二维非恒定渗流的有限元并行计算

建立了二维非恒定渗流的有限元并行计算模型,在windows操作系统下实现了基于消息传递的二维渗流的有限元并行计算。模型采用广义极小残余算法(GMRES)对方程组进行并行迭代求解,通过分析数据执行时的相关性和检验算法结构的固有串行性,将原有串行算法中的算法元直接并行化。对溪洛渡上游围堰的渗流分析进行了并行数值模拟,并针对水位骤降情况下非恒定渗流进行了并行计算,证明了模型的合理性。对模型进行了加速比测定,可以看出并行计算的效率随着问题规模的增加而逐渐提高。

恒定渗流作用下泥石流起动过程冲刷试验分析

渗流是泥石流水动力条件主要来源之一,不同渗流流量具有不同的渗流力和冲刷力,从而可引起不同规模泥石流。通过开展室内水槽试验,利用测压管量测渗流过程中的孔隙水压力,并结合高清摄像技术从微观角度记录堆积土体内部细颗粒的运移、骨架颗粒的坍塌现象,以此分析研究土体渗透破坏、起动形成泥石流过程中的渗流和冲刷作用。在此基础上设定水槽坡度为7°,调节恒定渗流流量分别为120、170、265、320 ml/s,分析不同恒定渗流流量对固体堆积物失稳、泥石流起动过程中流态变化的影响。分析结果表明,在恒定渗流流量作用下,堆积土体内部细颗粒迁移、骨架颗粒坍塌造成土体颗粒重排列、孔隙水压力上升进而导致土体抗力降低是泥石流土体颗粒失稳、起动、冲刷的重要原因;随着渗流流量增加,流速迅速上升,土体内孔隙水压力逐步增大,骨架颗粒的失稳、移动主要受渗流及水流冲刷两方面共同作用,堆积土体颗粒的移动分别表现出缓慢小幅滑动后稳定、过渡型滑动和快速流滑现象。

惠州地下水封油库三维非恒定渗流场研究

水封地下油库渗流场的分布是油库区地下水管理和油库运行方案的基本依据之一。为了解惠州水封地下油库区地下水在施工期和运行期的变化情况,应用三维非恒定流数值方法对复杂水文条件下的洞库区渗流场进行模拟,分析了不同初始地下水位条件对洞库区围岩渗流场的影响,探讨了施工期水幕系统不注水条件对油库运行的影响。研究表明:储油主洞开挖期间,水幕系统不注水将导致洞库围岩出现大范围的非饱和区,从而影响洞库多品种油品的储存。运行期水幕注水时的水封效果良好,洞库区围岩在进行灌浆处理后的涌水量较小。

三维非恒定渗流自由面边界积分项的高精度数值积分

在三维非恒定渗流有限元计算中,不可避免地需计算自由面上的边界积分项。建议一种高精度数值积分的方法求取自由面边界积分项。其基本思路是,基于8节点空间等参单元,根据压力为零的边界条件确定自由面满足的曲面方程,将自由面边界积分转化为ξη平面上的二重积分;然后再计算自由面与三维等参单元的交点,将交点投影到局部坐标平面ξη上,并根据点与线的相对关系,确定投影点所围成的局部坐标积分区域;再将总积分区域划分成若干个三角形子区域,并利用变步长Simpson方法计算各三角形子区域上的二重积分,从而实现了高精度的自由面边界积分。该方法避免了单元中自由面为平面的假设,可提高计算精度,特别对于单元内自由面变化剧烈情况,更为显著。将该方法应用于砂槽模型和土坝的渗流分析中,计算结果与实际情况较为接近。

沿海挡潮闸闸基非恒定渗流扬压力推求

1 问题的提出 我国拥有19000km的海岸线,在河流人海处兴建了许多挡潮闸,它们都有一个共同的特点,即外河水位随潮汐的涨落而变化,而内河水位一般情况下比较稳定,闸基渗流是典型的非恒定渗流。 1998年江苏省国营淮海农场在东滩人海中心河上新建一座挡潮闸,在进行该工程设计时,遇到了闸基非恒定渗流扬压力的求解问题,现有挡潮闸设计资料没有介绍闸基非恒定渗流扬压力求解的具体方法。笔者从一般非恒定渗流的基本方程出发,求出沿海地区常见挡潮闸闸基扬压力的理论解,对同类闸基渗流分析计算有一定的参考价值。

恒定渗流作用泥石流碎屑物质起动判别模型研究

恒定渗流条件是泥石流碎屑物质起动的主要水动力条件之一,目前鲜有学者对其起动判别模型和坡体内水力学参数变化规律进行研究。初步选取结构简单的碎屑物质作为地质模型进行理论分析,建立起动判别模型,借助模型试验对坡体内水力学参数的变化规律进行探究,同时对判别模型进行验证,并与其他模型进行对比分析。结果表明,恒定渗流过程对碎屑物质起动的作用力主要包括渗透力及渗流冲刷力;渗流速度随底床坡度、入水流量的增大而增大,但随入水流量增加的幅度较小;平行于水流方向的总水头损失随底床坡度的增大呈先减小后增大趋势,随入水流量增大而增大;稳定系数与底床坡度间呈幂函数关系,关系系数因判别模型不同而有所差异;与其他模型相比,模型经严格推导,满足量纲分析和试验验证要求,精度更高。

潮汐河流闸基非恒定渗流解法初探

1 问题的提出 我国在沿海沿江潮汐河流上兴建的许多水闸,都有一个共同的特点,即外河水位随潮汐变化,而内河水位比较稳定,闸基渗流是典型的非恒定渗流。目前尚无计算这类闸基渗流的方法。为此,本文从一般非恒定渗流的基本方程出发,对常见无板桩简单地下轮廓闸基求出理论解,供分析时参考。

土坝监测的非恒定渗流分析

本文根据非恒定渗流的偏微分方程,以王快水库1961年的上、下游水位变化为边界条件,解出土坝中河床段测压管水位的变化,并与实测的观测资料进行比较,分析出工程运用中渗流情况的变化,得出铺盖裂缝发生的时间及淤填变化过程,在土坝安全监测上有重大意义与作用。

裂隙岩体三维渗流网络饱和/非饱和、非恒定渗流分析

采用离散裂隙网络模型研究裂隙岩体非饱和渗流问题,能够比较真实地反映裂隙网络中的实际渗流状态。目前,三维裂隙网络研究非饱和渗流存在2个关键问题,即渗流网络构建问题和渗流网络网格剖分问题。针对这些问题,通过改进现有三维块体切割算法、增加渗流面阻水特性判断等模块,形成裂隙岩体三维渗流网络搜索算法,为构建三维渗流网络奠定基础;将这些裂隙面片视为限定条件,利用限定Delaunay三角剖分技术就可解决因形态复杂而导致的网格难以剖分问题;根据非饱和渗透参数和饱和渗透参数的关系函数,利用伽辽金法建立裂隙网络饱和/非饱和非恒定渗流分析的有限元方程。经典型算例验证,裂隙网络中水流流动方向符合实际的流动方向,各测点达到稳态时水头计算值与实测水头值基本吻合,误差最大不超过1.07%。这表明,该方法不仅能够产生客观正确的渗流网络,还能够产生合理的计算网格;另外,计算结果所反映的水流变化规律能够比较准确地再现裂隙网络中实际水流的流动趋势和运动规律。

非恒定流的恒定流解法在柴河水库渗流分析中的应用

应用非恒定流的恒定流解法，以拉普拉斯方程为控制方程，采用四边形四结点等参有限元法，对柴河水库粘土心墙坝作渗流分析计算．并与柴河水库浸润线观测资料进行分析比较，取得了满意的结果．

洪水对干式堆存尾矿库坝体渗流的影响探讨

浸润线是尾矿库坝体稳定分析的基础,干式堆存尾矿库正常运行时库内尾矿呈干燥或不饱和状态,对洪水状况下运行的坝体渗流状态具有较大影响。根据常见尾矿特性,采用土壤渗流基本原理计算分析,探讨了洪水对干式堆存尾矿库坝体渗流的影响程度。结果表明:干式堆存尾矿库的运行条件与湿排尾矿库有本质的区别,洪水对干式堆存尾矿库坝体的渗流影响可忽略不计。

王快水库1963年汛后渗流分析

本文提出一种新的分析方法,结合王快水库1963年汛后的渗流观测情况,应用多元线性回归和非线性规划的方法。得出反映渗流状态的传导系数A,根据A的变化来分析渗流状态的变化,从计算结果来看是符合工程实际的运行状况的,证明此方法用于解决非恒定渗流问题是有效的,可用于工程安全监测。

水封油库地下水位动态变化特性数值研究

为认识水封石油洞库区地下水位的动态变化过程,以黄岛地下水封石油洞库的基本地质条件为依据,采用饱和非饱和非恒定流数值分析方法,对水封油库在施工期和运行期可能出现工况下的地下水位变化情况进行了全过程数值仿真计算,分析了不同时期洞库区附近岩体的地下水位分布特点及变化过程。研究表明水封油库区内的地下水位变化过程主要受岩体渗透系数、洞库开挖方式和运行方式的影响;当洞库区岩体渗透系数大于1.0×10 7m/s时,洞顶上方岩体中的地下水将被疏干,必须设置水幕系统来保证洞库的水封效果。

雨型对残积土边坡稳定可靠性的影响研究

基于福建省独特的地理气候特点,依据饱和-非饱和土渗流理论和流固耦合理论,采用有限元数值仿真方法研究持续性强降雨和台风降雨条件下残积土层滑坡灾害的形成机理,分析非恒定渗流对边坡力学特性的影响,结合刚体极限平衡理论和可靠度分析理论,采用蒙特卡罗法,选取失效概率作为危险性评价标准,进行边坡稳定性分析。结果表明:降雨总量相同条件下,台风降雨入渗深度浅,饱和程度高,破坏时间早且多为浅层滑坡;持续性强降雨则相反。

水库骤降期偶遇地震作用时高土石坝抗震安全性分析

水库水位骤降会对土石坝渗流、变形和稳定产生较大影响,若此时偶遇地震,则可能对大坝安全构成新的威胁。结合某拟建300 m级超高心墙土石坝,对其进行库水位骤降时的大坝非恒定、饱和–非饱和渗流场分析,获取静孔隙水压力。在渗流场和静应力场耦合计算基础上考虑地震偶遇作用,对大坝进行地震反应分析,并从坝坡抗震稳定和坝体永久变形方面进行大坝抗震安全分析评价。研究表明:对于具有良好防渗性能的心墙并有上游反滤安全保护的高心墙堆石坝,库水位骤降主要影响心墙及上游堆石坝体的孔隙水压力分布,使震前坝体上游区域的静力平均有效应力场有较大改变。此时偶遇地震作用,大坝上游区域的动力反应及上游坝坡抗震性能变化较大,需引起注意。库水位的变化基本未对下游堆石坝体的渗流场分布产生明显影响,因而库水位骤降对下游坝体抗震安全影响甚微。

水封洞库群围岩水位变化特性研究

以某水封石油洞库群地质条件为例,建立平面有限元数值模型,基于饱和非饱和非恒定流数值理论,研究渗透系数、初始地下水位及降雨补给对洞库群围岩水位影响的变化特性.研究结果表明:(1)围岩渗透系数越小,地下水位下降越不明显,对水封条件的形成越有利;对于渗透性较大的岩体,初始水位的提高对水封条件的形成作用不大;(2)围岩渗透系数越小,洞周围岩水力梯度越大,两侧洞库围岩水力梯度整体上比中间洞库更大,初始水位的提高对围岩水力梯度的影响不大;(3)受开挖施工排水影响,洞库围岩水位降低较快,降雨补给并不能对地下水位造成明显影响,但形成的悬挂饱和区对油气的逃逸依然有一定的阻滞作用.