自适应时间步长法在非饱和渗流中的应用研究

Richards方程是非饱和渗流理论的基本方程,常用数值方法结合有效的迭代技术进行求解,时间步长调整方法常用来提高计算效率。为探究不同自适应时间步长法的数值表现,采用有限单元法结合自适应松弛Picard法和自适应时间步长法,开发了非饱和渗流有限元程序。通过模拟非饱和渗流算例,研究了不同自适应时间步长法对计算精度与效率的影响。结果表明,开发的程序是实用和可靠的,在时间步长发生较大变化时也能保证计算的稳定性。直接推断法虽然简单高效,但在求解迭代收敛难度较大的问题时,该方法难以保证良好的计算精度。截断误差法的数值表现受截断误差阈值影响,具有阈值越小,精度越高、效率越低;阈值越大,精度越低、效率越高的特点,通过调整阈值,该方法能更好地平衡计算精度和效率。研究成果对于高效非饱和渗流有限元程序的开发和应用具有一定的参考价值。

自适应时间步长法及三维堤坝地震液化数值模拟

三维大模型数值计算因巨大的单元和结点数目而非常耗时,在地震响应分析中受计算时间步长的限值则更加耗时。在饱和砂土动力液化计算平台上开发时域离散误差评估方法和时间步长自适应调整的计算程序,并成功应用于三维堤坝地震液化响应分析。时域离散误差包括土骨架的位移误差和单元孔压误差,通过定义孔压误差影响系数计算出混合误差,根据混合误差和设定的误差允许值进行计算步长的自适应调整。在三维堤坝地震液化数值模拟中,采用自适应时间步长法有效避免小步长精确但耗时、大步长省时而不精确的缺点。在大模型和超大模型计算中,最优调整每一步的计算时间步长,完美实现既节省时间又不失精度的时域离散策略。