基于数值试验的降雨径流过程对不透水面空间分布的响应分析

为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不同重现期短历时设计降雨下的降雨径流过程,基于模拟结果对不同不透水面空间分布情景下的降雨径流过程进行了分析。结果表明:在同一不透水率下,不同不透水面空间分布的径流系数差异相对较小,不透水面空间分布对径流特征的影响主要体现在径流峰值和峰现时间上;在同一降雨条件下,不透水率变化是径流过程变化的主导因素,径流系数与不透水率呈线性相关关系,随着不透水率的增加,径流过程线逐渐由“矮胖”变得“尖瘦”。

基于正交数值试验桩锚支护结构参数反分析优化

为研究桩锚支护结构设计参数对基坑稳定安全系数变化规律的影响,依托现场工程实例,采用正交数值试验分析不同桩锚支护结构设计参数对基坑稳定安全系数的影响规律,并采用回归法反分析优化桩锚支护结构设计参数。研究结果表明:基坑稳定安全系数随锚索安置倾角的增加而先增大后减小,且前期增加速率大于后期的减小速率;随着锚索锚固段长度的增加,基坑稳定安全系数增大且增大速率均逐渐减小并将最终趋于稳定值;基坑稳定安全系数随着桩底嵌固深度的增加而提高,随着桩间咬合量的增加而降低;锚固段长度和桩底嵌固深度是影响基坑稳定安全系数最显著的两个因素;最优参数选取锚索安置倾角为14.7°、锚固段长度为6.8 m、桩底嵌固深度为1.6 m、桩间咬合量为209.6 mm。

基于数值试验的道路智能模拟试验方法研究

数值试验是一种利用数学模型和计算机技术来模拟和分析复杂系统的方法,广泛应用于工程、科学研究和数据分析等领域。道路智能模拟作为数值试验的一个分支,重点在于模拟和分析道路设计、交通流量、车辆安全性能、环境影响以及智能交通系统的各个方面。这种模拟试验方法能够提供对现实世界中交通系统行为的深入理解,帮助研究人员和工程师优化道路设计,提高交通效率,降低事故率,同时考虑到环境保护和可持续发展的需求。

上方堆载引起既有隧道变形效应数值试验分析

随着城市基础交通的发展,地铁盾构隧道承受上方荷载的情况时有发生,进而将打破既有隧道的受力平衡,隧道管片往往因横向收敛变形超限而诱发一系列事故。文章结合使用有限元数值分析方法,分析地面加载作用下地铁盾构隧道的横向变形机理以及相关参数的影响,以期为地铁盾构隧道建设施工和运营期区间隧道管控提供参考。

岩体工程力学参数取值方法研究Ⅱ:数值仿真试验

针对复杂节理岩体力学参数确定的瓶颈难题,对复杂节理岩体数值仿真试验开展了深入系统的研究,提出了基于岩体结构面网络计算机模拟的岩体结构定量化表征方法,以及基于拓扑矩阵表达和虚拟节理处理的数值试样快速生成技术,通过在数值流形法中引入断裂力学理论建立了复杂节理岩体受力、变形、破坏、扩展直至贯通的全过程模拟方法,在此基础上构建了节理岩体数值仿真试验平台,为通过仿真试验确定节理岩体的工程力学参数提供了一条新的途径。

基于数值试验的混凝土单轴压缩裂纹分布多重分形特征

基于ABAQUS软件,利用多重分形理论对混凝土单轴压缩数值试验表面裂纹分布多重分形谱进行了定量计算.探讨了粗骨料粒径、数值试样尺寸对混凝土表面裂纹分布多重分形谱的影响.建立了基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程.结果表明,混凝土在单轴压缩数值试验条件下表面裂纹分布具有多重分形特征,满足自相似性;混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值介于1.9~2.0,随粗骨料粒径、模型尺寸的增加呈降低的趋势;基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程拟合曲线与数值试验应力-应变试验曲线吻合良好.

基于修正剑桥模型三轴剪切实验数值模拟

为了进一步拓展三轴剪切实验课教学内容,丰富实验教学方法,基于修正剑桥模型,构建三轴固结不排水实验数值模型,采用应力场与渗流场耦合模拟分析CU实验过程;分析CU实验应力路径、塑性体积应变、孔隙水压力的变化规律,推导出破坏时孔压系数公式,以及罗斯柯线归一化方程式。数值模拟实验允许实验参数或土性参数的改变,可以设计更全面的实验工况,得到更丰富的实验数据,再进行实验结果分析,得出的结论更准确。实验教学过程中引入数值模拟实验,可让学生不仅学会实验原理相关理论知识,还能将理论知识应用于实验过程,激发学生的学习兴趣,引导学生从被动学习实验理论知识向主动设计实验方向转变。

基于盘形滚刀破岩模型的数值试验分析

针对室内试验研究盘形滚刀破岩过程的成本高、周期长、不便于重复性教学演示的问题,可采用数值试验方法作为辅助或替代,揭示滚刀破岩机制、优化滚刀结构和切削参数。该文使用显式动力学数值方法,结合有限元和光滑粒子流体动力学,建立盘形滚刀切削岩石的三维数值试验模型,采用基于Rankine失效准则的摩尔-库伦弹塑性本构模型开展缩尺的滚刀线性切削试验,验证数值试验模型的可靠性。以双刀顺次回转破岩模型为例,分析了岩石破裂过程与滚刀载荷曲线。研究表明:在盘形滚刀切削下,岩石表面形成了条形破碎槽,同时在滚刀两侧及下方出现裂纹;随着裂纹延伸至岩石表面,许多小块的岩碴被剥离;使用数值试验方法分析盘形滚刀破岩过程,可以清晰地模拟密实核传力演化、裂纹萌生扩展、岩碴剥离飞溅、载荷阶跃波动等物理现象,有助于学生深入理解盘形滚刀破岩机制。

软土区碎石桩鼓胀变形正交数值试验影响因素分析

碎石桩复合地基在发生竖向沉降变形的同时,桩体往往也伴随着鼓胀变形,研究碎石桩鼓胀变形特性及影响因素,对分析碎石桩复合地基沉降规律及变形机理具有重要作用。该文基于正交数值试验,采用有限元软件Midas GTS建模,分析碎石桩鼓胀变形的主要影响因素,并运用极差和方差分析各影响因素的敏感性及显著性。最后通过回归分析,得出优化后的鼓胀变形计算公式。研究结果表明:软土的弹性模量、黏聚力及碎石桩的置换率对最大鼓胀应变影响显著;软土黏聚力和置换率对最大鼓胀埋深影响显著;软土弹性模量及置换率对鼓胀变形长度有显著影响;碎石桩的力学参数对鼓胀变形特性影响很小。单因素分析指出:在软土弹性模量较小时,增大弹性模量可有效减少最大鼓胀应变及鼓胀变形长度。软土黏聚力的提高可减小最大鼓胀应变,且最大鼓胀的位置有一定下移,即碎石桩破坏点下移。

郑州“7·20”极端降水地形影响数值试验

针对2021年7月20日发生于河南省郑州市的极端暴雨事件,利用数值模式对此次暴雨过程中的地形影响问题进行了数值试验分析。结果发现,CMA-MESO(GRAPES-MESO 3 km)模式能够较好地模拟此次极端降水过程。地形对降水具有显著影响,地形高度降低时,降水中心强度减弱,位置偏北;地形高度增加时,降水中心强度增加,位置偏南。其主要影响机制为:(1)太行山与郑州市西侧山体抬升作用使郑州市西部出现较强的上升运动中心;太行山南端阻挡作用使东南暖湿气流北支一部分气流向西偏转,与越过伏牛山的偏南气流及东南气流南支汇合,使郑州市上空维持大尺度水汽辐合,进而产生极端暴雨。(2)当地形高度增加时,东南气流北支的部分气流遇太行山阻挡转为偏东北气流,气流辐合区强度增强,郑州市上空水汽含量明显增加;而东南气流南支受伏牛山阻挡抬升作用影响在郑州市西南侧也产生了强上升气流,在郑州市西北侧与西南侧形成两个强降水中心。

土石坝心墙接触面单元参数的标定与数值试验方法

土石坝沥青混凝土心墙与砂砾石过渡层之间存在剪切、错动、局部嵌入等复杂力学行为,建议在两者之间设置Desai有厚度接触面单元,该单元的参数取值与单元厚度显著相关,但现有成果中围绕接触面参数和厚度关系的研究十分匮乏。因此基于有限单元法和直剪物理试验,建立了一套标定不同厚度接触面单元参数的数值试验方法。依托茅坪溪土石坝的物理试验成果,验证了该方法的可行性,并且研究了接触面各项参数随厚度的变化规律。通过某沥青混凝土心墙坝的三维数值模拟,实现了工程应用。

上覆富水砂层地铁隧道掌子面变形特征数值试验研究

为研究地铁隧道在上覆富水砂层下的变形特征,以典型上覆富水砂层隧道—青岛地铁2号线啤—苗区间为工程研究背景,采用FLAC 3D数值模拟软件对不同富水砂层厚度与隔水层厚度工况下隧道掌子面位移、塑性区变化特征进行了研究分析。研究结果表明:隔水层厚度是影响掌子面是否发生涌水涌砂的主控因素,在开挖过程中应时刻注意富水砂层距离隧道顶板的安全距离,临界隔水层的厚度为3 m。同时,当隔水层厚度越大、富水砂层厚度越小时,掌子面变形就会越小。以临界工况为研究对象,通过分析开挖过程中隧道拱顶—拱腰—掌子面应力和位移变形规律,引入了位移释放系数和应力释放率两参数来揭示围岩与掌子面在隧道开挖过程中的影响关系。通过进一步拟合掌子面失稳破坏预测方程,得到了掌子面变形释放率拐点先于同一断面围岩径向变形且发生在开挖到目标断面之前的重要结论,因此在实际隧道开挖过程中应将掌子面的变形作为首选敏感监测指标。研究结果可为该不良地质条件下隧道掌子面稳定性和预加固时机选择提供一定的理论指导。

围压卸载速率对砂岩力学性质影响数值试验研究

【目的】为了排除天然岩石试件离散性与试验过程多种应力路径相互转换对试验结果的叠加影响,进一步探讨围压卸载速率对岩石破坏失稳的影响机理。【方法】利用离散元法开展均质数值试件在恒定轴压与两种固定围压卸载速率条件的数值试验研究,对比与讨论了两种围压卸载速率下的试件宏观与细观力学特性与规律。【结果】结果表明:两种条件下,宏观和细观破裂分布具有一定相似性和规律性,慢速围压卸荷条件较快速条件的试件承载强度更高,快速卸荷条件局部破裂分布密度相对更大。两种卸载速率试验过程出现轴压和围压的“跌落”和“上升”,反映试件经历了多阶段突发式渐进破坏过程,因局部破坏不断累积导致试件向整体失稳方向发展。两种卸载速率条件下的张拉破裂数量显著大于剪切破裂数量,张拉破裂增长速率大于剪切破裂,试件表现为张拉破坏为主,快速卸载条件破裂总数量相对更大。慢速卸载条件相对充分地调动了试件局部承载能力,使试件极限承载能力有所提高。【结论】两种条件下,20次以上声发射事件构成的裂纹分布程度最不均一,随着组成每条裂纹的声发射事件数增加,震级整体逐渐增大,快速卸荷形成裂纹过程总体释放能量相对更高,而慢速卸荷以相对较慢的速率传递应力,使裂纹形成过程释放能量相对更低、平稳且均一。

海洋性大陆地形对夏季季节内振荡的影响:基于2020年9月个例的数值模拟分析

海洋性大陆(Maritime Continent,MC)是夏季大气季节内振荡(the Boreal Summer IntraSeasonal Oscillation,BSISO)传播的必经途径,而MC对于BSISO结构和传播产生的重要的影响机制很不清楚.针对此问题,利用高精度数值模式对一次BSISO事件展开数值模拟试验研究.选取2020年8-9月的一次BSISO事件,利用高精度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting model)对本次BSISO过程进行了近一个月的数值模拟.发现WRF控制试验合理模拟出与再分析资料中相近的北传低层风场以及明显具有BSISO特征的西北-东南倾斜的雨带,并合理地捕捉了本次BSISO事件的传播特征和平均状态.为了研究MC地形对本次事件传播和强度的影响,在WRF模式中去除了MC地区的地形,开展了敏感性试验.在去除地形的敏感性试验中,BSISO低空风加强,传播更加平滑,整体降水幅度增加,而在岛屿上水汽大幅增加,降水量减少.在地形高度为零的情况下,纬向平流大大增强,从而增强了海上对流,促进了BSISO的加强和传播.此数值模拟试验研究揭示了MC地形对BSISO降水结构、传播和幅度的影响.

聚合物加固砂土的无侧限抗压试验及离散元分析

为了研究高分子聚合物加固砂土的压缩特性和加固机理,本文通过室内无侧限抗压试验,分析不同聚合物含量、不同砂土干密度条件下加固砂土的无侧限抗压强度特性,并结合数值试验,对比分析砂土的应力应变曲线、破坏形态、微裂缝扩展和能量演化特征。试验结果表明:加固砂土的无侧限抗压强度特性随着聚合物含量和干密度的增加有显著提高;加固砂土的抗压强度在固化剂含量为4%时达到最大值812.67kPa;在干密度达到1.60 g/cm^(3)时,加固砂土的抗压强度达到最大值411.13 kPa。加固砂土的弹性模量和韧性随着聚合物含量的增加呈线性增长。聚合物形成的网状结构改善了粒间微结构;随含量的增长,微裂缝的数量和能量特征值均呈非线性增长。

季节尺度区域气候模拟适应调整时间选取问题的数值试验

文中利用区域气候模式RegCM3,以1998年夏季中国异常气候事件为例,对季节尺度区域气候模拟适应调整时间的选取问题进行了数值研究。共做了11个试验,每个试验的适应调整时间最短为10 d,最长为6个月,以检验适应调整时间长短对夏季中国异常气候事件模拟结果的影响。结果表明:对于大气变量而言,模式通常在经过4—8 d的适应调整时间后,就进入"气候模态"运行,此后模拟误差主要是由于模式对区域内大气过程描述能力不足造成的,对适应调整时间选取不再敏感,这进一步证实了区域气候模拟是一个边值问题的观点。各气候区平均降水量模拟结果受适应调整时间影响也不大,但不同的适应调整时间对降水分布格局模拟将产生一定影响,降水分布模拟结果随适应调整时间的不同存在一定的不确定性,这种不确定性通常出现在强降水发生区域。总之,对于季节尺度降水模拟,适应调整时间大于2个月效果更好。对降水分布格局模拟误差和东亚夏季风系统进退过程之间关系的进一步分析发现,模式对受夏季风系统影响比较大的区域模拟的降水相关系数变化性也比较大,因此,发展合适的积云对流参数化方案以提高受夏季风系统直接影响区域强降水过程的描述能力是改进区域气候模式对中国区域夏季气候模拟效果的有效途径。

基于数值试验的智慧型道路检测中心创新应用

传统道路检测技术逐渐向智慧型转型,将道路检测工作化繁为简,不仅便于工作人员进行道路检测,还能大幅提高道路检测效率。基于此,分析了建立智慧型道路检测中心的意义,提出了智慧型道路检测中心设计构想,阐述了数值试验在智慧型道路检测中心的创新应用,并对智慧型道路检测中心管理途径提出了一些建议,旨在提升智慧型道路检测中心的创新应用水平。

闸站枢纽泵站前池流态及其改善数值模拟研究

分析了沙集闸站前池泥沙淤积成因,并试图改造在下游新建清污机桥,应用桥墩改善前池流态、减少泥沙淤积,采用三维建模软件UG NX建立河道流场三维模型,基于ICEM CFD进行计算域网格划分,并使用ANSYS CFX进行数值计算。计算结果表明:现状抽水工况下,导流墙内侧存在大范围低速区,因而产生大范围泥沙淤积。将泵站下游两侧导流墙延长至60 m,在导流墙头部新建清污机桥,应用桥墩导流,导流墙内侧低速淤积区范围大大减小,泵站进水流态大为改善。

大直径钻孔卸压机理室内及数值试验研究

钻孔卸压能够有效降低巷道上方及其周围岩体弹性能量的积聚,降低区域冲击危险性。因此,对大直径钻孔卸压机理及其合理参数的深入研究具有工程应用价值。通过室内试验研究孔径、孔间距及孔深等参数对试样强度的影响,以及分析不同参数影响下试样破坏形态;同时借助颗粒流PFC研究不同参数条件下试样裂纹扩展形态及裂纹数量。研究表明:裂纹扩展贯通导致的应力释放是钻孔产生卸压作用的根本原因,且孔径、孔深越大,钻孔周围裂纹数量越多,主控裂纹纹路越清晰,钻孔卸压效果越好;同样随着孔间距越小,试样破坏形态由独立型破坏转变为贯通型破坏,试样破坏强度明显降低,卸压效果明显。

水汽输送影响登陆热带气旋维持和降水的数值试验

Bilis (0 0 10 )是一个登陆后长久维持的热带气旋 ,其维持期间与一条西南风低空急流水汽通道长时间保持联结。用中尺度模式MM5V3对其维持过程进行模拟 ,并通过多个敏感性试验 ,研究不同方向水汽输送对热带气旋在陆上维持和降水的影响。结果表明 :外界持续的水汽输送有利于热带气旋气旋性环流在陆地上维持 ,减缓其登陆后的强度衰减。水汽输送通过影响热带气旋的热力结构来影响热带气旋强度 ,充沛的水汽供应有利于热带气旋暖心维持。外界水汽输送有助于热带气旋雨带中的强对流活动 ,使雨量加强。而对流活动过程中水汽凝结潜热释放是热带气旋获得能量继续维持的重要条件。结果还表明 ,南边界水汽输送对热带气旋维持和降水的影响最为明显 ,其次是东边界。来自北界和西界水汽的影响微弱。