基于扩散波近似方程的降雨边界处理的改进EI北大核心

在降雨入渗模拟中,传统的降雨边界不能准确地反映坡面积水深度变化对坡面实际入渗率的影响。基于扩散波近似方程改进了传统的降雨边界,使得在强降雨条件下坡面积水深度动态变化可以和实际入渗率进行耦合计算,并且通过两个经典试验验证了改进边界的准确性。后将该改进边界用于工程实例计算,结果表明:(1)改进的降雨边界可以实现集中型降雨条件下流量边界与压力水头边界的实时动态转换;(2)当降雨边界为压力水头边界时,改进边界计算出的理论上坡面积水深度最深的位置出现在坡趾处;在降雨后期坡面退水阶段,积水深度可忽略不计,理论上积水深度最深的位置出现在平坦坡面与陡峭坡面的交汇处。     

红岩煤矿岩溶双重介质对降雨响应特征的研究

根据大量监测资料,研究了矿区岩溶管道和溶孔、溶隙流对降雨的不同响应特征,并概化出本区的岩溶地下水系统结构图。最后应用时间序列分析频谱方法研究了３１年来矿井涌水量对降雨量的响应关系,即全矿涌水量滞后于降雨６ｄ。     

双重孔隙介质中P1波在自由边界上的反射

对双重孔隙介质波动中的体波及P1波在半空间自由透水和不透水边界上的反射问题进行了详细的理论求解。通过数值计算,对双重孔隙介质中4种体波的弥散和衰减特性,以及不同边界上反射波振幅反射系数随P1波入射角和频率的变化进行了分析。结果表明：（1）P1、P2、P3和S波均具有弥散和衰减特性,P1波传播最快而衰减最慢,P3波传播最慢而衰减最快;（2）随着入射角的增大,反射P2、P3和S波的振幅反射系数均先增大后减小,反射P1波则先减小后增大,且边界透水条件对反射P2和P3波的振幅反射系数影响显著,对P1和S波的影响较小,但透水和不透水边界下振幅反射系数随入射角的变化趋势一致;（3）反射P2、P3波的振幅反射系数均随频率的增大而增大,且不透水边界下反射P2波的振幅反射系数大于透水边界下的反射系数,而反射P3波则相反;（4）随着频率增大,透水边界下反射P1波的振幅反射系数先增大后减小,不透水边界下先减小后增大再减小,反射S波的振幅反射系数随频率变化情况则与P1波相反。     

应用主成分分析法研究渗透介质的渗透稳定问题

结合国内多个水电工程的大量渗透试验数据,在多维系统中选择了5项指标:干密度、孔隙比、不均匀系数、渗透系数和临界坡降,采用多元统计中的主成分分析法进行聚类, 运用回归分析建立了砂性土、砂卵石土、断层带物质三类渗透介质的渗透模型.将所建立的断层带物质渗透模型应用到单薄山梁断层带的渗透稳定分析预测上,得到了模型计算结果与渗透试验所得结果相一致的结论,说明主成分分析法在渗透稳定分析中具有一定的适用性.     

开展对低渗透介质的水文地质学研究

低渗透介质水文地质学研究还处于萌芽状态,本文就其研究的主要内容提出了建议并进行了讨论     

双重含水介质水文地质参数的高分辨率识别

某火山岩矿区由于受后期构造影响,含水介质除了发育成岩裂隙-孔洞外,还发育有多组构造裂隙和剪切破碎带。抽水试验显示:抽水早期(≤6min)各观测孔的降深明显大于泰斯理论降深(单重均质),中后期(6min)趋于一致,呈现出双重含水介质的释水特征。本次研究在充分分析双重介质释水机理的基础上,结合时间步长为20s的高分辨率降深资料,采用分段泰斯模型进行了水文地质参数的识别。结果表明:剪切破碎带等强导水介质的弹性给水度略小于成岩裂隙-孔洞弱导水介质的弹性给水度;但导水系数相差很大,强导水介质一般为5 590~6 130m2/d,而弱导水介质仅715~743m2/d,这必然会导致未来矿山开拓过程中初见涌水量和稳定涌水量的显著差异,需要引起足够的重视。     

多孔介质渗透特性的试验研究

本文通过理论和试验完整地对多孔介质(主要指粒状介质)进行了分析,并认为粒状介质的渗透规律是受外部因素(水力梯度)和内部因素(介质本身和流体)综合构成的属性,其渗透规律乃是一个完整的物理过程。通过理论分析给出了多孔介质的统一表达式,并通过试验着重研究了孔隙率和流态的关系。     

裂隙岩体流固耦合双重介质模型的有限元计算

基于孔隙-裂隙岩体的双重孔隙介质流固耦合计算的微分方程,利用伽辽金有限元法提出的相应有限元公式,并基于岩体分类指标（RQD,RMR）提出了与岩体应力状态相关的渗透系数计算公式。编制了相应的有限元程序并给出了应用算例,将计算结果与相关文献作了比较,得出相关结论。     

有效压力对低渗透多孔介质孔隙度、渗透率的影响

以低渗透多孔介质为研究对象,通过实验得出孔隙度、渗透率随有效压力变化曲线。研究表明,流体在低渗透多孔介质中渗流时,流固耦合效应十分显著。这是因为低渗透多孔介质的孔隙很小,而孔隙度的微小变化,都会对渗透率产生大的影响,因此低渗透介质随有效应力的变化十分明显。由于流固耦合效应的存在,在低渗透油气藏的开发中,不宜采用降压开采,进行油藏数值模拟时,也应进行油藏流固耦合数值模拟。      

隧道开挖的双重介质水力耦合模型有限元分析

基于混合物理论孔隙-裂隙岩体的双重孔隙介质水力耦合计算的微分方程,利用伽辽金有限元法提出了相应的有限元公式,并基于岩体分类指标（RQD,RMR）提出了与岩体应变状态相关的渗透系数计算公式。编制了裂隙岩体双重介质流固耦合的2-D有限元程序,给出的验证算例表明,该程序是合理和实用的。同时将该程序用于隧道开挖的模拟计算,探讨渗流效应对开挖隧道围岩变形与渗流场的影响。计算结果表明,在隧道设计中不考虑渗流的影响是偏于不安全的。     

连续渗透边界下非饱和土竖井地基固结解析解EI北大核心CSCD

基于非饱和土轴对称固结理论和等应变假设,引入连续渗透边界条件,采用边界条件齐次化、本征函数法,推导得到瞬时均布荷载下非饱和土竖井地基三维固结解析解。通过与双面完全渗透边界条件下已有解析解进行对比,验证了所得解析解的正确性。对所得解进行算例分析发现:通过设置合理上、下界面参数,所得解可用于模拟实际上、下边界透水透气任意分布的情况,弥补了目前无法考虑上、下边界渗透性介于渗透与不渗透之间或不对称分布的不足;在井径比及井深适当的前提下,当径、竖向渗透系数比大于2时,竖向渗流对于超孔隙压力消散的影响较小;当考虑竖向渗流时,上述影响随着上、下边界渗透性能的增强而愈加明显。     

基于COMSOL Multiphysics的非饱和裂隙土降雨入渗特性研究

基于COMSOL Multiphysics软件对非饱和裂隙土降雨入渗特性进行数值模拟研究。通过将裂隙和基质分别离散成有限单元,建立了能充分模拟土中裂隙流、基质流以及裂隙-基质流量交换的离散裂隙-孔隙介质模型。结合"空气单元"的概念,对裂隙土的上边界进行模拟。该方法不仅能描述降雨初期雨水沿裂隙优先入渗的现象,还能描述当降雨量大于裂隙土入渗量时雨水沿地表流走的现象。通过对地表以下2 m深度内低渗含裂隙土体进行模拟,分析了裂隙的几何特征、基质的水力特性、前期水分条件以及降雨强度对非饱和裂隙土降雨入渗过程的影响。结果表明,在非饱和裂隙土中,存在两个主要的渗流过程:一是水沿裂隙优先流动;二是水不断从裂隙吸入基质中,基质吸收水的作用抑制了裂隙中优势流的发展。与裂隙的几何特征相比,基质的水力特性对非饱和裂隙土渗流的影响较大。增大基质的饱和渗透系数可能使由裂隙流主导的渗流过程转变为由基质流主导的渗流过程,而基质的非饱和特性与裂隙土的初始含水率改变了土体的储水能力,从而加速或延缓了降雨入渗至某一深度的时间。降雨强度对土体入渗速率和入渗量均有影响,当超过裂隙土的入渗能力时,多余积水沿地表流走,断面入渗率随...     

基于长观水位及历史降雨量的建筑抗浮水位取值研究

以贵阳市地铁2号线三桥站主体结构基坑抗浮为研究对象,根据长观孔3~5年地下水位与降雨量关系对地下水位动态变化进行分析,提出一种定量计算抗浮水位的取值方法:抗浮水位值包括三个部分,勘察期间场区地下水最高水位(H kmax)、可能的意外补给造成该层地下水位的上升值(ΔH 0)及该层地下水相对勘察时的最大变幅值(ΔH e);长观孔地下水位呈雨季升高、枯季下降的变化规律,最高水位出现在6、7月份;通过对4、5、6月份的降雨量与观测孔水位进行线性拟合,得到地下水位变化量与月降雨量变化量的线性变化关系;结合历史降雨量推测场区地下水位的最大升幅为2.26 m,进而计算场区的抗浮水位为1128.46 m.     

基于PML边界下的弹性及黏弹性TTI介质波场模拟

基于一阶速度-应力波动方程,采用高阶交错网格有限差分数值模拟方法,对弹性及黏弹性TTI介质进行正演数值模拟。模拟时采用完全匹配层吸收边界条件(PML)消除边界反射。同时设计了层状介质模型、断层模型,通过模型的正演计算,得到了不同时刻的地震波波场快照及合成地震记录,分析其波场运动学及动力学特征。模拟结果表明,交错网格有限差分法可以很好地完成对复杂介质的波场模拟,具有较高的精度和可靠性。     

不同边界和地基条件的大型滑坡体动力响应分析

动力有限元计算结果的真实性与模型边界条件的设置和地震波输入高程的选择有着密切的关系。采用动力有限元时程分析法对不同边界和地基条件的大型滑坡体进行了数值计算,在此基础上分析了地基辐射阻尼和地震加速度输入高程对滑坡体动力响应的影响,以及大型滑坡体的地震响应规律。结果表明,上田镇大型滑坡体在动力作用下上部的位移响应值大,剪应力小,而下部则相反;黏弹性边界能有效地降低滑坡体的地震反应,而且地震输入高程的不同对滑坡体的地震响应会产生相当大的影响,地基辐射阻尼和地震波输入的模拟合理性直接影响滑坡体动力分析的客观性。     

基于覆岩破坏传递的导水裂缝带发育高度研究

采动影响下覆岩破坏及导水裂缝带高度对于水体下采煤、保水采煤等具有重要意义。分析了采动影响下覆岩破坏传递过程,并将其划分为传递发育阶段和终止阶段;通过理论分析建立了上覆岩层悬空完整和悬伸稳定力学模型,提出以极限悬空距和极限悬伸距为判据用于判断每层岩层破坏情况,得出了计算导水裂缝带高度理论新方法,并通过工程实例与实测值进行了对比分析。结果表明,基于覆岩破坏传递模型的导水裂缝带发育高度计算方法预计的导水裂缝带高度（158.8 m）与实测结果（150~170 m）吻合较好,验证了该理论方法的可行性。     

基于WEBGIS和实时降雨信息的区域地质灾害预警预报系统

基于WEBGIS平台,根据浙江省地质灾害大调查和补充调查资料,结合浙江省气象台提供的雨季实时降雨量与降雨量预测信息,建立了浙江省突发性地质灾害预警预报系统。该系统目的在于：（1）建立浙江省突发性地质灾害信息库管理系统,实现对突发性地质灾害点分布和灾情信息的图形和数据一体化管理;（2）建立基于网络或其它通讯方式的滑坡（泥石流）灾害实时预警预报系统,实现与气象部门的连接,根据雨季的实时降雨预报和雨量资料,对浙江省滑坡（泥石流）灾害发生的空间范围进行实时发布。该系统核心是地质灾害预警预报模块,而模块是在区域地质灾害空间预测的基础上,结合实时的气象动态信息,研究在不同地质环境和不同气象条件下地质灾害体发生的规律,以提高区域地质灾害的预报精度。2004年的5月底到7月初的雨季中进行了试运行,该系统的预测情况与地质灾害的实际发生情况吻合性较好,表明预测方法和模型是基本可行的,且可操作性强。     

不同降雨条件下城市下垫面表面薄层水流的典型参数试验研究

以北京昌平未来科技城试验基地的降雨强度为降雨条件，通过室内降雨试验平台，研究了4种典型不透水下垫面（沥青、砼面、SBS改性沥青和砼方砖）和4种典型透水下垫面（草坪砖A、草坪砖B、风积砂砖A和风积砂砖B）分别在8种恒定雨强条件下形成薄层产流后的糙率系数、沿程阻力系数和径流系数的变化过程。结果显示：平面尺寸、表面光滑度、材质对不透水下垫面的糙率和沿程阻力系数影响较为明显；而结构、材质对透水下垫面的糙率和沿程阻力系数影响较为明显；两类下垫面的糙率值和沿程阻力系数均随雨强增加呈现减小的变化趋势，但变化的幅度较小，之后逐渐趋于稳定；两类下垫面的径流系数在不同雨强下保持相对稳定。     

基于Hardin曲线的土体边界面本构模型在ADINA软件中的实现

为了提出一种适合于岩土地震数值模拟的土体本构模型,基于土体动应力-应变关系的Hardin曲线及其在非等幅往返荷载下的Pyke修正,采用von Mises准则在偏应力平面上构造边界面,以反向加载点和当前应力点的连线在边界面上投影的比例作为硬化参数,推导了塑性硬化模量并给出该边界面本构的具体增量表述。在有限元软件ADINA中通过自定义材料的二次开发实现了该本构模型,并利用动三轴试验对该本构模型进行了验证。数值模拟与试验结果的对比表明,本构模型能如实反映土体的应力-应变关系。针对实际工程场地的地震反应,应用边界面本构模型在ADINA中进行了二维数值模拟,与SHAKE91的计算结果进行了对比,说明了该本构模型应用于岩土地震工程问题的合理性。     

基于Logistic回归及前期有效雨量的降雨诱发型滑坡预测方法

滑坡预测预报一直是国内外滑坡灾害研究的重点。且多数滑坡均属降雨诱发型。为此将降雨诱发型滑坡的研究列为重中之重。但是,降雨与滑坡发生的关系不仅密切,而且非常复杂。除降雨外,还涉及到地质、气象、水文、土壤等多个学科。因此,至今尚未总结出一种对降雨诱发型滑坡进行定量预测预报的成熟方法。文章将Logistic回归模型与前期有效降雨量结合,形成一套对降雨诱发型滑坡进行定量预测预报的方法。并以长江三峡地区为例进行了检验,效果较好。