流固耦合作用下深埋高水压隧道稳定性的数值模拟研究

使用计算软件FLAC3D,在考虑水的流固耦合效应和不考虑水的流固耦合效应的两种情况下,分别对隧道围岩进行三维数值分析,得到了两种情况下的隧道围岩的应力场、位移场、塑性区的变化情况。试验模拟结果表明：考虑渗流效应的隧道,围岩压应力小于不考虑渗流效应时计算出的围岩压应力,但是此时的拉应力和剪切应力增加,围岩竖向位移变化不大,而水平位移相差很大,塑性区破坏的程度比不考虑流固耦合的情况的破坏程度要大。该情况将为该隧道施工和防渗设计提供依据。     

基于流固耦合理论的土石坝稳定性分析

基于多孔介质的渗流特性和土的非线性本构关系,研究了渗流场与应力场的耦合效应;根据弹性力学和渗流理论建立流固耦合数学模型及有限元格式;利用大型有限元分析软件ABAQUS对燕山水库土石坝建立非线性耦合模型,并对其进行流固耦合分析,计算结果表明:坝体中渗流与应力的相互作用是不可忽视的,考虑耦合作佣将对土石坝的稳定性产生不利影响.     

小湾水电站坝区渗流场与应力场耦合分析

采用岩体渗流场与应力场耦合分析的多重裂隙网络模型,对小湾水电站坝区建坝蓄水后的渗流场与应力场进行了三维有限元分析与计算。计算结果可知,建坝蓄水使坝区渗流场的补给关系发生变化,且使大坝附近的坝基岩体竖向有效应力增大,也使坝肩岩体的拉应力增大。     

渗流-应力耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响分析

基于VG模型得到土-水特征曲线与渗透系数函数曲线,通过建立有限元数值分析模型,采用有限元软件SIGAM/W与SEEP/W分别进行渗流-应力耦合分析与只考虑渗流的非耦合分析,将得到的渗流场与应力场导入SLOPE/W计算安全系数并对土坡内应力应变进行分析,研究耦合效应对边坡稳定性影响的相关规律。结果表明,渗流-应力耦合效应使得土体中雨水下渗速度更快,土中基质吸力消散更快;降雨对土坡稳定有不利影响,耦合分析土坡安全系数比非耦合分析小,耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响不可忽略;降雨入渗条件下,土坡浅层出现应力集中现象,湿润锋深度处出现应力集中带,土坡易发生浅层破坏;坡脚水平位移比坡顶大,土坡失稳多从坡脚开始。     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合数学模型的研究

首先研究裂隙岩体中应力场改变对地下水渗流场的影响作用机理,推导出渗透系数k和给水度μ受应力影响的表达式,进而分析渗流场的变化,地下水的作用引起应力场环境变迁,导致裂隙岩体的渗透变形,在此基础上建立了裂隙岩体中应力场与渗流场耦合作用研究工作程式和具"点荷载"特征的等效连续介质耦合数学模型,并应用于一隧道工程实例进行了计算.     

考虑渗透动水压力时等效连续岩体渗流场与应力场耦合分析的数学模型

渗流对等效连续岩体的作用力包括渗透静水压力和渗透动水压力（渗流体积力）两部分。文中较全面地引入渗流与应力之间的相互作用关系,同时考虑渗透静水压力和渗流体积力的作用,以渗透系数与空隙率,体积应变的关系为桥梁,建立等效连续岩体渗流场与应力场耦合分析的数学模型,并采用有限元数值方法结合算例进行双场耦合分析与计算。结果表明,计入耦合作用,岩体各应力分量有不同程度的增大。     

基于COMSOL Multiphysics的渗流有限元分析

复杂渗流场的自由面求解、饱和-非饱和渗流场分析以及考虑渗流作用的多场耦合分析等问题是目前水利水电工程计算中的难点和热点.由于这些问题具有较强的非线性,数值模拟难度较大.对COMSOL Multiphysics软件进行了初步的开发和应用,基于Darcy方程、Richards方程等基本微分方程,或者建立自定义偏微分方程模型,进行了渗流分析的数值模拟.对自由面求解问题采用了一种新思路,研究了非饱和渗流计算参数的处理技术,探讨了多物理场耦合分析方法,并通过若干算例,验证了技术路线的合理性和可行性.借助COMSOL对重力坝断面二维渗流场及复杂岩基三维渗流场进行了数值分析,计算成果合理.实现了渗流场与应力场、温度场三场(THM)的全耦合分析,为进一步探索温度-渗流-应力-化学(THMC)全耦合模型的计算奠定了基础.     

裂隙岩体裂隙网络渗流场—应力场耦合的刚体元分析

基于裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，首次采用新的数值方法－－刚体元方法进行裂隙岩体裂隙网络渗流场－应力场耦合分析，既避免了经典渗流理论不考虑介质应力的不足，又克服了工程岩体稳定性分析中简单考虑水渗流作用的缺陷。     

考虑天然渗流场影响的地应力场反演回归分析及应用

结合某水电站地下厂房区工程地质条件以及实测地应力资料,借助有限元计算工具ABAQUS,对影响因素单独作用下的三维地质概化模型进行计算．在应力实测值和应力计算回归值之间建立多元回归模型,求出最优回归系数,从而获得初始地应力场分布规律．首次将天然渗流场作为影响因素,对厂房区初始地应力场进行了回归分析,并与未考虑渗流场的情况作了比较,得到了更合理的应力场分布．根据反演结果对地下厂房洞室不同开挖顺序做了分析比较、计算结果表明,经过适当优化后的开挖顺序是安全可行的,各主要洞室群总体稳定性较好。     

考虑天然渗流场影响的地应力场反演回归分析及应用

结合某水电站地下厂房区工程地质条件以及实测地应力资料,借助有限元计算工具ABAQUS,对影响因素单独作用下的三维地质概化模型进行计算.在应力实测值和应力计算回归值之间建立多元回归模型,求出最优回归系数,从而获得初始地应力场分布规律.本文首次将天然渗流场作为影响因素,对厂房区初始地应力场进行了回归分析,并与未考虑渗流场的情况作了比较,得到了更合理的应力场分布.同时根据反演结果对地下厂房洞室不同开挖顺序做了分析比较.计算结果表明,经过适当优化后的开挖顺序是安全可行的,各主要洞室群总体稳定性较好.     

FEM Simulation on Artificial Freezing of Seepage Ground

1 IntroductionArtificial Ground Freezing (AGF) has been ex-tensively applied in underground engineering to dealwith the loose saturated soft topsoil such as flow sandsilt, etc. The common numerical calculation concern-ing the temperature field of AGF are based on thesolution of differential equation of heat conduct andphase change, which well approximated to the prac-tice when clay ground or dead auriferous is frozen[1-2]. When there is flowing water in ground, the mathmodel equation is ess…     

饱和多孔岩体中温度场渗流场应力场耦合分析

利用混合物理论,推导出裂隙岩体等效连续介质温度场、渗流场和应力场三场耦合的全耦合数学模型及其控制方程.采用全耦合求解法给出了控制方程的有限元表达式,编制了相应的二维有限元程序.给出的应用算例计算结果较好地反映了渗流、应力及温度场耦合作用下位移、孔隙水压力、温度的变化规律,表明了该计算模型与所开发的数值计算程序是合理和实用的.     

地下水渗流对悬挂式止水帷幕基坑变形影响

以某透水性土层较深的悬挂式止水帷幕基坑为背景,采用ABAQUS建立考虑分级降水开挖全过程的三维流固耦合模型,研究降水对于基坑变形发展的影响规律和不利因素,分析开挖前预降水深度、止水帷幕深度对基坑变形性状的影响. 研究表明：渗流与开挖支护具有明显的耦合效应,降水引起的围护结构侧移增量模式随开挖和支撑施作情况不同而差异较大,降水引起的地表沉降是由土体固结和渗流引起的围护结构侧移引发的地表沉降组成;地表沉降影响范围较经验预测值明显偏大,在基坑西侧地表沉降最大点,降水施工期累积产生的沉降约占48%;各级降水中第1级降水对基坑变形最不利,围护结构初始侧移随第1级降水深度的增加而快速增长,使得竣工后的最大围护结构侧移和坑外地表沉降呈指数增长;止水帷幕对于减少坑外水位下降和控制地表沉降有显著作用,随着帷幕深度的增加,地表最大沉降和沉降影响范围降低,存在最优止水帷幕深度使得帷幕超过最优深度后地表沉降趋于稳定.     

软黏土三维水-热-力耦合冻融模型及应用

人工地层冻结法是沿海地区软黏土进行地层加固的一种常见绿色工法,地下空间开挖的大型及复杂化使目前冻结法面临更加复杂的渗流环境.为此,通过分凝冻胀理论刚性冰模型的三维化推广,建立能考虑水分迁移的热-水-力耦合作用冻胀融沉模型,以模拟复杂渗流环境下的人工冻结工程.基于模型使用COMSOL有限元进行模拟,与同尺寸室内模型试验数...     

地热水对井回灌渗流场理论研究

回灌试验表明随回灌时间的推移，回灌能力逐渐下降．在对第三系热储进行回灌过程中，热储的物理、化学阻塞使得渗透性下降．定量分析对井回灌过程中回灌井周围渗流场变化，渗透系数呈指数衰减．建立对井回灌渗流场数学模型，描述回灌压力、回灌流量随回灌时间的变化，以及回灌井周围热储中水头随回灌时间和距回灌井距离的变化，并采用离散化方法进行求解．分别模拟渗透系数变化与不变时渗流场的情况，计算结果表明渗透系数衰减不利于回灌，是影响回灌能力的重要因素．     

煤储层流固耦合渗流的数学模型

在煤层气的开采过程中, 煤体的变形与其中流体的流动是相互耦合作用的, 并且煤层气—水两相渗流是普遍现象． 因此对煤层气 水两相流固耦合渗流规律进行研究具有重要的意义． 本文假设煤体变形为弹塑性小变形, 根据弹塑性理论建立其变形方程． 根据达西定律, 给出煤层气 水两相渗流方程, 耦合关系式用实验方法给出． 本文所建立的流固耦合数学模型为进行煤层气开采的计算机模拟打下了理论基础．     

某软土深基坑降水开挖地表沉降及影响因素分析

基于某软土地铁站深基坑工程项目,依据勘察与抽水试验数据采用有限元软件Midas GTS建立三维模型,研究渗流-应力耦合作用下基坑降水开挖过程中孔隙水压力及地表沉降变化规律,分析土体渗透系数及降水深度、降水速率等设计参数对地表沉降的影响。研究表明:基坑降水开挖使得地下水渗流路径呈降落漏斗形,基坑底部出现凹弧形等孔压线;地表最大沉降点与基坑的距离约为降水深度的1.0~0.75倍,孔压消散是地表沉降的主要因素;最终降水深度每增加1 m相应地表最大沉降量增加约2 mm,采取回灌措施比未采取引起的基坑周边地表最大沉降小26.2%。     

流固耦合的多元结构深厚覆盖层透水地基的力学特性

深厚覆盖层多元结构坝基在渗流过程中各土层力学差异明显,分析时关注的具体问题也不尽相同,需要深入研究。基于比奥固结理论,考虑土体的非线性流变以及土体固结变形过程中孔隙度、渗透系数、弹性模量及泊松比的变化;借助ADINA流固耦合模块来模拟西藏达嘎水电站坝基渗流场与应力场耦合过程,分析各层力学特性及相互作用。研究表明,透水性较强的表层土体是渗流主要通道,也是渗流进出区和沉降变形体现区,应在上游采取措施提高其压缩模量,下游区域增设反滤层和排水设施;坝基中的粉细砂层是坝基沉降的主要原因,对坝基沉降起主导作用,同时应注意其液化特性对坝基的不利影响;坝基中的承压含水土层对下游上部结构产生向上顶托力,若位置较深,则破坏性较小;坝基深部土层对整个坝基的渗流破坏影响较小,但对沉降和渗流量的影响不可忽视;表层砂卵砾石层和粉细砂层的渗透系数相差较小时,土层间不会发生接触冲刷。此外,还发现坝基孔隙水压力在快速衰减阶段被消散,期间土体固结较快。垂直防渗墙能有效降低渗透坡降和渗流量,将坝基沉降变形控制在防渗墙上游区域,但上游坝基变形对防渗墙产生较大的水平推力,应加大防渗墙尺寸或者采用辅助渗控措施。