土石坝渗流热监测理论研究进展

对渗流热监测理论各发展阶段特点与相关研究作了评述,着重介绍了定量研究阶段考虑渗流场影响推求温度分布的正演分析,详述了各渗流场与温度场耦合数学模型的基本原理、模拟对象、耦合机理与模型计算方法,总结了渗流-温度场耦合模型研究的趋势与问题。介绍了耦合模型计算的2个部分(渗流场计算与温度场计算)的研究现状与发展重点,阐述了研究基于非饱和渗流双场耦合的必要性和建立模型涉及的基本理论。对未来的研究提出几点建议:考虑有关参数的温变特性,提高模型仿真精度;开展基于非饱和渗流的耦合模型研究,丰富复杂条件下渗流热监测理论;加强由温度场求解渗流场的反演分析研究。     

深基坑三维应力场和渗流场耦合分析与模拟

为研究深基坑开挖施工过程中渗流场和应力场耦合情况,建立基于非饱和土的渗流-应力全耦合模型,采用非饱和土渗流-应力全耦合模型进行深基坑三维应力场和渗流场的耦合分析,预测在基坑不同的施工阶段中基坑挡土结构的侧向变形和基坑周围地面的沉降的变化,并将理论分析结果与实际监测数据进行对比分析。分析成果表明在需要降水施工的基坑分析中,采用渗流-应力耦合模型来进行基坑的分析与计算更合理,更有效。     

降雨条件下水电站弃渣场边坡渗流特性及其稳定性分析

降雨条件下水电站弃渣场边坡稳定性是工程设计人员重点关注的问题。为研究降雨条件下水电站弃渣场饱和-非饱和渗流特性及其边坡稳定性,文中利用SEEP/W与SLOPE/W模块进行耦合计算,采用非饱和渗流分析方法对降雨条件下桐子林水电站弃渣场边坡稳定性进行研究分析。数值模拟结果表明:降雨条件下,渣体内部含水率不断增加,孔隙水压力逐渐增大,随着降雨的持续,渣体表面部分区域会形成暂态饱和区,在坡体表面形成正的暂态水压力,孔隙水压力变为正值;降雨入渗导致渣体基质吸力减小,渣体抗剪强度参数不断降低,渣体边坡安全系数不断减小,边坡稳定性下降,雨停之后边坡安全系数趋于稳定;采用参数折减法计算暴雨工况得到的渣体边坡稳定系数偏小,结果相对偏于保守。     

基于多场耦合的膨胀土边坡非饱和降雨入渗分析

膨胀土非饱和渗流的过程伴随着膨胀应变的产生。探明多场耦合作用下膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的变化规律至关重要。基于有限差分渗流理论、降雨入渗模块的二次开发和膨胀应变的施加,采用C++和FISH语言编制程序,将膨胀应变引入非饱和土的流-固耦合模型,提出了一种综合考虑膨胀应变和应力应变的非饱和膨胀土多场耦合分析法,通过算例实现了降雨入渗条件下膨胀土边坡非饱和渗流的数值模拟,并探讨了膨胀应变对饱和度和暂态面积比的影响规律。研究表明,膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的过程影响显著,其降雨入渗深度、湿润锋扩展速度和暂态饱和区时空分布受膨胀应变的控制,考虑膨胀应变时暂态面积比变化的雨后时间滞后性强于不考虑膨胀应变时。     

考虑流固耦合的降雨入渗过程对非饱和土边坡的影响研究

流固耦合是指固体在渗流场作用下的变形行为以及固体变形对渗流场影响这二者相互作用的 理论,在探讨了渗流场与应力场相互作用机理后,提出了考虑渗流与应力直接耦合作用的非饱和土质边 坡雨水入渗过程影响的有限元计算模型分析方法。基于ＡＢＡＱＵＳ分析软件,考虑了流固耦合和土水特 征曲线,结合一典型非饱和土质边坡算例,对土坡受降雨入渗的影响进行了有限元数值模拟研究,得出 了非饱和土质边坡基质吸力、饱和度、变形和稳定性受降雨影响的变化特征规律,指出了在工程设计中 考虑耦合作用和雨水入渗影响的合理性和必要性,为进一步研究和相关工程设计防护提供参考。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

如果仅考虑流体性质受温度的影响，可得多孔介质渗透系数与温度之间存在线性关系，利用相关数据，计算得知渗流场对温度较为敏感。从温度变化引起水的密度和粘度的变化来考虑温度场对渗流场的影响，建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型，并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件，在原有模型的基础上做了二次开发，从而实现了该全耦合问题的有限元求解。结合工程实例，对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明，全耦合模型在求解问题时，坝址区温度升高，渗流流速普遍降低；温度场变动比较小，而渗流场变动相对大一些。     

光纤光栅传感技术在面板堆石坝周边缝渗流监测中的应用——以水布垭水电站为例

通过对不同含水量堆石坝土石体导热系数的实验测试,探讨土石体导热系数与含水量之间的关系,验证通过监测土石体温度场特性,用于渗流监测的可行性。并结合水布垭混凝土面板堆石坝周边缝分布式光纤光栅渗流监测实际应用成果,探讨环境量(气温、水温)、水位与探头温升的相关性;对疑似渗流区域的特性进行了分析。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

在只考虑流体性质受温度的影响条件下,根据多孔介质渗透系数与温度之间存在的线性关系,利用相关数据,分析了渗流场对温度较为敏感的敏感性。从温度变化引起水的密度和黏度的变化来考虑温度场对渗流场的影响,建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型,并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件,在原有模型的基础上做了二次开发,从而实现了该全耦合问题的有限元求解。通过工程实例,对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明,采用全耦合模型求解渗流问题时,坝址区温度升高,渗流流速普遍降低;温度场变动比较小,而渗流场变动相对大一些。     

某大坝泄洪期间下游岸坡瞬态渗流场的数值模拟

大坝泄洪形成雾化及河水位上涨,影响下游岸坡内部渗流场的变化属于饱和-非饱和渗流问题.作者在饱和-非饱和渗流理论以及非饱和土水特征理论的基础上,以某水电工程岸坡为例,用数值分析的方法模拟在大坝泄洪中下游岸坡内部饱和-非饱和渗流场的时事变化,就孔隙水压力分布情况作专门分析.渗流场的时事模拟能够提供不同时刻点计算区域的含水量以及孔隙水压力大小分布,因此可以为岸坡的稳定性计算提供依据.     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

渗流场对温度场的影响机理初探

渗流场对温度场的影响主要通过水流动时挟带热量的热对流作用.渗流速度不同,对流热传递热量的速度不同,温度场受影响程度也不同.该文对渗流温度耦合模型展开数值模拟,应用物理模型试验成果进行了对比验证,并着重分析了不同渗透系数下温度场的变化特征,求出渗流区热量传递的所占比重.     

基于渗流场与应力场耦合分析的尾水渠施工期渗流场数值分析

本文通过建立尾水渠岩土体渗流的数学模型,结合电站尾水渠典型断面确定边界条件,利用伽辽金有限元方程进行数值计算,对尾水渠施工期渗流场进行模拟。得到以下几点结论：在渗流出溢处水力坡降超出允许水力坡降时,该处需采取工程措施,以免发生渗透破坏;基岩的水力坡降均小于允许水力坡降时,该处渗流是稳定的。     

基于温度场方程的基坑渗流场的模拟

基于渗流场方程和温度场方程相同的原理，利用有限元软件ADINA中的温度场来模拟基坑工程中的渗流场，分析了渗流场的渗流规律和防渗墙在不同嵌入深度情况下的水力坡度和渗流量的变化情况，讨论了防渗墙不同渗透系数情况下的最大水力坡度的变化规律，得到了水力坡度和渗流量随防渗墙嵌入深度增大而减小的规律以及防渗墙的渗透系数与最大水力坡度呈线性递减的关系，指出地下连续墙的角点和基坑边缘溢出点是整个基坑中最易发生渗透破坏的部位，为基坑的设计和施工提供理论指导。     

基于Cesium的流场可视化研究

由于三维虚拟仿真技术在各领域实际应用中缺少与专业的可视化软件有机结合的应用平台,尤其是流场可视化技术在虚拟仿真三维平台的运用。为了在 B /S 端三维虚拟仿真平台下实现流场可视化集成与展示,使用 GPGPU 技术完成流体方程在 GPU 中的并行计算,采用颜色、箭头、纹理变换、LIC 等多种流场可视化技术,实现在 Cesium 三维仿真平台流场展示。在 ThinkPad s5 笔记本上实现了 Web 端虚拟仿真三维平台流场可视化展示,结果显示,在浏览器分辨率 1 396×641 下,平台运行帧率保持 30 fps 以上,保证了画面流畅,同时实现了实时交互操作。综上所述,本平台弥补了 C /S端的不足,扩展了应用范围,丰富了原有系统的数据展示效果,为实时性、大容量科学计算及展示提供了核心技术,有望在虚拟现实和数值模拟方面得到更广泛应用。     

风场和吞吐流对洪泽湖流场的影响分析

采用MIKE21建立洪泽湖二维水动力数学模型,通过对模型参数的率定,使得模型的计算结果能较好地与实测值相符合,进而研究了不同风场和吞吐流条件下的洪泽湖水动力特性,比较了2013年洪泽湖在5、10 m/s风速和无风条件下的流场。结果表明:风速会改变流场强度的大小而不会改变流场结构;同时,风场的作用会影响洪泽湖的出流能力,湖区流速随风速的增加呈减小的趋势。吞吐流是影响洪泽湖流场的主要因素,采用2007洪水年进行模拟时,进出口湖区流场会发生明显改变。洪泽湖的溧河洼区和成子湖区流场结构主要由风场决定,而南部湖区和东部湖区流场结构由风场和吞吐流共同决定,且以吞吐流为主。研究结果可以为洪泽湖物质输移规律研究提供理论基础。     

基于COMSOL Multiphysics的重力坝渗流场与应力场耦合分析

借助COMSOL Multiphysics软件强大建模与计算功能,建立混凝土重力坝断面二维渗流场与应力场耦合模型,选择结构力学模块和描述流体流动的Richards方程模块,利用出渗面混合边界求解方法确定渗流自由面,以此研究正常蓄水情况下渗流场和应力场耦合作用的影响,并与不考虑耦合作用进行对比。结果表明:(1)考虑与不考虑耦合作用时的渗流场、应力场与位移场分布规律基本一致,但耦合作用对混凝土重力坝渗流场、应力场与位移有较明显的影响;(2)耦合作用使坝体浸润线位置稍微偏低,渗流场等势线偏向下游,坝基扬压力变大;(3)耦合作用使坝体总体应力增加,坝体上游拉应力与下游压应力增大,坝踵处的应力集中加剧。研究成果对混凝土重力坝设计具有参考价值。     

暗涵墙体混凝土温度场与应力场仿真分析

为了研究暗涵墙体施工早期混凝土的开裂情况,从混凝土温度变形出发,对暗涵中墙裂缝成因进行了分析。根据稳态温度场理论,采用ANSYS有限元分析软件,混凝土热单元类型选用solid70,建立了求解中墙温度场的三维实体模型,研究了不同工况组合下的暗涵墙体温度场分布规律。根据暗涵墙体混凝土温度场进行温度应力的仿真,研究了暗涵中墙混凝土温度应力分布及变化规律。结果表明:暗涵中墙内外表面的压应力近似相等,与温度呈线性关系,中墙内外表面不存在拉应力;暗涵中墙中间截面的压应力与温度差成反比,而拉应力与温差近似成正比;最大拉应力为1.92 MPa,出现在中墙中间截面,其值在混凝土的抗拉强度范围内,故中墙几乎不会开裂。通过设置合理的边界条件与环境条件,可为相关混凝土施工温度裂缝控制提供参考依据。     

非线性模糊随机损伤研究

从损伤形成的宏、微观机理出发揭示了损伤演化的模糊性和随机特征并提出了损伤泛函成立于模糊、随机双层数学覆盖之下进而构建了研究广义损伤泛函的广义非确定空间。提出了非线性损伤发展所依据的初始应力场；基于三种典型模糊损伤分布：降半分布、秋千分布、组合秋千分布提出了平面应变下服从随机分布的各向异性初始模糊随机损伤场及其广义FPDF(Fuzzy Probabilistic Density Function)、FCDF(Fuzzy Cumulative Distribution Function)数学模型，并基于初始模糊随机损伤有效张量给出粘-弹-塑性初始损伤应力场的模糊随机数值模型。提出并构造了损伤矢量临界值算法并基于此推导了平面应变条件下的损伤有效张量及模糊随机有效弹性矩阵族；由损伤材料粘-弹-塑性应变率演化通式提出了基于修正Mohr-Coulomb损伤破坏准则的粘-弹-塑性模糊随机损伤本构模型。基于指数型损伤发展方程推导了粘-弹-塑性模糊随机损伤变化率方程并构造了对应随机数字特征算法模型。就土方开挖的损伤增益特征提出了基于阶段取土过程的开挖破损及回弹扰动随机矢量算法并借助凝聚损伤荷载矢量提出并构造了基于模糊衰减模型的模糊随机损伤增量方程及其随机数字特征，实现了对粘-弹-塑性模糊随机损伤增量方程卸载模型的全面阐述。考虑场内参数的空间离散及随机变异特征借助本文提出的非线性模糊随机损伤力学模型就某典型基坑工程开挖进阶过程中的损伤演变及广义可靠性进行了深入探讨，过程揭示了模糊随机损伤模型可以根据场内结构及材料强度耗散情况随时对损伤分布做出调整，以充分反映材料细观粒子间的凝聚或断裂造成的岩土结构宏观方面硬化-屈服-破坏-重分布-愈合等复杂力学性征，得到的规律性认识对于实现岩土工程全面化、精确化分析研究有重要意义。     

非线性模糊随机损伤研究

为研究岩土材料非线性模糊随机损伤演变机理,建立广义非确定损伤力学模型,基于模糊随机双层数学覆盖下3种典型模糊损伤泛函,提出平面应变下服从随机β分布的各向异性初始模糊随机损伤场,及其广义FPDF(Fuzzy Probabilistic Density Function)、FCDF(Fuzzy Cumulative Distribution Function)数学模型。并基于黏-弹-塑性模糊随机初始损伤应力场模型及损伤矢量临界值算法,推导了黏-弹-塑性模糊随机损伤本构模型,及模糊随机损伤变化率指数模型方程与数字特征算法。基于土方开挖损伤增益,探讨基坑工程损伤演变及广义可靠性,结果表明:模糊随机损伤模型可根据材料强度耗散对损伤分布调整,以反映细观粒子间的凝聚或断裂造成的复杂宏观硬化-屈服-破坏-重分布-愈合等力学性征。得到结论:阶段卸载导致场内损伤增益由单汇向多汇发展,且强度指标变异累加会诱发可靠指标削减,这些规律性认识对实现全面化、精确化分析研究有重要意义。     

海流动力场的试验研究

为了得到海流环境下内部流场真实信息,利用ADV测量3组不同流量条件下海洋深水试验池内各个测点的流速,绘制出相应的流场图、流速图以及紊流强度图等。通过图与图之间的直观比较,判断和分析造流系统所模拟出的海流的一些特性,为未来进行实际的工程深水试验模拟积累了相关经验。