基于单、双重渗透介质降雨边界处理的改进

在降雨入渗模拟中,现有研究无法准确实现复杂降雨条件下降雨边界在流量与压力两类边界之间的双向动态转换。基于饱和?非饱和渗流理论,将降雨补给流量与实际入渗流量的差值作为两类边界动态转换的判别条件,改进了单重渗透介质降雨边界动态转换控制方程,并进一步提出了双重渗透介质降雨边界处理方法及控制方程,在此基础上进行了数值试验及工程实例验证。结果表明：改进的降雨边界动态转换控制方程克服了传统降雨边界只能实现流量到压力边界单向转换的局限性,可准确实现流量边界与压力边界的双向动态实时转换;案例边坡的降雨入渗模拟结果说明了改进后降雨边界的正确性和工程适用性。     

转换波反射系数近似公式的比较及分析

多分量地震资料解释的首要问题就是多分量的标定和对比,其中最关键的是转换波反射系数的求取及子波的选取,然而Zoeppntz方程在数学表达上极其复杂,在物理意义上也不直观,因此很难得到直接的应用.为此,在详细介绍五种近似公式的基础上,利用六种模型分析了随入射角的变化各公式的适应性,最后得出结论,Aki和Richard的近似公式适应性普遍比较好.     

对流扩散方程系数反演的改进遗传算法

在标准遗传算法的基础上,利用欧氏距离来判断个体之间的相似程度.通过竞争,相似程度高且适应度差的个体被淘汰, 并辅以随机交叉算子和随机变异算子, 构造出了一种改进的遗传算法.改进的遗传算法在迭代过程中既能有效保持群体的多样性, 避免出现局部极值, 提高遗传算法的内在并行性,又能通过竞争淘汰, 使搜索能力得到加强, 加快了搜索速度.实验表明,改进的遗传算法能有效的应用于对流扩散方程系数反问题的求解.     

基于遗传算法的扩散波洪水演算参数的确定方法

大量的理论分析和实际洪水演算表明,扩散波方法是一种既具有足够精度又相对简单的一类洪水演算方法。以线性扩散波方程在自由下边界条件下的解析解为例,利用遗传算法来确定扩散波方程的参数。遗传算法和一般的优化算法不同,它具有全局寻优能力,一般能得到问题的最优解或准最优解,是一类优秀的非线性函数优化方法。实例计算结果表明,采用遗传算法所得到的参数精度较高,可以类推到其它水文模型的参数率定中去。     

降雨诱发边坡破坏数值模拟两个关键问题的解决方法

研究降雨因素对边坡稳定性的影响,最有效的方法是室内外试验和数值模拟方法,最为重要的是设置与实际情况接近的降雨入渗边界与动态流量边界下初始孔隙水压力分布问题。为有效地解决这两方面的问题,首先将现有的降雨数值边界施加方法所得模拟结果与室内试验结果进行了对比分析,指出了传统方法的不足之处,并在此基础上提出了新的降雨数值边界条件,即在土体表面施加一层很薄的"空气单元",表述的是一个动态的边界条件。降雨入渗边界施加在"空气单元"表面,而不直接施加在土体单元表面,应用该方法完成的入渗土柱数值模拟结果更加接近现场和试验测得的降雨入渗率,为有效模拟降雨诱发边坡破坏的边界条件提供准确、真实可行的方法。同时,由于相对渗透系数和负孔隙水压力均为饱和度的函数,通过设置流体的抗拉强度来赋予节点负孔隙水压力模拟基质吸力,在数值模拟中每一个计算步根据节点饱和度自动更新负孔隙水压力和相对渗透系数,可实现FLAC软件中非饱和土的有效渗流分析。此外,为解决非饱和区土体施加负孔隙水压力所带来的问题,提出数值模拟过程中施加动态的流量边界,通过模拟自然界中地下水的补给,很好地解决使用FLAC进行数值模拟时动态流量边界条件下初始孔隙水压力的分布问题。     

基于入射角的AVO近似弹性波阻抗方程及反演

AVO技术在油气勘探中已经得到广泛应用,但是在应用Zoeppritz方程的线性近似方程时,通常是直接应用入射角代替平均角进行参数计算,这样做会给反演工作带来误差。基于入射角的AVO近似方程将反射系数表示为入射角的函数,可以解决常规计算中存在的误差。过程如下:首先,由基于入射角的AVO近似方程推导得到基于入射角的弹性阻抗方程,将其标准化以实现不同角度的弹性阻抗间量纲的统一,并通过经典的AVO模型验证其准确性;然后,建立基于新方程的弹性阻抗反演方法,对Marmousi2模型进行反演,与常规方法反演结果进行对比,结果表明,新方法得到的结果更加准确;最后,利用某实际工区数据进行反演,得到的结果与实际测井资料匹配效果很好,证明了该方法有很强的实用性。     

下边界条件为水位流量关系的扩散波洪水演算方法研究

经大量的理论分析和实际洪水演算表明,扩散波可较好地反映洪水波的运动特点。本文基于河道下断面的水位流量关系和连续方程的联立求解,导出了水位流量关系型的下边界条件。利用Laplace变换,得到了扩散波方程在该边界条件下的解析解。文中的求解过程表明,可利用该法进行洪水演算,关键在于如何与实际洪水结合,这个问题有待进一步地分析研究。     

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Richards传导方程的降雨型浅层滑坡稳定性分析

基于描述流体在多孔介质中毛细传导行为的Richards方程,Iverson（2000）推导了斜坡中任意深度处的孔隙水压力对降雨入渗的响应方程,本文在此基础上进一步推导了降雨型浅层滑坡稳定性计算表达式。该表达式考虑了坡体非饱和区饱和度和坡体重度在降雨入渗过程中的变化。算例结果表明：降雨入渗过程中浅层滑坡稳定性系数逐渐降低,且在降雨停止后的较短时间内达到最小值,之后逐渐增大,但增大速率比降低速率要低。这种变化趋势在不同初始地下水位竖向埋深情况下是一致的,但稳定性系数随初始地下水位竖向埋深增大而减小。降雨历时和降雨入渗率对浅层滑坡的稳定性均有显著影响,表现为降雨历时和降雨入渗率越长（大）,稳定性系数降低幅度越大,但后者的影响受到滑坡体竖向渗透系数的控制。     

基于Biot方程的纵波波场高阶有限差分法模拟及波场分析

地球物理勘探中的含油气储层通常被认为是一种典型的双相介质,这种介质模型能更精确的描述含气性储层的特征,开展双相介质波场传播特性的研究具有十分重要意义。研究以Biot理论为基础,从双相介质中的纵波方程出发,导出求解双相各向同性介质中纵波方程的高阶差分格式,在此基础上实现双相各向同性介质中纵波方程的高阶有限差分法正演模拟,数值模拟结果表明:这种算法能在少量增加计算量的前提下大大提高精度,同时波场模拟结果与理论相吻合,波场快照快慢纵波的波场反映出不同速度、相位相反等特征差异,对将该理论应用于实际有重要的指导意义。     

基于改进相移法的煤田地震瑞利波资料处理

相移法是一种常用的提取瑞利波频散曲线的方法,然而在复杂波场条件下,相移法计算的频谱中瑞利波频散能量分辨率较差,使得频散曲线的准确性降低。本文对相移法进行改进,将频散谱上各点的振幅值进行求幂运算,以提高频散能量的收敛性与聚焦性。我们利用改进的相移法对理论地层模型的模拟数据和某研究区的煤田地震实际数据进行处理,将处理结果与常规相移法生成的频散谱对比分析,并对实际资料的频散曲线进行反演,生成研究区地层的二维(2D)横波速度剖面。研究结果表明改进的相移法能够增强瑞利波信号在频率—速度域中的信噪比,提高频散能量谱的分辨率和频散曲线的准确性。     

基于抛物线方程的坐标拉伸τ-p变换的P-P、P-SV波分离

分离P-P波和P-SV波最常用的是τ-p变换法, 但是在τ-p域中, P-P波和P-SV波常有重叠部分, 不能很好分离。地震勘探中, 当炮检距小于界面深度时, P-P波和P-SV波的时距曲线方程都可近似为抛物线方程。针对这种情况, 提出了一种基于抛物线方程的坐标拉伸τ-p变换的P-P、P-SV 波分离方法, 该方法首先对地震记录沿空间方向上进行坐标拉伸, 再进行τ-p正变换, 在τ-p域中分离P-P波和P-SV波, 其次对P-P波和P-SV波分别进行τ-p反变换, 实现P-P波和P-SV波的分离。与常规τ-p变换法对比分析表明, 利用该方法能很好地将合成地震记录中的P-P波和P-SV波分离。     

非连续群桩屏障对平面P、SV波的隔离效应:二维宽频带间接边界积分方程法模拟

采用一种高精度的间接边界积分方程法(IBIEM),对二维非连续群桩屏障对平面P、SV波的隔振效果进行宽频带计算分析。该方法基于单层位势理论,通过在非连续屏障交界面附近引入虚拟波源,分别用以构造散射体内、外散射场,继而由边界条件建立方程并求解得到虚拟波源密度,外部的总波场可由散射场和自由场叠加而得到。精度检验表明,该方法能够精确高效地求解任意排桩的宽频隔振问题。进而以圆柱实心桩为例,通过定量化频谱分析,揭示了P、SV波入射时排桩对不同频段弹性波的隔振差别,探讨了不同波速比、桩间距、桩排数对隔振效果的影响规律,研究结果表明:(1)隔振效果存在最优无量纲频段,宜优化设计桩径和桩间距以达到最佳效果;(2)场地土愈软,隔振效果愈佳。相比P波,SV波对于桩间距更为敏感;(3)低频波宜采用多排桩,但对高频波,采用三排以上的桩屏障对隔振效果的提升则不再显著。