三维有限差分法中提高计算水平磁场准确度的方法

为提高三维有限差分法的计算准确度,本文用地表边条件修改了原来的计算程序.新方法新程序通过计算Wannamaker等的模型,检验其效果.结果表明,新程序显著提高了水平磁场值的准确性,同时也改进了垂直分量的计算.

基于三维有限差分法的矿井全空间TEM响应特征研究

选用磁偶极源为初始激发源,以无源麦克斯韦微分方程组为基础,采用显式差分方程推导了含低阻异常体的均匀全空间下的瞬变电磁场的三维时域有限差分形式,在改进的非均匀网格模型中,验证了数值模拟的准确性。模拟计算了全空间瞬变电磁场的传播以及不同距离和厚度的含导水断层的响应特征,简要分析特征规律。结果表明:含导水断层对磁场分布影响较大,瞬变电磁场含导水断层响应的起始时间受距离影响,而响应的时间范围和幅度则由距离和厚度共同影响,为解释全空间TEM含导水断层提供参考。

三维时域有限差分法计算金纳米粒子尺寸与SERS活性的关联

通过合成一系列不同粒径(16～160nm)的金纳米粒子,观察到120～135nm的金纳米粒子在632.8nm波长激发下具有最高的SERS活性,这与前人报道的电磁场理论及实验的结果不同。利用三维时域有限差分法对金纳米粒子的SERS活性与其尺寸以及入射光波长的关系进行模拟计算。在632.8nm激发线下,金纳米粒子二聚体体系在粒径为110nm左右具有最佳增强效应,其光电场耦合最强的热点处的增强因子高达109。考虑到体系的平均SERS增强因子通常会比最大值低约2个数量级,计算得到的107的增强因子与实验测量值相符。同时对目前实验上尚难以合成的大尺寸的金纳米粒子进行模拟,结果表明受多极矩和大尺寸效应的影响在粒径220nm时又出现SERS增强另一峰值。在325nm的紫外激发线下,计算得到的增强因子仅为102。

地下厂房岩锚吊车梁三维有限差分分析

应用三维有限差分法,采用FLAC3D程序对洪屏抽水蓄能电站地下厂房的岩锚吊车梁进行数值模拟。对锚杆受力情况、轮压荷载影响范围、锚杆与接触面关系、接触面受力状况、梁体受力及位移情况进行了分析,得出有意义的结论和建议,对岩锚吊车梁的设计提供了参考价值。

测量U形建筑基础接地电阻的有限差分分析

运用三维有限差分法,模拟运用短距回路电极引线测量U形钢筋混凝土建筑浅基础的工频接地电阻时,在不同布极方式下的地面电位分布,分析指出运用直线-三极法时,常用40 m回路电极引线测量U形建筑基础接地电阻的合理测量点及布线方向。研究结果深化了对大尺度不规则接地系统进行短距接地电阻测量的理论认识,对U形建筑基础接地电阻的常规短距检测具有重要的工程应用指导意义。

清江水布垭地下厂房围岩稳定三维数值分析

采用三维有限差分法,对水布垭地下洞室群围岩稳定性进行了分析。通过多种方案计算和比较,论证了局部软岩置换、支护型式优化、支护参数优化的合理性。在此基础上对地下洞室围岩的整体稳定性作出评价。

井地直流电法三维数值模拟中若干问题研究

讨论了地下垂直线源分段计算和场叠加的方法,并实现了在套管上供直流电的三维数值模拟。讨论了大型容量矩阵的压缩存储方式,采用数组和结构体相结合的方法实现容量矩阵的一维链表式压缩存储。在求解超大型稀疏线形方程组时引入不完全Cholesky分解稳定化的双共轭梯度算法(ICBG),通过与均匀半空间垂直线源解析解的对比,证明了该算法是准确可靠的。

银盘水电站左岸坝肩边坡稳定性三维数值分析

银盘水电站左岸坝肩边坡开挖量大,边坡岩体内发育有多条层间剪切带,其中Ⅱ1-7005、Ⅱ1-7006因其出露部位以及与大坝的相对位置,其影响最为显著。依据流固耦合理论,采用三维有限差分法对左岸坝肩边坡及坝基岩体在施工期、大坝运行期等各种不同水位工况下的变形、应力、塑性区、孔隙水压力分布等开展了研究。结果表明,边坡开挖将导致坝轴线上游位于层间剪切带上盘的岩体变得单薄,稳定性较差,局部有顺剪切带向下且朝下游滑移的趋势。大坝建造后坝体自重使得坡面岩体压应力有所增加,总体改善了边坡的应力状态。校核洪水位工况下大坝的运行水位对边坡稳定最为不利。

关于弹性三维计算机模型的创建

三维有限差分法模拟弹性波传播的方法,结合了先进的计算机特征与物理特征,并增加了各向异性处理能力,最后利用高性能计算处理和大量的并行处理来产生可行的地震全三维物理地震模型。本文详细介绍了这种方法。

根据动力学模式进行的三维近场强地面运动的模拟

使用三维有限差分法模拟了由浅走滑断层破裂过程产生的强地面运动。此破裂过程是用一种具有固定破裂速度的裂纹模式来模拟的。还研究了与断层位置和震源参数(像应力降或破裂速度)相关的峰值地动速度图象的变化。我们的发现表明,这些图象受到破裂方向和断层或凹凸体最上部所在深度的强烈影响。当断层突破地表时,峰值地动速度和峰值地动加速度显示出狭窄的强运动区域。当断层隐伏在地下时,平行于断层的高峰值地动速度分量所在的区域距断层迹线有一段与断层深度相当的距离。另一方面,垂直于断层的峰值地动速度则是沿断层迹线最大。断层长度(或凹凸体长度)对峰值地动速度并无太大影响。对有关应力降和破裂速度的非均匀性对强地面运动的影响也作了研究。当应力降不均匀且在最浅的深度处从零开始线性增加时,峰值地动速度减小。这些结果有助于更好地预测由有潜在的危险断层所产生的强地面运动。

193 nm激光对MgF_(2)窗口材料的损伤特性研究

随着光刻技术和低温硅退火等大能量、高功率紫外激光系统的发展,激光装置中窗口材料面临的紫外激光诱导损伤的问题越来越得到重视。MgF_(2)窗口是紫外波段难以替代的光学窗口材料,具有比CaF_(2)更优的紫外透光率、更低的折射率和更高的硬度等优点,因而在高功率紫外激光器、深紫外探测器、光电探测和对抗领域具有重要的应用。研究激光对MgF_(2)窗口材料的损伤机制对推动其在光学领域的应用至关重要。本文通过扫描电镜分析MgF_(2)窗口材料在193 nm紫外激光(2.8 J/cm^(2))辐照下出现的裂纹和凹坑等损伤形貌,随着激光脉冲数和能量的增加,MgF_(2)窗口材料的后表面损伤程度呈指数级增加,窗口材料的后表面损伤程度比前表面更加严重。利用三维时域有限差分(3D-FDTD)方法对193 nm激光辐照MgF_(2)窗口材料内部的激光电场分布进行了计算。模拟发现无论缺陷在前表面还是后表面,电场强度的峰值都出现在后表面附近,后表面更容易被损伤,这与实验结果吻合;缺陷在激光辐照过程中会导致光场的局域调制,增强吸收,同时降低材料表面的机械强度。

盾构隧道联络通道施工力学行为数值模拟分析

以广深港客运专线狮子洋隧道为依托,采用三维有限差分法FLAC3D,模拟盾构隧道与联络通道组成的空间交叉结构的施工过程。结果表明,由于联络通道的施工,使盾构隧道的变形由对称变形转为不对称变形,并使与联络通道相连接的交叉部管片产生应力集中,导致开洞侧管片及联络通道结构自身产生上下截面整体受拉的不利受力形式。应注意对开洞侧管片及联络通道靠近开洞口处混凝土进行适当的加厚并增加配筋量。

水平场转换函数空间分布特征的数值模拟

应用三维有限差方法 ,对长方形导体的水平场转换函数分布特征进行数值模拟计算 ,给出了实部和虚部的分布规律 ,并研究了源场周期、导体导电率、导体埋深、导体长度对转换函数取值的影响 .转换函数的极值分布在导体中央、4个犄角和边界附近 ,且随边界而移动 。

瑞能煤矿区段煤柱中巷支护技术

在瑞能煤业有限责任公司采空区留下的相临的2条块区段煤柱中间试掘运输巷和回风巷(简称区段煤柱中巷)。由于2条巷道均出现压力大,造成巷道难以支护,影响正常掘进。以该矿区段煤柱中巷支护为工程背景,采用三维有限差分法数值计算软件(FLAC3D)分析巷道掘出后围岩的应力场和位移场并对不同支护方式巷道的变形破坏机理进行对比性模拟,并根据模拟实验结果制定支护方案,为区段煤柱中巷支护方案的优化确定提供科学依据。

重庆长江特大悬索桥隧道锚碇区岩体稳定分析

运用三维有限差分法(FLAC-3D)对重庆鱼嘴长江特大桥的隧道锚碇区岩体稳定性进行了数值模拟,分析了原始山体、施工开挖后以及在主缆荷载、塔基荷载作用下岩体的变形、应力状态以及拉应力、塑性区分布,计算了各种工况下岩体的稳定性。根据计算分析结果,对隧道锚碇区岩体稳定性进行综合评价。目前在建的大型特大型悬索桥隧道锚碇不多,加之此软硬岩互层区建隧道锚的工程实例非常少见,因此进行该隧道锚碇区岩体的稳定性分析,具有一定的工程实用价值和推广借鉴价值。

黑河水库单薄山梁灌浆帷幕效果影响因素分析

采用三维有限差分法,建立起黑河水库单薄山梁在水库正常高水位作用下的三维地下水稳定渗流模型,并采用水平径流障碍模块对灌浆帷幕进行了模拟。在此基础上,以帷幕上下游水位差以及通过单薄山梁的渗漏量为指标,对影响帷幕效果的帷幕深度、帷幕排数以及帷幕单位吸水率等进行了分析研究,结果表明:布设灌浆帷幕是必要且有效的,可有效降低帷幕下游浸润线标高,部分减少下游渗漏量;悬挂式帷幕能显著降低帷幕下游浸润线标高,但不能显著减少通过单薄山梁的渗漏量;帷幕的质量对帷幕的效果影响最大,在帷幕施工过程中一定要严把质量关。

某过江隧道南线工程降水方案研究

以纬三路过江通道南岸工程为背景,结合场区工程地质及水文地质条件,借鉴该地区类似工程经验,确定基坑降水的影响半径及场区综合渗透系数参考值,在此基础上进行深基坑的降水计算与设计,详细介绍了疏干井和降压井在基坑降水中的应用。最后,建立地下水渗流数值模型,采用三维有限差分法对基坑内承压含水层降水效果进行模拟验证。模拟结果表明:该降水方案合理可行,达到了设计要求,能够取得明显的效果。实践表明降水方案合理可行,可为该地区其他类似基坑降水工程提供指导。

某地下厂房围岩喷锚支护效果的大变形数值分析

采用三维有限差分法对某水电站的地下厂房分级开挖过程进行仿真模拟,研究了采用喷锚支护和无支护条件下围岩应力场、位移场及破坏区的分布规律。结果表明:对围岩采取喷锚支护措施将优化围岩应力分布、限制围岩变形及破坏区分布,有效提高开挖过程中的围岩稳定性。

弓形缺失水平井井孔声场数值模拟

针对水平井中可能存在的水泥环上层弓形缺失,通过建立不同弓形缺失高度、弓形缺失部分为混浆等模型,利用交错网格有限差分法求解应力—速度的一阶偏微分方程组,实现水平井弓形缺失复杂井孔声场的数值模拟。模拟结果显示,弓形缺失的弓高影响声场首波幅度和旅行时间,弓高低于水泥环厚度30mm首波为第Ⅱ界面特征波,高于30mm首波为套管波;弓形缺失部分为混浆对声场波幅和首波旅行时间影响不是特别明显,但是与内部为水的声场相比,首波幅度明显减小;当水泥环存在弓形缺失时,靠近缺失部位的接收器接收到的首波幅度明显减小,首波旅行时间则明显增大,依此可以判断缺失方位。

镀膜光纤探针近场捕获的模拟与实验

为提高近场捕获的能力与灵活性,研究了一种利用镀膜光纤探针对纳米微粒进行近场捕获的方法。采用麦克斯韦应力张量和三维时域有限差分方法建立了近场中纳米微粒的作用力模型,通过光阱力与其他作用力的比较讨论了近场捕获的稳定性,并根据各轴向光阱力的分布情况分析了纳米微粒的捕获尺寸与捕获位置。结果表明,只有当微粒尺寸小于探针孔径时才存在捕获效果,探针尖端不同位置出现不同捕获过程,在光阱力的作用下微粒最终被捕获至孔径边缘并形成圆状分布。结合纳米定位与检测方法,设计了全光纤低损耗的光纤探针近场捕获系统,并对120nm的聚苯乙烯微粒进行了捕获实验。结果表明,采用极低的激光功率能把粒径为激光波长1/7的纳米微粒捕获至光纤探针尖端,并形成内径与探针孔径一致的圆环状分布。该计算与实验结果为近场纳米操作的实验研究打下了基础。