2D FEM analysis for coupled thermo-hydro-mechanical-migratory processes in near field of hypothetical nuclear waste repository

In order to consider the influence of temperature and underground water movement, an elastoplastic model and a 2D FEM stress fields on the migration of radioactive nuclide with code for analysis of coupled thermo-hydro-mechanical （THM） processes in saturated and unsaturated porous media were extended and improved through introducing the percolation and migration equation, so that the code can be used for solving the temperature field, flow field, stress field and nuclide concentration field simultaneously. The states of temperatures, pore pressures and nuclide concentrations in the near field of a hypothetical nuclear waste repository were investigated. The influence of the half life of the radioactive nuclide on the temporal change of nuclide concentration was analyzed considering the thermo-hydro-mechanical-migratory coupling. The results show that, at the boundary of the vitrified waste, the concentration of radioactive nuclide with a half life of 10 a falls after a period of rising, with the maximum value of 0.182 mol/m3 and the minimum value of 0.181 mol/m^3 at the end of computation. For a half life of 1 000 a, the concentration of radioactive nuclide always increases with the increase of the time during the computation period; and the maximum value is 1.686 mol/m^3 at the end of the computation. Therefore, under the condition of THM coupling, the concentration of radioactive nuclide with a shorter half life will decrease more quickly with water flow; but for the radioactive nuclide with a longer half life, its concentration will keep at a higher level for a longer time in the migration process.

多通道瞬变电磁法2D有限元模拟

多通道瞬变电磁法的反演工作是在大地脉冲响应的基础上进行的,因此本文用2D有限元正演来求取大地脉冲响应,实现多道瞬变电磁法的正演模拟研究.研究工作首先在有源大地电磁法2D有限元模拟的基础上进行,原有2D有限元法的频带相对于多通道瞬变电磁法的频带是窄频的,为此采用校正法将其扩展到所需的宽度,实现了频率域宽频带有源电磁勘探方法的正演模拟;然后通过频时变换变换到时间域,得到瞬变电磁法的阶跃响应;最后通过求取阶跃响应的时间导数,得到大地脉冲响应.针对多通道瞬变电磁方法的装置特点,用有一定埋深的顺层成矿模型分析了大地脉冲响应特征,发现对有一定埋深的顺层产出的矿脉模型来说,频率域电磁场结果以及时间域大地脉冲响应结果均需移除背景场才能突出异常体的存在,然而,在实际工作中,未知的背景场限制了其实用性.为此,本文利用多通道瞬变电磁方法数据量大的特点,提出用不同偏移距的等时曲线与等时断面来展示脉冲响应模拟结果,事实表明这两种展示方式可以清晰地分辨出矿体引起的异常,且能准确定位矿体的中心在地面的投影位置,从而说明多通道瞬变电磁方法相对于频率域有源电磁方法,对有一定埋深的顺层矿床有更高的分辨能力.

盾构施工仿真及其相邻影响的数值分析

针对地下结构传统的简化计算方法的不足,采用适应性较强的有限元法,对盾构隧道施工过程中的施工步骤、管片与土层接触面以及开挖过程中地应力释放等多方面进行了有限元模拟,并且利用同济曙光软件计算和分析了盾构施工对临近 构筑物的影响以及地层的变化情况,从计算结果来看是较为满意的。能够为盾构隧道衬砌的设计和施工提供有益的参考。

用二维有限元研究青藏块体东北缘地壳的水平运动

将1999～2001年、2001～2004年两个时段中青藏块体东北缘GPS水平速度场进行参考框架的变换,扣除区域刚性整体平移和旋转,得到反映区域内部相对运动的水平速度场。利用这个速度场,通过构建该区二维有限元模型,结合最优化原理,反演区域分段边界位移。将反演结果作为边界约束并将变换参考框架后的水平速度场作为有限元节点载荷,模拟区域内部水平运动场并计算其主应变率场、最大剪应变率场,以分析这两个时段中这两种场的变化特征及其与地震孕育之间的关系。

接触对桩-土-结构动力相互作用体系的影响

为了考察桩-土接触效应对结构地震反应的影响,利用有限元软件ABAQUS建立了土-桩-框架二维有限元模型,分别采用损伤塑性模型和动力粘塑性记忆型嵌套面模型模拟混凝土和土体,利用rebar单元模拟混凝土内的钢筋,取得了较好的计算效果。计算分析中采用19条不同频谱的地震波记录,考虑了地震动强度、桩径、摩擦系数等因素,以层间位移角和桩顶最大位移为主要评价指标,揭示相互作用体系的动力响应特性。分析认为,计算结果对桩、土摩擦系数的取值不敏感;不考虑土-桩接触时,近场土体的动力反应与实际情况存在一定的误差,且上部结构和桩基的动力反应会被低估,应该考虑桩-土动力接触效应;地震动强度增加时,随着结构进入塑性状态,低估程度减小;桩径增加时,低估程度没有显著变化,虽然桩基和上部结构的反应都有所减小。

利用分段式二维有限元法设计盘式永磁电机

提出了一种分段式二维有限元的方法来计算盘式电机的磁场分布和电机的反电势,以代替三维有限元方法,提高电机设计的效率。分别对扇形磁钢、圆形磁钢无定子铁心结构的盘式电机进行分析、计算,并对二维有限元法计算结果与三维有限元法进行对比分析,并设计研制了一台扇形磁钢的样机,以验证分段式二维法有限元法的正确性。

惠州抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性分析

对惠州抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩的稳定性进行了二维弹塑性有限元计算.对地下电站洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了施加系统锚杆和喷混凝土等支护措施对围岩的加固作用,研究了开挖顺序调整、间距改变以及扩挖对围岩稳定性的影响。

变频调速永磁同步电机电抗参数的研究

电抗参数是电机性能分析和优化设计的重要依据。作为调速系统的核心元件时 ,永磁电机电抗参数的准确计算对控制算法的实现以及系统性能的优劣都有重要的影响。本文提出了一种基于二维时变电磁场的参数计算的新方法 ,综合考虑了交直轴磁路的饱和、交叉饱和对电抗参数的影响 ,同时对不同工况下的参数也进行了详细分析 。

清江水布垭工程地下厂房围岩锚固方案优化研究

介绍并分析了清江水布垭工程地下厂房洞室群的锚固方案。在二维分析中比较了无锚工况和有锚工况围岩状况的差异以及不同初始地应力场时的差异。对系统锚杆做了3种不同方案的比较。在三维分析中,比较了3种不同吨位长锚索的加固效果。最后,得出了相应的结论。

一种模拟热—水—应力耦合作用的节理单元及数值分析

对于具有相同厚度的4 节点等参数节理单元,从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程入手,利用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,使之可用于分析岩体饱和不连续面中热—水—应力耦合弹性问题,并将这一单元模型加入到相应的二维有限元程序中。通过假定的有、无节理的稳态渗流算例和核废料地下处置算例,表现了由于不连续面的存在,使得岩体中不连续面两侧的位移、水头不再连续,而温度场虽然连续但与无不连续面时相比仍有一定差别。

核废料地质处置近场热—水—应力—迁移耦合二维有限元分析

引入渗透迁移方程,将所开发的饱和—非饱和孔隙介质中热—水—应力耦合弹塑性模型及其二维有限元程序进行了扩展和改进,使之可以同步地对温度场、渗流场、应力场和放射性核素浓度场的变化进行解析。然后针对一个假想的核废料处置库算例,考察了在热—水—应力—迁移耦合作用条件下近场温度、孔隙水压力及放射性核素浓度的分布及变化。

热–水–应力耦合模型及FEBEX原位试验二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,提出了一个饱和–非饱和孔隙介质中且可考虑膨胀应力的热–水–应力耦合模型,并编制了相应的二维有限元程序。以高放射性核废料地质处置的FEBEX原位试验为模拟对象进行了数值分析,比较了实测值和计算值,从而验证了程序的正确性并从分析结果中得到了一些有益的认识。

裂隙岩体的热-水-应力耦合模型及二维有限元分析

尝试将Barton—Bandis模型和Oda的裂隙张量理论结合起来应用于饱和-非饱和裂隙岩体中热-水-应力耦合过程的计算分析,研制了相应的二维有限元程序,并列举算例比较了无、有多组裂隙岩体中的应力场、渗流场和温度场的分布及变化情况。由此看到:由于不连续面的存在减弱了母岩的刚度和增大了其透水能力,使得裂隙岩体中的应力集中程度降低和渗流速度提高,从而热源产生的热量可较快地被水流传输到周围区域中去,岩体中的温度和负孔隙水压力量值也相对较低。

核废料处置概念库近场热-水-应力耦合二维有限元模拟

建立了分析饱和–非饱和介质中热–水–应力耦合现象的应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵,并使用所开发的有限元程序对一个核废料处置概念库近场的热–水–应力耦合过程进行了数值模拟,考察了缓冲层及岩体中若干点的温度、饱和度、孔隙水压力及水平方向正应力随时间的变化情况,并将部分结果与国外类似软件的计算数据作了对比,看到二者的规律在定性上有某种一致性,但定量上仍存在一定差别,笔者试着分析了原因并得出了一定的认识。

饱和-非饱和介质热-水-应力耦合二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵开始,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和-非饱和介质热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过对一个假定的核废料地下处置的热-水-应力耦合问题进行数值计算,在定性上验证了本程序的正确性。

考虑膨胀力的非饱和介质热-水-应力耦合二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,使用Galerk in方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个可考虑膨胀力的用于分析非饱和介质中热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序.通过对一个假定的核废料地下处置库的热-水-应力耦合问题的数值计算,比较了无、有膨胀力时的情况,在定性上验证了该程序的正确性.

复杂地层条件下管片设计与计算方法研究

隧道衬砌结构设计模型随着国际技术合作和交流的增加而趋于一致 ,但各国对衬砌结构计算理论的研究从来没有停止过 ,提出了越来越多的计算模型。针对盾构隧道施工过程中的施工步骤、管片与土层接触面并结合盾构施工的特点 ,利用应力释放系数的概念 ,建立了模拟盾构隧道衬砌施工全过程的有限元分析方法 ,进行了有限元模拟分析。对隧道衬砌的优化设计提供参考。

非饱和地质体中水-应力耦合二维有限元方法及对锚杆支护的分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程入手,采用Galerkin方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个用于分析饱和-非饱和岩土介质中水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。然后就一个假定的处于渗流场中的饱和-非饱和土体使用预应力锚杆的支护效果问题进行了模拟计算。结果表明,在有地下水赋存的饱和-非饱和条件下,预应力锚杆的作用主要体现在减少了土体中的塑性区,而对位移的约束依部位而异,其对渗流场的影响不大。

气液二相非饱和岩体热–水–应力耦合模型及二维有限元分析

针对高放射性核废料地质处置中水及水蒸汽二相共存的非饱和孔隙岩体,根据相关的理论,推导了应力平衡方程、流体连续性方程及能量守恒方程,使用Galerkin方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了相应的分析热–水–应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过一个核废料处置概念库的计算认识到:高放废物地质处置后的几十年内,缓冲层中的温度及液相饱和度均上升,同时该区域内要出现明显的应力、孔隙水压力、温度、液相饱和度和气相饱和度的集中现象。

饱和–非饱和介质水–应力耦合弹塑性二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程和弹塑性矩阵入手,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和–非饱和孔隙介质中水–应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过引入一组特定的与非饱和状态有关的计算公式,对一个假定的非饱和土体中水–应力耦合问题进行了数值计算,考察了不同时间土体中的位移、孔隙水压力、有效主应力、流速和塑性区的分布,定性验证了该程序的正确性。