UQ-PyL软件在地下水模型中的应用初探

不确定性分析是地下水模型的重点和难点。在介绍UQ-PyL软件不确定性分析功能的基础上,本文通过控制文件将UQ-PyL和地下水模拟软件包PGMS连接,以佳木斯市傍河水源地的地下水模型为例,展示了统计分析、敏感性分析、替代模型、参数优化的功能。结果表明UQ-PyL可很好地应用于地下水数值模拟的不确定分析。UQ-PyL具有用户图形界面友好、功能齐全和操作简单的特点,可广泛应用于具有源代码的地下水模拟程序。     

在线数值模拟方法在防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构中的应用

在线数值模拟方法是一种基于模型更新的混合试验方法。在该方法中，建立整体结构数值模型和物理子结构的数值模型，分别用于结构整体分析和本构模型参数估计，且两套模型具有相同的本构关系。在线数值模拟方法中,结构响应由结构整体分析得到，边界条件自然得到满足；数值模型的本构参数不断根据试验数据在线修正，建模可靠性得到了改善。为验证在线数值模拟方法在复杂建筑结构中应用的可行性，以隐性卡尔曼滤波器(UKF)为参数估计方法，以钢材和混凝土本构模型参数为待估计量，完成了具有不完整边界条件的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的虚拟混合试验。结果表明，在线数值模拟方法削弱了边界条件的影响，提高了混合试验的模拟精度；UKF方法在多构件多本构模型参数同时估计时具有较高的精度和计算效率；在每一积分步内，在线数值模拟方法平均计算耗时0.67s，远小于加载耗时，验证了在线数值模拟方法在复杂结构试验中的适用性。     

地下水数值模拟的研究与应用进展

地下水数值模拟技术由于其廉价、高效及能较好地对地下水系统数值仿真而成为研究解决地下水问题的重要手段。简单地介绍了几种广泛使用的地下水数值模拟软件平台和模型求解方法。分析了地下水数值模拟的应用进展,从水资源的评估和管理,逐渐扩展到水质方面的研究。最后分析了地下水数值模拟的发展趋势,对地下水数值模拟技术的应用和推广提供了一定的参考。     

新邱矿矸石山淋滤液对地下水污染的数值模拟研究

针对阜新市新邱露天煤矿煤矸石淋滤液对地下水污染实际情况,建立了淋滤液在地下水中运移的耦合动力学数学模型,采用有限元方法进行数值求解,利用该数值模型对淋滤液在地下水中迁移行为进行模拟,预测了污染物浓度的时空分布特征,并结合实际观测数据进行对比分析。结果表明:不同组分由于各自特征的巨大差异,污染程度也有很大差别;淋滤液浓度拟合误差小于6%,从而验证了模型的可靠性和实用性。此外,从模拟结果中发现:吸附解吸、生物降解对淋滤液在地下水中的分布起到了稀释作用,在一定程度上净化了地下水系统。     

地下水与降雨对边坡地下渗流场的影响

结合施工场地所处区域水文地质条件,利用MODFLOW数值模拟软件,模拟边坡的地下水渗流场的情况,再建立一定精度的数值模型,并输入实际的各种参数,通过和实际结果相比较,验证模拟的可行性之后,对不同边坡的工况进行模拟,获得对实际具有参考价值的各种数据。指出利用渗流场模拟结果,综合其他有关情况,能更好地有针对性对边坡开展治理设计工作。     

FEMWATER在地下水流数值模拟中运用

GMS是目前使用广泛的一个地下水模拟软件,它包含多个水流模拟计算模块,其中基于有限元分析的FEMWATER模块是一个功能强大的三维水流-溶质运移的数值模拟模块。迄今为止, FEMWATER在国内地下水数值模拟中的运用甚少。本文介绍了FEMWATER主要特点和应用领域,采用基准问题(Theis问题和Henry问题)对模型进行校正,然后选取了张家港合兴地块为实例,对该研究区的地下水流模型采用FEMWATER进行数值模拟,对比分析了FEMWATER和MODFLOW模拟结果,并由此概括了有限元和有限差分计算中的不同和FEMWATER运用注意事项,为他人今后开展相关工作提供参考。     

地下水温数值模拟在水源热泵工程设计中的应用

为分析沈阳市某小区地下水地源热泵项目复合井结构的合理性和地下水热贯通程度,建立了地下水流与温度耦合数值模型,对不同换热温差下的地下水温变化趋势进行了模拟预测.模拟结果表明,采用复合井结构可以满足水源热泵工程取回水要求,且5℃换热温差比7℃更合理、安全.经过一个供暖期运行和对地下水温的实际监测,证明了模拟结果的准确性.     

ModFlow在超深基坑降水模拟中的应用

利用国际上流行与通用的ModFlow渗流数值模拟计算软件,建立该地块地下水渗流数值模型,并对渗流数值模型进行参数识别,确定微承压含水层的水文地质参数（k和ss）,进而利用该数值模型确定抽水试验期间地下水渗流场的时空分布规律,为今后类似工程的数值模拟提供可靠的依据。     

地下水数值模拟及地下水漏斗可视化研究实例

根据济宁市漏斗区的地质及水文地质条件,利用地下水数值模拟软件VisuaI MODFLOW建立了研究区地下水流模拟模型,并依据数值模拟的计算结果,利用可视化语言IDL对研究区地下水流场进行了可视化显示和分析。结果表明:将地下水流场的可视化与地下水数值模拟相结合,能够提高地下水数值模拟的可视化水平,得到更直观、更深层次的地下水流场信息,为地下水资源开采决策提供必要的地下水动力场信息。     

基于M-C弹塑性本构模型的岩土体开挖回弹效应研究

针对数值模拟开挖计算通常出现岩土体回弹现象,基于M-C弹塑性本构模型对基坑开挖过程中回弹效应进行了研究,分析了开挖回弹过程的力学机制和岩土体本构模型回弹力学参数的敏感性,并探讨了数值计算开挖回弹解决办法,研究结果表明：M-C本构模型参数中,岩土重度对一般岩土体开挖回弹的影响较为敏感,且坑底较地表影响更为显著;泊松比对岩土开挖回弹影响也较为明显;折减比例较小时,弹性模量和黏结力的敏感性较为突出,对地表回弹位移和基坑底部回弹位移影响较大;而内摩擦角对基坑底部回弹位移与地表回弹位移基本没有影响。研究结果可为岩土体基坑开挖的设计和回弹预测提供参考。     

地下水位变化的数值模拟新方法

 尽管地下水数值计算技术和计算方法发展很快,地下水数值模拟仍然存在着大量的理论问题和实际问题需要研究解决,仍有很多局限性,由此可知,地下水模拟过程中充满了各种各样的不确定因素。如何利用和改进现有技术,减少模型的不确定性,提高数值模拟过程的有效性和预测结果的可靠性,是该研究领域具有挑战性的问题之一。在传统地下水数值模拟的基础上,提出一种预测地下水位变化的新的方法。该方法可以在拥有较少现场资料的情况下,对地下水水位的变化直接进行的预测。本研究的创新点在于减少模拟过程及模型校正过程中对输入数据的需求,简化边界条件;同时引入反复迭代方法求解控制方程,减少计算误差。该研究成果应用到实践中去,可以大大提高对地下水位的预测能力,此项研究及其成果将对水资源管理产生重大影响,对岩土工程设计及施工提供指导。     

A comparative study of using two numerical strategies to simulate the biochemical processes in microbially induced calcite precipitation

In this study, we carried out a comparative study of two different numerical strategies for the modeling of the biogeochemical processes in microbially induced calcite precipitation (MICP) process. A simplified MICP model was used, which is based on the mass transport theory. Two numerical strategies, namely the operator splitting (OS) and the global implicit (GI) strategies, were adopted to solve the coupled reactive mass transport problems. These two strategies were compared in the aspects of numerical accuracy, convergence property and computational efficiency by solving the presented MICP model. To look more into the details of the model, sensitivity analysis of some important modeling parameters was also carried out in this paper.     

基于径向基函数响应面法的岩质边坡可靠度分析

岩质边坡中存在多种变异性,需要进行岩质边坡的可靠度分析。将数值分析法与可靠度分析的响应面法相结合,进行了岩质边坡稳定的可靠度分析。利用径向基函数网络(RBFN)的全局适应能力强的特点,在响应面法中,以径向基函数网络为响应面函数,将隐式的功能函数显式化。通过对每个响应面新增一个样本点的方法进行样本点的生成及响应面的迭代,计算表明:基于径向基函数网络的响应面法具有较高的计算精度及效率,可以适用于基本变量数较多的可靠度分析问题;本文的边坡算例中,第2层岩体的强度参数对边坡的可靠指标影响最大,而其他参数对可靠指标的影响则相对较小。     

基于PEST的地下水数值模拟参数优化的应用

本文介绍了参数优化工具PEST的工作流程与基本原理,并建立了一个理想地下水流动模型作为实际观测资料对4个参数进行优化。通过分析优化过程与结果:在参数设置为不同初值的情况下,PEST均能获得与真实值非常接近的优化结果,若初值与真实值越接近,优化迭代次数及调用模型次数越少。通过分析优化过程还发现:参数分区所占比例与参数敏感度有一定的相关性,分区面积越大,该参数敏感度越高;观测资料越丰富,优化结果与真实值越接近,反之优化结果误差较大,这对地下水网布设与优化起到一定的指导作用。     

高强度薄壁钢材板-板焊接节点残余应力分布(2):数值模拟

采用连续耦合热应力分析来模拟RQT701高强度薄壁钢材板-板焊接节点的焊接过程及最终残余应力分布。通过与试验结果进行对比,验证了数值模拟的精确度和可靠性。并利用缩尺模型参数研究法,研究主要焊接参数对残余应力的大小和分布的影响。     

Reducing deformation effect of tunnel with Non-Deformable Support System by Jointed Rock Mass Model

Numerical modeling has been used widely in mining and construction industries in recent years. The most important issue in engineering projects designed with numerical modeling is accurate modeling of rock mass behavior. If the rock mass behavior is modeled accurately, fewer problems will be faced during field application of projects. Selection of the true material model is a very important issue in numerical modeling for the tunnel projects. Non-Deformable Support System (NDSS), which will be mentioned in the scope of this research, does not mean that it does not permit any deformation or is a very stiff system. NDSS is a support system that does not permit deformations exceeding specified deformation amounts which are calculated with determination of the accurate rock mass behavior by the true material model and it must be evaluated with support system and excavation advance specifically. The origin of the paper is that numerical modeling provides more comfortable results in tunneling in case one can determine rock mass deformation and failure behavior appropriately. In (NDSS), however, support system element can only be determined by proper numerical modeling analysis. Moreover, deformation values determined by NDSS analysis are accepted as limit values. Therefore, applied support system should be within deformation tolerance limits determined by NDSS analysis. Briefly, this paper is related to NDSS that should be determined by numerical modeling analysis.In this research, in regard to the excessive deformations in T-35 tunnel which is one of the 33 tunnels of Ankara–Istanbul High-Speed Railway Project, results of the in situ measurements in the tunnel excavated with the new developed NDSS and results of the numerical model made with Jointed Rock Mass Model have been compared. It is determined that the results of the numerical modeling and the in situ measurements are very consistent with each other.     

基于GIS的地下水建模

地下水模拟模型能够模拟地下水动态特征 ,GIS具有强大的空间数据处理与分析功能 ,建立地下水模拟模型与GIS的集成系统 ,将有助于对地下水模拟模型的推广应用和决策分析。本文详细论述GIS支持下的地下水模拟模型的建立过程 ,采用交互式剖分方法不仅提高建模效率 ,而且能充分考虑计算域的水文地质条件 ,使生成的网格单元效果更为理想 ,本文将这种方法应用于北京密怀顺地下水模拟中 ,极大地提高了工作效率。     

Optimum model extent for numerical simulation of tunnel inflow in fractured rock

The objective of this study is the introduction of an optimum model extent in discontinuous rock masses for tunnel inflow assessment using numerical models. Tunnel groundwater inflow is an important problem in tunneling, and numerical simulation is widely used for estimating the amount of tunnel inflow. An adequate size of the model domain is of very high importance when using such models. On the one hand, if the tunnel boundary is too close to the outer model boundary, the simulated inflow rate into the tunnel is significantly overestimated (which will be shown in the present study). On the other hand, if the model domain is very large, models may become “unhandy”, and simulations become very expensive with respect to computer memory and CPU. In this technical note, an approach is presented that derives an optimum model extent for numerical simulation of tunnel inflow in fractured rock. The approach uses the two-dimensional universal distinct element code (UDEC). The impact of different model parameters, such as tunnel radius, groundwater level, joint spacing, joint dip/dip direction and joint aperture on the optimum model extent has been evaluated. Based on the results, an optimum model extent chart is presented that allows modelers a quick determination of the optimum model extent as a function of the most significant parameters, which are the tunnel depth under the groundwater level, tunnel radius and joint spacing.     

Modeling of aerobic biodegradation of feces using sawdust as a matrix

Composting in the bio-toilet system is a continuous thermophilic-aerobic biodegradation process. Unlike to the traditional composting systems, biodegradation rates of organic matter are very important because feces are daily added into the composting reactor of the bio-toilet and an accelerated decomposition is aimed. The models developed for conventional composting processes include simple formulations of biodegradation kinetics and deal mainly with energy and water balances. Therefore, formulation of kinetics that can reasonably describe the biodegradation process in the bio-toilet system is required for better modeling predictions. In this work, a bio-kinetic model was introduced to describe the aerobic biodegradation of feces in the bio-toilet system. This model includes three processes for carbonaceous material degradation and is prepared by using the activated sludge modeling techniques and formulations. Stoichiometric parameters were adopted from literature on activated sludge processes. Kinetic parameters were estimated by conducting batch tests for several organic loadings and by using respirometry, curve-fitting techniques, and sensitivity analysis. Feasibility and applicability of these parameters were assessed by conducting feces intermittent-feeding tests and by simulating the experimental respiration rates. Model, stoichiometric and kinetic parameters proved to be affordable for describing the biodegradation of feces in the bio-toilet system.     

南水北调西线一期工程区水文地质条件评价

针对南水北调西线一期工程区地形、地质、地貌和气候条件复杂,及工作条件差、工期短、基础资料缺乏等特点,建立了以遥感水文地质判释为主,结合野外地面调查、现场钻孔地下水流速流向测试、现场钻孔压水试验资料分析、水化学分析、环境同位素测试分析等多手段多方法的水文地质条件综合评价方法,研究了该工程区的地下水类型、地下水化学特征及其形成条件、主要含水层的分布,主要水文地质单元及其地下水运动和补径排条件。结合水利工程勘探的特点,充分利用钻孔压水试验成果,分析探讨水文地质参数及其变化特征,对沿线隧洞涌水量进行初步估算。探讨了主要的水文地质问题。为高山覆盖地区的水文地质条件研究提供了一种新思路。