2 溶质运移模拟研究 |
3 热量迁移模拟研究 |
4 存在问题与研究趋势 |
(5)考虑散体特征的地基附加应力解析方法及其应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地基附加应力分析方法研究现状 |
1.2.2 地基沉降分析方法研究现状 |
1.2.3 地基或路基压实度确定方法研究现状 |
1.2.4 现有研究存在的问题与不足 |
1.3 本文研究内容与方案 |
第2章 地基附加应力传递机理与规律 |
2.1 概述 |
2.2 数值模型建立及其参数确定方法 |
2.2.1 离散单元与颗粒流方法 |
2.2.2 数值模型的建立 |
2.2.3 模型参数的确定方法 |
2.3 附加应力传递范围及其主要控制因素 |
2.3.1 方案设计及参数设定 |
2.3.2 边界形状的确定 |
2.3.3 主要控制因素的确定 |
2.4 附加应力传递范围边界分析模型 |
2.4.1 方案设计 |
2.4.2 边界分析模型的建立 |
2.4.3 边界分析模型的合理性验证 |
2.4.4 参数分析与极差分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 地基附加应力解析通用方法 |
3.1 概述 |
3.2 竖向均布荷载作用下地基附加应力分析模型 |
3.3 竖向集中荷载作用下圆锥应力解析方法 |
3.3.1 位移函数的选定 |
3.3.2 边界条件和静力平衡条件的建立 |
3.3.3 直线圆锥应力的求解 |
3.3.4 曲线圆锥应力的求解 |
3.4 竖向均布荷载作用下地基附加应力解析通用方法 |
3.4.1 曲线圆锥应力在直角坐标系中的表达式 |
3.4.2 地基附加应力的求解 |
3.5 本章小结 |
第4章 常见基础下地基附加应力解析方法 |
4.1 概述 |
4.2 常见竖向均布荷载作用下地基附加应力解析方法 |
4.2.1 矩形竖向均布荷载作用 |
4.2.2 条形竖向均布荷载作用 |
4.2.3 圆形竖向均布荷载作用 |
4.3 验证与分析 |
4.3.1 室内模型试验 |
4.3.2 数值分析 |
4.3.3 计算结果的对比验证与分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 基于孔隙介质力学理论的地基非线性沉降解析方法 |
5.1 概述 |
5.2 地基沉降变形机理及其分析模型 |
5.2.1 地基沉降变形机理 |
5.2.2 地基沉降变形分析模型 |
5.3 考虑模量变化的地基非线性沉降解析方法 |
5.3.1 孔隙介质微观力学模型及参数变化关系 |
5.3.2 应力计算 |
5.3.3 应变计算 |
5.3.4 沉降变形计算过程与步骤 |
5.4 考虑模量和泊松比变化的地基非线性沉降解析方法 |
5.4.1 孔隙介质微观力学模型及参数变化关系 |
5.4.2 应力计算 |
5.4.3 应变计算 |
5.4.4 沉降变形计算过程与步骤 |
5.5 验证与分析 |
5.6 本章小结 |
第6章 基于静力贯入的地基或路基压实度确定方法 |
6.1 概述 |
6.2 静力贯入地基或路基力学机理及其分析模型 |
6.2.1 基于静力贯入的压实度检测试验 |
6.2.2 静力贯入力学机理及其分析模型 |
6.3 静力贯入地基或路基压实度确定方法 |
6.3.1 静力贯入地基或路基压实度的确定 |
6.3.2 参数的确定方法 |
6.4 验证与分析 |
6.4.1 室内模型试验 |
6.4.2 室外现场试验 |
6.5 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录A(攻读学位期间论文与科研情况) |
(6)热流和渗流问题的等几何比例边界有限元方法及其在大坝工程中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外相关工作研究概况 |
1.2.1 热传导问题研究概况 |
1.2.2 热应力问题研究概况 |
1.2.3 渗流问题研究概况 |
1.3 比例边界有限元方法的研究概况 |
1.3.1 国外研究概况 |
1.3.2 国内研究概况 |
1.3.3 比例边界有限元方法在本文相关领域的研究概况 |
1.4 等几何分析方法的研究概况 |
1.4.1 等几何分析方法的基本概念 |
1.4.2 等几何分析方法的研究现状 |
1.5 本文主要工作 |
2 基于等几何分析与裁剪等几何分析的热传导问题 |
2.1 等几何分析基本理论 |
2.1.1 B样条基函数 |
2.1.2 NURBS基函数 |
2.1.3 基于NURBS的等几何分析 |
2.2 热传导问题的等几何分析 |
2.2.1 稳态热传导等几何分析的一般格式 |
2.2.2 边界条件的施加与求解 |
2.2.3 数值算例 |
2.3 等几何分析方法在拱坝热传导中的应用 |
2.4 基于裁剪重构的等几何分析方法 |
2.4.1 裁剪单元的确定 |
2.4.2 裁剪单元的重构 |
2.4.3 数值算例 |
2.5 裁剪等几何分析方法在廊道重力坝热传导中的应用 |
2.6 本章小结 |
3 IGA-SBFEM在热传导问题中的应用 |
3.1 IGA-SBFEM求解稳态热传导问题 |
3.1.1 稳态热传导问题的控制方程 |
3.1.2 稳态热传导问题的IGA-SBFEM方程推导 |
3.1.3 稳态热传导问题的IGA-SBFEM方程求解 |
3.1.4 数值算例 |
3.2 IGA-SBFEM求解丰满重力坝的热传导问题 |
3.3 含侧面边界的稳态热传导问题 |
3.3.1 侧面施加温度的求解方法 |
3.3.2 侧面施加热流的求解方法 |
3.3.3 数值算例 |
3.4 修正精细积分方法求解瞬态热传导问题 |
3.4.1 瞬态热传导问题的控制方程 |
3.4.2 边界质量阵推导 |
3.4.3 基于修正精细积分法的瞬态热传导分析 |
3.4.4 数值算例 |
3.5 本章小结 |
4 基于IGA-SBFEM求解复杂计算域的热应力问题 |
4.1 稳态热应力问题的IGA-SBFEM方程推导 |
4.2 稳态热应力问题的IGA-SBFEM方程求解 |
4.3 数值算例 |
4.4 IGA-SBFEM在重力坝热应力问题中的应用 |
4.5 本章小结 |
5 基于IGA-SBFEM求解轴对称热传导问题 |
5.1 轴对称热传导问题的IGA-SBFEM方程推导 |
5.2 轴对称热传导问题的IGA-SBFEM方程求解 |
5.3 数值算例 |
5.4 本章小结 |
6 IGA-SBFEM在复杂渗流问题中的应用 |
6.1 渗流控制方程 |
6.2 无限域稳定渗流问题 |
6.3 平行侧面边界的半无限域渗流问题 |
6.4 数值算例 |
6.5 基于IGA-SBFEM的复杂大坝渗流问题求解 |
6.5.1 多连通域的大坝无压渗流问题 |
6.5.2 带状多层土的大坝无压渗流问题 |
6.5.3 含夹杂和孔洞非均质土的有压渗流问题 |
6.6 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(7)稳态渗流问题中的FEMOL平面线性样条曲线单元研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 渗流力学的发展 |
1.2 目前常用渗流分析方法概述 |
1.3 有限元线法的发展 |
1.4 本文主要内容 |
第二章 稳态渗流问题有限元线法解法的理论基础 |
2.1 稳态渗流的主要研究要素 |
2.2 渗流基本定律广义达西定律 |
2.3 二维稳态渗流的连续方程 |
2.4 二维稳态渗流基本微分方程 |
2.5 二维稳态渗流能量泛函 |
2.6 定解条件分析 |
2.7 本章小结 |
第三章 二维稳态渗流场有限元线法的建立 |
3.1 建立稳态渗流问题有限元线法解法的基本思路 |
3.2 等参有限元线法 |
3.2.1 稳态渗流场的FEMOL单元离散化 |
3.2.2 FEMOL平面线性样条曲线单元映射方法 |
3.2.3 三次B样条基函数系数C的求解 |
3.3 平面线性样条曲线单元势能的变分推导 |
3.3.1 单元矩阵的微分与积分 |
3.3.2 单元矩阵的变换 |
3.3.3 稳态渗流场的变分原理 |
3.3.4 单元势能的变分推导过程 |
3.4 建立ODE体系 |
3.5 本章小结 |
第四章 有限元线法渗流场程序开发 |
4.1 前处理模块 |
4.2 单元集成模块 |
4.2.1 单元插值 |
4.2.2 单元系数矩阵计算相关子程序 |
4.2.3 系数矩阵集成及标准化 |
4.3 COLSYS计算模块 |
4.3.1 COL90使用说明 |
4.3.2 COL90在SSFEMOL1.0中的调用 |
4.4 后处理模块 |
4.5 本章小结 |
第五章 算例构造及方法讨论 |
5.1 算例的构造方法 |
5.2 算例及讨论 |
5.2.1 与解析解的比较 |
5.2.2 与有限元方法的比较 |
5.3 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
在学期间的研究成果 |
致谢 |
(8)孔隙地下水系统三维动态建模时空数据模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.1.1 选题背景 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 国内外研究现状与发展趋势 |
1.2.1 三维水文地质空间数据建模与分析 |
1.2.2 空间数据模型 |
1.2.3 TGIS及时空数据模型 |
1.2.4 自适应空间离散方法 |
1.2.5 地下水系统典型时空过程模型 |
1.2.6 存在主要问题 |
1.3 研究目标与内容 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.4 研究方法和技术路线 |
1.4.1 研究方法 |
1.4.2 技术路线 |
1.5 论文组织 |
第2章 孔隙地下水流数时空数据模型构建 |
2.1 孔隙地下水流基本特征分析 |
2.1.1 地下水赋存环境 |
2.1.2 地下水动态变化特征 |
2.2 孔隙地下水流运动过程机理 |
2.2.1 潜水含水层渗流数学模型 |
2.2.2 承压含水层非稳定流模型 |
2.3 孔隙地下水流有限元数值模拟 |
2.3.1 有限元数值方程构建 |
2.3.2 自由水位边界的处理 |
2.3.3 模拟时空离散粒度确定 |
2.4 地下水流有限元数值模拟时空数据模型 |
2.4.1 有限元数值模拟空间对象概念模型 |
2.4.2 空间对象内部属性 |
2.4.3 基于GIS的数值模拟参数提取与组织 |
2.4.4 参数分区与计算格网拓扑关系处理 |
2.4.5 地下水流场3D空间数据模型构建 |
2.4.6 地下水流有限元数值模拟时空数据模型 |
2.5 本章小结 |
第3章 水文地质实体三维空间数据模型构建 |
3.1 水文地质实体三维建模数据分析 |
3.1.1 水文地质建模对象几何形态及空间特征 |
3.1.2 水文地质建模数据特征 |
3.1.3 水文地质体三维建模数据选择 |
3.2 水文地质钻孔三维模型构建方法 |
3.2.1 水文地质钻孔数据标准 |
3.2.2 水文地质钻孔三维模型构建方法 |
3.2.3 水文地质钻孔三维建模空间数据模型 |
3.3 水文地质层三维建模的空间数据模型 |
3.3.1 水文地质层建模基本原理与思路 |
3.3.2 水文地质分层界面建模方法 |
3.3.3 地层分层界面的空间插值方法 |
3.3.4 三维水文地质层GTP体元建模数据组织 |
3.3.5 基于GTP体元的三维建模的空间数据模型 |
3.4 本章小结 |
第4章 地下水系统三维动态建模时空数据模型研究 |
4.1 含(隔)水层固结压缩机理过程分析 |
4.1.1 土体固结过程分析 |
4.1.2 土体压缩过程分析 |
4.1.3 地下水位下降引发土层压缩过程分析 |
4.2 地下水系统三维动态建模时空数据模型 |
4.2.1 基本时空对象数据结构 |
4.2.2 地下水系统内部时空过程概念模型构建 |
4.2.3 时空对象逻辑数据模型结构设计 |
4.2.4 时空数据库引擎 |
4.2.5 时空数据模型管理 |
4.3 三维空间自适应动态建模关键技术研究 |
4.3.1 格网自适应构建原理 |
4.3.2 基于AFT的含水层分层界面动态建模 |
4.3.3 算例与效率分析 |
4.3.4 GTP体元数据模型三维动态构建 |
4.3.5 几何计算工具类库 |
4.3.6 算法整体框架设计 |
4.4 本章小结 |
第5章 三维动态建模时空数据模型验证 |
5.1 孔隙地下水系统三维动态建模系统研发 |
5.1.1 系统概述 |
5.1.2 系统架构设计 |
5.1.3 功能模块与菜单结构设计 |
5.1.4 系统界面设计 |
5.2 验证样区概况 |
5.2.1 水文地质条件 |
5.2.2 边界条件 |
5.2.3 地下水赋存与利用情况 |
5.2.4 主要水文地质建模数据 |
5.3 验证样区地下水系统的动态建模 |
5.3.1 水文地质钻孔三维动态建模 |
5.3.2 含(隔)水层系统三维结构模型 |
5.3.3 孔隙地下水流的时空表达 |
5.3.4 样区三维地下水渗流与土层固结耦合模拟 |
5.3.5 模型验证及结果可视化 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论及展望 |
6.1 研究结论与成果 |
6.2 研究特色与创新 |
6.3 展望 |
参考文献 |
在读期间参加的科研项目 |
在读期间发表的学术论文及研究成果 |
致谢 |
(9)考虑渗流、地震作用的典型尾矿坝稳定性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 尾矿坝相关知识介绍 |
1.3 研究进展 |
1.3.1 尾矿坝稳定性研究现状 |
1.3.2 尾矿坝稳定性评价方法研究现状 |
1.3.3 渗流场-应力场耦合作用研究现状 |
1.3.4 尾矿坝地震液化研究现状 |
1.4 研究内容与思路 |
1.5 本论文创新点 |
第二章 尾矿坝渗流场与应力场耦合理论分析 |
2.1 土的渗透特性 |
2.1.1 土中水的势能 |
2.1.2 渗透系数 |
2.2 饱和-非饱和渗流场基本理论 |
2.2.1 饱和-非饱和渗流运动方程-达西定律 |
2.2.2 饱和-非饱和基本微分方程 |
2.3 饱和-非饱和渗流问题的有限差分法推导 |
2.4 渗流场应力场间接耦合法 |
2.4.1 渗流场对应力场的作用 |
2.4.2 应力场对渗流场的作用 |
2.5 渗流场应力场直接耦合法 |
第三章 者拉母箐尾矿坝工程地质条件 |
3.1 者拉母箐尾矿坝工程概况 |
3.2 者拉母箐尾矿坝库区地质条件 |
3.2.1 地形地貌 |
3.2.2 气象、水文 |
3.2.3 地质构造 |
3.2.4 地层岩性 |
3.2.5 各岩土层力学指标 |
3.2.6 水文地质条件 |
3.2.7 区域地壳稳定性 |
3.3 者拉母箐尾矿坝尾矿物理力学性质 |
3.3.1 尾矿的颗粒组成及分层 |
3.3.2 尾矿室内土工试验统计分析 |
3.3.3 尾矿原位测试统计分析 |
3.3.4 尾矿坝尾矿的动力特性及分析 |
3.4 者拉母箐尾矿坝尾矿沉积规律 |
3.4.1 尾矿堆积的工艺流程 |
3.4.2 尾矿沉积规律 |
3.4.3 沉积滩滩面尾矿沉积规律 |
3.5 者拉母箐尾矿坝尾矿水文地质条件和浸润线 |
3.5.1 尾矿坝尾矿水文地质条件 |
3.5.2 尾矿坝浸润线 |
第四章 尾矿坝稳定性分析与评价 |
4.1 尾矿坝稳定性分析方法的选择 |
4.2 尾矿坝稳定性分析强度指标的选用 |
4.3 极限平衡法在尾矿坝稳定性分析中的应用 |
4.3.1 Bishop条分法 |
4.3.2 Janbu条分法 |
4.3.3 考虑稳定渗流作用的极限平衡法 |
4.3.4 极限平衡法计算实例 |
4.4 尾矿坝稳定性影响因素分析 |
4.4.1 浸润线对尾矿坝稳定性的影响 |
4.4.2 尾矿堆积坝尾矿物理力学性质对尾矿坝稳定性的影响 |
第五章 应力场渗流场相互耦合的尾矿坝稳定性分析 |
5.1 尾矿坝流-固耦合分析实例 |
5.1.1 、计算几何模型 |
5.1.2 、计算参数 |
5.1.3 、渗流场数值模拟 |
5.1.4 、流-固耦合数值模拟分析 |
5.2 流-固耦合作用与不考虑流-固耦合作用数值模拟分析结果讨论 |
5.2.1 应力场分析 |
5.2.2 位移场分析 |
5.2.3 现场位移监测结果 |
第六章 尾矿坝液化可能性及非线性动力反应分析 |
6.1 砂土液化机理 |
6.2 尾矿坝液化可能性评价方法 |
6.2.1 经验法 |
6.2.2 剪应力对比法 |
6.3 者拉母箐尾矿坝液化可能性分析 |
6.3.1 标准贯入试验法 |
6.3.2 静力触探试验法 |
6.3.3 波速测试法 |
6.3.4 剪应力对比法计算 |
6.3.5 液化可能性判别方法讨论 |
6.4 尾矿坝液化影响因素分析 |
6.4.1 地震条件 |
6.4.2 尾矿坝堆积体自身条件 |
6.4.3 可液化土层的粒径 |
6.4.4 可液化土层初始孔隙比 |
6.4.5 可液化土层固结程度 |
6.5 尾矿坝动力响应分析 |
6.5.1 FLAC3D非线性动力反应分析方法 |
6.5.2 FLAC3D非线性动力反应模拟计算 |
第七章 结论与建议 |
7.1 结论 |
7.2 建议 |
致谢 |
参考文献 |
附录A 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
(10)区域分解预处理器研究及其在地下水数值计算中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地下水数值模拟方法 |
1.2.2 地下水数值求解算法 |
1.2.3 区域分解算法及其在地下水模拟中的应用 |
1.3 研究思路 |
1.4 论文研究创新点 |
第二章 地下水流数值模型及有限元求解 |
2.1 引言 |
2.2 地下水流数学模型 |
2.2.1 稳定流模型 |
2.2.1.1 承压水稳定流模型 |
2.2.1.2 潜水稳定流模型 |
2.2.2 非稳定流模型 |
2.2.2.1 承压水非稳定流模型 |
2.2.2.2 潜水非稳定流模型 |
2.3 数值计算中潜水模型的处理 |
2.4 数值计算中非稳定流模型的处理 |
2.4.1 Laplace变换方法 |
2.5 有限单元法求解承压水稳定流模型 |
2.5.1 Galerkin方法 |
2.5.1.1 二阶椭圆型Dirchlet边值问题 |
2.5.1.2 非均质各向异性平面二维承压水稳定流问题 |
2.5.2 有限元剖分与基函数 |
2.5.3 有限元方程 |
2.6 小结 |
第三章 求解大规模线性代数方程组的方法 |
3.1 引言 |
3.2 直接法 |
3.2.1 平方根法 |
3.2.2 追赶法 |
3.3 迭代法 |
3.3.1 迭代法的一般过程 |
3.3.2 迭代求解终止判据 |
3.3.3 基本迭代法 |
3.3.3.1 Jacobi迭代法 |
3.3.3.2 Gauss-Seidel迭代法 |
3.3.3.3 SOR迭代法 |
3.3.3.4 对称逐步超松弛迭代法(SSOR) |
3.3.3.5 一般迭代方法的收敛性质 |
3.3.4 预处理器定义 |
3.3.4.1 定义1 |
3.3.4.2 定义2 |
3.3.4.3 两种定义之间的关系 |
3.3.4.4 基本迭代法中的预处理矩阵 |
3.3.5 共轭梯度法 |
3.3.6 预处理共轭梯度法 |
3.3.6.1 PCG方法的预处理器定义 |
3.3.6.2 PCG方法中预处理器的构造方法 |
3.3.6.3 地下水流计算中的PCG方法 |
3.4 小结 |
第四章 区域分解预处理共轭梯度方法 |
4.1 引言 |
4.2 区域分解预处理器 |
4.2.1 数学模型 |
4.2.2 有限元离散 |
4.2.3 区域分解预处理器的双线性形式 |
4.2.4 区域分解预处理器的构建 |
4.2.5 区域分解预处理器的实现 |
4.2.6 区域分解预处理器的矩阵表示 |
4.3 区域分解预处理共轭梯度法 |
4.3.1 区域分解预处理共轭梯度算法 |
4.3.2 区域分解预处理共轭梯度法的程序实现 |
4.3.2.1 稀疏矩阵存储与查询 |
4.3.2.2 预处理器作用的程序实现 |
4.4 数值算例 |
4.4.1 均质承压水模型 |
4.4.2 算法可靠度验证 |
4.4.3 算法高效性验证 |
4.5 小结 |
第五章 求解子区域问题的快速高效方法 |
5.1 引言 |
5.2 傅里叶分析方法 |
5.2.1 数学模型 |
5.2.2 有限单元剖分 |
5.2.3 傅里叶分析方法 |
5.2.3.1 Dirichlet-Dirichlet边界条件 |
5.2.3.2 Dirichlet-Neumann边界条件 |
5.2.3.3 Neumann-Neumann边界条件 |
5.2.3.4 傅里叶变换公式 |
5.3 数值算例 |
5.3.1 FAM可信性验证 |
5.3.1.1 Dirichlet-Dirichlet边界条件 |
5.3.1.2 Dirichlet-Neumann边界条件 |
5.3.1.3 Neumann-Neumann边界条件 |
5.3.2 FAM高效性验证 |
5.3.2.1 均质承压水稳定流模型 |
5.3.2.2 数值计算结果 |
5.4 小结 |
第六章 基于傅里叶分析的区域分解预处理共轭梯度法 |
6.1 引言 |
6.2 基于傅里叶分析的区域分解预处理共轭梯度法 |
6.2.1 子区域划分 |
6.2.2 FA-DDP-PCG方法 |
6.3 数值算例 |
6.3.1 均质承压水模型 |
6.3.1.1 算法可靠度验证 |
6.3.1.2 算法高效性验证 |
6.3.2 非均质承压水模型 |
6.3.2.1 介质参数连续变化 |
6.3.2.2 介质参数突变情形 |
6.4 小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
科研及发表论文情况 |
一、参加科研情况 |
二、发表论文情况 |
致谢 |
四、二维各向异性岩土介质中渗流分析的等参有限元方法(论文参考文献)
- [1]饱和-非饱和土成层地基的车致振动响应研究[D]. 王立安. 兰州交通大学, 2021(01)
- [2]复杂地质深基坑含水层疏不干问题分析及解决对策[D]. 邢坤. 河北工程大学, 2020(04)
- [3]基于比例边界有限元的岩土工程精细化分析方法及应用[D]. 陈楷. 大连理工大学, 2019(01)
- [4]岩溶区地下水数值模拟研究进展[J]. 徐中平,周训,崔相飞,拓明明,王昕昀,张颖. 中国岩溶, 2018(04)
- [5]考虑散体特征的地基附加应力解析方法及其应用[D]. 贺敏. 湖南大学, 2018(01)
- [6]热流和渗流问题的等几何比例边界有限元方法及其在大坝工程中的应用[D]. 李鹏. 大连理工大学, 2018(02)
- [7]稳态渗流问题中的FEMOL平面线性样条曲线单元研究[D]. 张俊哲. 北方工业大学, 2017(07)
- [8]孔隙地下水系统三维动态建模时空数据模型研究[D]. 马钧霆. 南京师范大学, 2016(01)
- [9]考虑渗流、地震作用的典型尾矿坝稳定性研究[D]. 眭素刚. 昆明理工大学, 2013(07)
- [10]区域分解预处理器研究及其在地下水数值计算中的应用[D]. 王佩. 南京大学, 2012(12)