非轴对称套管井中声场的并行有限差分模拟

本文提出了一种用于模拟非轴对称套管井中扇区水泥胶结测井100kHz 3维瞬态声场的并行算法.采用时域有限差分方法,以及非裂化的完全匹配层吸收边界条件,基于信息传递接口(MPI)并行环境,在计算机集群上实现并行计算.对内边界上的差分方程进行参数平均处理,提高了计算稳定性.通过在轴对称情况下将有限差分模拟结果与实轴积分法计算结果对比,验证了方法的正确性.使用并行有限差分算法,模拟了水泥环有不同大小和在不同方位缺失时非轴对称套管井中8扇区的扇区水泥胶结测井仪的测井波形,并分析了套管波幅度随水泥缺失-换能器夹角的变化.根据模拟和分析结果,得到了非轴对称套管井中新的声场传播规律,并建议了一种用于反演水泥缺失大小和方位的方法.

深厚软基区海堤填筑下穿对既有桥梁桩基的影响

以某深厚软土区海堤填筑下穿含匝道高速公路桥的复杂工程为研究案例,通过精细化3维有限差分数值模拟,分析采用工程加固措施后,大面积填筑对既有端承型桥梁桩基的影响程度及机理。研究表明:1)通过CAD+CAE动态设计优化,选定了钻孔灌注桩+框架梁+高压旋喷的加固方案,框架结构具有较好的整体刚度和协同受力特性,高压旋喷在上部软土层形成硬壳,可减小固结变形量。2)附加荷载在框架梁中充分形成压力拱,可显著降低对桥梁横向的挤压,有效控制两侧匝道下桩基的附加水平位移,在沿桥向将大面积堆载转化为灌注桩和框架梁内力,避免桩基产生过大附加弯矩;经计算,工后桩顶水平位移最大值4.38 mm,基桩最大压应力增量小于0.9 MPa,均能较好地满足控制要求。3)钻孔灌注桩+框架梁整体结构的有效性还体现在其可对桥桩产生类似套管的隔离保护,配合分层对称填筑工艺,可降低桥桩-桩周土相对变形,对控制基桩轴力增量作用显著。综上可知:精细化数值模拟可有效克服相关行业规范在评价复杂桩-土相互作用时的局限性,为研究工程方案的适用性及效果评价提供必要的技术支撑。

分层土壤结构下雷电感应过电压计算与分析

为研究雷电感应过电压的发展规律,为架空输电线路的防雷设计提供有价值的参考依据,开发了雷电感应过电压3维时域有限差分(3-D FDTD)算法。利用该算法,研究了不同分层土壤结构对架空输电线路雷电感应过电压的影响。对于水平分层土壤,当上层土壤电导率(0.001 S/m)明显小于下层(0.1 S/m)时,土壤等效阻抗变化带来的影响使感应过电压幅值与上层土壤厚度呈正相关;反之,感应过电压幅值则随上层厚度的增大急剧减小,厚度>2 m时其幅值几乎仅由上层土壤决定。对于垂直分层土壤,当雷电电磁场由高电导率土壤传播至低电导率土壤时,垂直分层结构对耦合电压的影响不容忽略;反之,若线路附近5 m以上区域存在高电导率土壤时,则不需考虑垂直分层结构的影响。综上,在架空输电线路雷电感应过电压计算中,需要根据实际情况决定是否考虑分层土壤结构(包括水平分层和垂直分层)的影响。

复杂地形下架空线雷电感应过电压特性仿真研究

研究山区复杂地形对雷电感应过电压的影响,可为山区架空输配电线路的防雷设计提供理论参考。建立3维时域有限差分(3-DFDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压。算法的准确性通过与国外相关研究结果的对比得以验证,并利用该算法对复杂地形下架空线雷电感应过电压特性进行了仿真研究。结果表明:感应过电压幅值明显受山体地形坡度的影响,与平坦地形相比,其幅值随山体坡度的增加而明显增大;架空线感应过电压幅值不仅与线路所在位置处的地形坡度有关,还受到其他地形坡度的影响,感应过电压幅值随山体陡度的增加而变大;以南京紫金山地形为例,模拟结果显示山区地形条件下的感应过电压明显大于理想平坦地面的情况,线路两端过电压幅值分别提高了51.4%和47.3%。