基于TELEMAC-2D模型的济南市洪涝模拟及淹没分析

基于TELEMAC-2D模型构建了济南市洪涝仿真模型,选取济南市“20070718”实测典型暴雨城市内涝淹没资料对模型进行了验证,结果表明模拟水深误差较小,模型具有较高的精度和可靠性。采用构建的模型模拟了不同暴雨重现期下济南市主城区的洪涝演进过程,并分析了研究区淹没水深、淹没面积和洪水流速等特征,结果表明:随着降雨重现期的增大,研究区淹没水深大于0.15 m的面积在总面积中的占比随之增大,当降雨重现期分别为1、5、10、20、50、100 a时,面积占比分别为0.05%、1.10%、1.98%、2.89%、4.28%、5.15%,最大洪水流速分别为0.478、1.019、1.309、1.494、1.890、2.214 m/s;根据洪涝淹没特征,从工程和非工程措施两方面提出了防洪排涝应对举措。

Live2D制作立体感的优化——以物理模拟系统和OpenGL渲染技术为例

Live2D作为一种创新的2.5D(半三维)技术,已经在动漫、游戏和虚拟角色领域展现出了巨大的潜力。它的出现为二维图像注入了更多的动态和立体感,使得角色在屏幕上呈现出更为生动逼真的表现。本文重点探讨Live2D制作技术中如何通过物理模拟使用和对渲染技术进行调整,使Live2D能够实现更加精细的变形和纹理映射,从而增强二维画面的立体感和真实感。进一步研究和优化Live2D制作技术对于提升二维动画质量和表现力具有重要意义。它有助于动漫、游戏和虚拟角色行业创造更具吸引力和沉浸式的用户体验,扩展二维动画的创作可能性。

基于FLO-2D数值模拟的不同降雨频率工况下八宝镇拱北槽沟泥石流运动特征及危险性评价

近年来,随着降雨量不断增加,泥石流爆发频率呈上升趋势,其运动堆积特性及防治工程措施直接决定泥石流危害程度及影响范围,也是影响泥石流危险度区划的关键因素。因此,对不同工况条件下泥石流堆积特征及危险范围预测具有较强的现实应用价值。FLO-2D作为一款专用于洪水和泥石流模拟的二维软件,能较完整地分析泥石流的运动状态特征,可用于模拟洪水灾害和风险评估,推算流体运动的流速及堆积深度,合理推估淹没面积。该文以拱北槽沟泥石流为例,通过开展野外详细调查,在查明泥石流物源类型、分布特征、物源储量与流域育灾环境的基础上,模拟分析其在不同降雨频率下(10%、5%、2%和1%)的泥石流运动特征,进而确定泥石流灾害威胁范围、堆积深度、流速等特征参数,并在此基础上采用泥石流强度指标对泥石流灾害进行危险性区划评价,为拱北槽沟泥石流的监测预警与风险防控提供技术依据,以此为该地区或者其他祁连山区城镇泥石流灾害防治及国土空间规划提供科学依据及参考建议。

基于有限元RFPA^(2D)数值模拟对上行开采可行性研究与应用

慈林山煤矿分上下可采煤层9号煤层和15号煤层,目前15号煤层局部已采完,造成上覆岩层产生移动,对上部9号煤层有一定的影响。为分析9号煤层的开采可行性,以慈林山煤矿的15号煤层为工程背景,采用RFPA^(2D)数值试验系统,建立15号煤开采的数值计算模型,动态分析15号煤层开采过程中上覆岩层及采煤面前后方上覆岩层破坏规律,得出9号煤层处于15号煤层裂隙带与弯曲下沉带的交界处的结论,分析认为9号煤层在15号煤层开采稳定后,可以进行开采,最终得出可以对9号煤层正常进行开采,并进行了工业性实践。通过对9号煤层正常开采时的超前压力数据进行监测分析,表明该围岩压力满足矿井的正常生产需要。

PLAXIS2D模拟计算基坑开挖工程的适用性分析

岩土工程有限元分析软件PLAXIS2D已经被广泛应用于基坑开挖的数值模拟计算中,但关于其模拟计算基坑开挖工程的适用性问题,目前还未见有相关文献进行深入分析。鉴于此,利用PLAXIS2D对3个实际深基坑开挖工程进行了数值模拟计算,通过计算结果与实测结果的对比,分析了PLAXIS2D在基坑开挖工程中的适用性;在此基础上,对应用PLAXIS2D进行基坑开挖数值模拟计算的适用条件进行了探讨,研究结论对正确应用PLAXIS2D进行基坑开挖工程的模拟计算具有较好的参考价值。

基于FLO^(2D)与3DMine耦合的尾矿库溃坝灾害模拟

为预测和评价尾矿库溃坝的致灾情况,提高库区防灾减灾能力,建立尾矿库溃坝数值仿真模型。采用FLO2D泥石流模拟软件对湖南某尾矿库进行溃坝灾害过程仿真,并将模拟结果与3DMine数字矿山软件耦合,实时反演溃坝灾害过程。分析结果表明,该尾矿库溃坝时的最大溃决流速为40.2 m/s,下游沟谷最大淹没深度达13.6 m,溃坝瞬时最大冲击应力达100 MPa。三维动态反演了尾矿库溃坝前稳定状态、溃坝后0.01,0.02和0.05 h的尾砂流动状态和淹没范围。根据溃坝泥砂流动强度,对该尾矿库全部溃坝和半溃坝时的灾害程度进行三色图判别。

断续节理直剪试验与PFC^2D数值模拟分析

在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取准则,并利用获得的细观力学参数对共面断续节理试样直剪试验进行数值重现。对比分析数值模拟曲线和模型试验曲线,对断续节理受剪贯通的力学机制进行研究。根据模型试验和数值试验的成果,分析断续节理预剪面上应力随剪应变的演化过程,发现剪切过程中的剪胀效应使得岩桥承担更多的压应力,从而提高了岩桥的抗剪强度。对断续节理岩体在直剪加载条件下的破坏机制进行讨论,将整个剪切过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段、峰后阶段及残余阶段5个阶段。

基于DEFORM 2D的纯铜管热挤压过程的数值模拟

通过二维建模软件建立管材立式挤压模型,采用DEFORM2D大型有限元数值模拟软件进行纯铜管热挤压过程的数值模拟,获得了不同挤压速度下变形材料内部的温度场、应力场、应变场及应变速率场的变化规律。分析结果表明,随着挤压速度的提高,变形材料内部的温升和等效应变速率明显提高;等效应力是先提高,而在高速挤压时又下降;等效应变则无明显变化。

煤岩组合体破坏过程RFPA^(2D)数值模拟

为研究不同组合条件下煤岩组合体的力学特性及破坏过程,使用RFPA^(2D)软件,采用位移加载方式,对不同倾角、围压下的煤岩组合体进行数值模拟,研究单轴和三轴条件下不同煤岩组合体的破坏机制,分析了围压、倾角对煤岩组合体强度的影响.研究表明:单轴压缩时煤岩组合体的强度接近煤体的单轴破坏强度.三轴压缩时煤岩组合体的强度随着倾角的增大先缓慢降低后迅速降低.围压越大组合体强度越高,但强度提高值随着围压的增大降低.煤岩组合体的内摩擦角随着倾角的增大减小,内聚力随着倾角的增大均先增大后减小.组合体单轴压缩破裂情况基本相同,破坏基元主要分布于煤体中,三轴压缩时组合体的破裂出现了3种情况.

水平微润灌湿润体HYDRUS-2D模拟及其影响因素分析

为探索土壤质地、初始含水率、压力水头和埋深对水平微润灌土壤湿润体特性的影响机理,利用试验数据验证了水平微润灌HYDRUS-2 D模拟结果的可靠性,模拟值与实测值非常吻合。在此基础上,模拟研究了3种土壤质地(砂壤土、壤土、粉壤土)以及壤土中不同初始含水率(0.085、0.106、0.130 cm^3/cm^3)、压力水头(0.6、1.2、1.8 m)和埋深(20、30、40 cm)条件下土壤湿润体动态变化规律。结果表明:土壤湿润锋运移距离皆符合垂直向下>水平方向>垂直向上的规律,湿润体在形状上差异不大,土壤含水率等值线均为近似"同心圆";土壤质地对湿润体特性有显著影响,土壤质地越黏重,湿润锋运移速率越慢,湿润体体积越小,土壤含水率等值线越密集,其"圆心"越靠近微润管,灌水结束时,壤土和砂壤土湿润体体积分别是粉壤土的1.3倍和2.5倍;在确定的土壤质地条件下,初始含水率和压力水头对湿润体特性有较大影响,湿润锋运移距离及湿润体体积均随土壤初始含水率、压力水头的增大而增大,初始含水率为0.106和0.130 cm^3/cm^3的湿润体体积分别是0.085 cm^3/cm^3的1.2倍和1.5倍,压力水头为1.2和1.8 m的湿润体体积分别是0.6 m的1.6倍和2.2倍;微润管埋深对湿润体分布位置有显著影响,埋深较浅时,湿润锋容易到达地表,埋深较深时,土壤湿润体随埋深下移而同步下移。

柔性石笼挡墙土压力的PFC^(2D)数值模拟

使用国际上先进的颗粒流离散元程序——PFC2D,根据工程实际情况,建立了石笼挡土墙的PFC2D模型,使其发生向内和向外两种平移模式,测量土中相应深度的土压力,对整体进行了观测和研究。结果表明,(1)墙体向外平移时,在约1 m的深度范围内,各种位移量下的应力值比较接近,在5 m深度处,各种位移量情况下几乎同时达到侧向土压力和竖向土压力的最大值。(2)墙体向内平移时,在1.5 m的深度范围内,各种位移量下的土压力值比较接近而且与深度呈严格的线性关系;在2 m处,土压力都达到了极大值,之后土压力与深度呈现出明显的非线性,逐渐减小,从而提出了主动土压力和被动土压力的深度范围。

基于TELEMAC-2D和SWMM模型的城市内涝数值模拟

以广州长湴地区为例,基于SWMM和TELEMAC-2D模型构建一种新的耦合模型TSWM,通过历史暴雨事件验证、模型对比等方式评估了TSWM模型的适用性和可靠性,并对不同重现期暴雨开展了数值模拟。结果表明:TSWM模型能较准确地模拟研究区的内涝情况,可实现城市内涝精细化模拟;与基于SWMM和LISFLOOD-FP、WCA2D的耦合模型相比,TSWM模型可得到更为精细的模拟结果;由于排水管网系统标准偏低,研究区在极端暴雨情况下容易发生内涝,建议采取提高排水管网系统标准、构建泵闸联合调度方案、布设LID设施等措施降低暴雨内涝影响;TSWM模型在复杂城区内涝数值模拟方面具有良好的适用性和较高的模拟精度。

岩石剪切破坏过程的RFPA^(2D)数值模拟

运用岩石破裂与失稳过程分析RFPA2D系统,对岩石剪切破裂过程进行了数值模拟研究。将剪切岩石视为非均匀弹-脆岩石材料,模拟结果再现了岩石剪切滑动形成从变形到破坏直至失稳的全过程,剪断面是滑动形成的主要形式,并首先在试样一端出现,然后再形成由一端及里的剪断面扩展直至另一端最后产生剪断面破坏贯通,形成统一的滑动面,岩石剪切破裂面分形维数还对应着剪断面的粗糙程度和力学行为。

基于FLO-2D模型的泥石流运动冲淤数值模拟

采用2维流变模型FLO-2D,经连续方程与运动方程,结合网格化的数字高程模型,选取陇南市武都地区清水沟、嘴子沟及段河坝3条泥石流沟为试验区.通过DEM在ArcGIS中转换为ASCⅡ格式输入至FLO-2DPRO软件中,建立流域模型,分析计算出各网格点的可能运动速度、淤积深度,并将模拟结果整合致GIS中.在GIS软件中分析可能淤积范围,通过对比2010年陇南"8.12"特大暴雨事件引发泥石流灾害灾情,验证了FLO-2D模型模拟试验区泥石流威胁范围的正确性,发现模拟结果与实际发生灾情威胁范围大致相符.

空间发展平板混和层流动的大涡模拟-3D与2D模拟的比较

本文利用大涡模拟方法研究了空间发展平板混合层流动,分别在三维模型和二维模型下,比较了大尺度结构涡的演化过程,以及流向速度、流向脉动速度、横向脉动速度和Reynolds应力的统计时均结果,并与实验结果对照,指出3D模拟无论在物理真实性还是预报结果准确性方面都要明显优于2D模拟。

基于FLO-2D的溃决型泥石流模拟研究

2013年7月10日华溪沟引发降雨量为100年一遇的溃决型泥石流("7.10"泥石流),造成岷江堵塞并形成堰塞湖,造成巨大经济损失和人员伤亡。为了研究溃决型泥石流危险性,探讨不同降雨频率下暴发泥石流的结果,利用FLO-2D软件对华溪沟在不同降雨频率下溃决与非溃决条件进行了数值模拟,并把100年一遇的模拟结果与实际野外调查情况做出对比。结果显示溃决条件下冲出量、堆积范围面积、平均堆积深度比非溃决条件下超出1倍;溃决时冲出量比实际调查值少5.58万m3。数值模拟结果表明模型的误差在允许范围内,模拟结果与原型相比准确度为88.61%,模拟效果较好。溃决型泥石流规模比非溃决时相比甚大,因此在进行灾害防治设计和危险性评价时应特别注意。

利用HYDRUS-2D软件模拟污染事故后三氮污染物的迁移转化规律

以某污水处理池泄露污染水环境为例,利用HYDRUS-2D软件构建土壤水分运动和溶质运移模型,模拟三氮在该场地非饱和带垂向以及向下游地表水体的迁移转化过程,为定量预测识别该污水泄漏场地对下伏含水层和下游河流的影响提供技术参考。结果表明:(1)三氮在非饱和带垂向100cm以内明显富集,但富集规律各异;(2)氨氮和亚硝态氮在整个模拟期内并未迁移至潜水面,对下游河流的影响微乎其微,最终污染下伏含水层和下游河流的是硝态氮;(3)硝态氮在污水泄漏事件发生后的第1 095天以0.024 0mg/cm3(即24mg/L)到达下伏潜水面,超过《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)中Ⅲ类限值(20mg/L);(4)硝态氮在污水泄漏事件发生后的第938天以0.468 5mg/cm3(即468.5mg/L)的峰值到达下游河流,超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中规定的Ⅴ类限值(2.0mg/L)。

基于PFC^(2D)软件的柿树沟泥石流运动过程数值模拟

为了解泥石流的启动及运动过程,以栾川县柿树沟泥石流堆积体为例,基于堆积体室内大型直剪试验指标,利用PFC2D模拟软件对其启动及运动过程进行仿真数值模拟,分析了不同工况下堆积体的运动速度场、应力场及位移场,研究了崩滑松散碎屑堆积物质启动、形成泥石流的过程和机制。结果表明,强降雨是柿树沟沟内松散堆积体启动形成泥石流的触发因素;中雨工况下,地表径流的冲刷力仅对堆积体表层有影响,但堆积体整体形态基本无变化;暴雨工况下,泥石流沟上游的洪水迫使土石颗粒脱离堆积体表面,后缘表层土体首先开始运动,产生的推挤力不断推动前方堆积土体向前运动,坡面形态发生显著变化;暴雨时间越长,堆积土体的运动速度和位移也越大,最终导致堆积体发生连锁式破坏,形成泥石流。

垮落区注浆充填压实特性的PFC^(2D)模拟试验

首次采用了颗粒流程序PFC2D模拟垮落区充填中煤层采出、顶板垮落、充填的整个动态过程;为研究垮落区注浆充填压实特性,建立了122个PFC2D模型进行了数值模拟试验,分别研究了垮落区的充填量,作用在充填体上的载荷Q,充填体的弹性模量和胶结特性等4个因素与垮落区充填压实特性的关系.结果表明,垮落区的充填量是影响垮落区充填体压实特性的首要因素,充填体的弹性模量和充填体上所加载荷大小对垮落区充填的压实特性影响显著,充填体的胶结特性对垮落区的压实特性影响有限.PFC2D是研究垮落区注浆充填的有效手段.

基于TOUGH2-FLAC^(3D)耦合的三维地面沉降数值模拟及控制策略研究

地下水开采引发的地面沉降是一种多场耦合的复杂问题,土体变形过程中渗流与应力应变相互影响。采用部分耦合原理,通过渗流和变形过程中的相关状态变量来耦合成熟的商业软件TOUGH2和FLAC^(3D)进行三维变参数的地面沉降数值模拟研究,其中TOUGH2模拟渗流,FLAC^(3D)模拟土体变形,并以此为工具探讨地面沉降的控制策略。基于弹性模型承压含水层抽水的理想算例进行了变参数条件下的模拟计算,发现顶底板水平变形未被约束时水平位移不可忽略,其峰值距离抽水井有一定距离,且水平位移峰值大于垂向位移峰值;此外,由于地面沉降过程中渗透系数及孔隙率减小,导致近井区域渗流量增加,变参数模型位移量大于定参数。将以上方法应用于地面沉降控制策略研究,通过控制抽水流量及抽水时间,发现限制开采速率能控制沉降量,缩短抽水时间能控制沉降范围;对比脉冲式抽水及抽水—回灌常用地面沉降控制策略,发现抽水时采取合理的回灌措施能有效控制沉降量及沉降范围,而脉冲式抽水使得近井处弹性沉降量未得到明显控制,沉降影响范围反而更大。