工程岩体地下水渗流—应力—温度耦合作用数学模型的研究

为了探讨工程岩体赋存地下水渗流场、应力场与温度场之间存在的相互作用,从场性能等效的原则出发,通过等效性能场之间耦合作用机理的研究,初步建立了一个工程岩体地下水渗流场、应力场与温度场耦合作用的简单的数学模型,为３场之间耦合作用定量研究提供参考。     

饱和多孔介质冻融过程的混合物连续介质理论

应用混合物的连续介质理论,建立了冻融过程中饱和多孔介质的渗流场、应力场和温度场耦合作用的数学模型。该模型以多孔骨架位移、水头和温度为基本变量,包括水总质量守恒方程,总应力平衡方程和总能量守恒方程。该模型可简化为未冻区域内的三场耦合模型,两场耦合的渗流-弹性模型,热-弹性模型和热-渗流模型,以及单场作用的渗流模型,弹性模型和热传导模型。     

高温下混凝土热-湿-气力学耦合数学模型

应用含有多相流体变形多孔介质的质量、动量和能量守恒方程,基于Gawin,Schrefler等的模型,建立了高温下混凝土热-湿-气力学耦合数学模型.考虑了混凝土多相系统中固体速度、饱和度乘蒸汽密度的空间梯度和孔隙压力空间梯度;并采用了广泛应用的描写非饱和土力学行为的力学本构和相应水力本构关系,为模型的进一步有限元分析打下了基础.     

ANSYS软件在有垂直防渗墙的堤坝及地基渗流计算中的应用

鉴于渗流场与温度场微分控制方程的可比拟性,根据渗流场基本方程及定解条件,运用ANSYS软件中"生死"单元技术及网格自适应功能,对具有垂直防渗墙的堤坝及地基的复杂渗流场问题进行计算分析.计算结果表明,该方法可以有效地计算分析复杂边界、多种介质的渗流场.     

高温下混凝土热-湿-气力学耦合数学模型

应用含有多相流体变形多孔介质的质量、动量和能量守恒方程，基于Gawin，Schrefler等的模型，建立了高温下混凝土热-湿-气力学耦合数学模型．考虑了混凝土多相系统中固体速度、饱和度乘蒸汽密度的空间梯度和孔隙压力空间梯度；并采用了广泛应用的描写非饱和土力学行为的力学本构和相应水力本构关系，为模型的进一步有限元分析打下了基础。     

边坡岩体中地下水优化排水机理研究

基于对岩体边坡中地下水的存在性态及作用机理分析 ,提出了实用排水模型 ;建立了排水微分控制方程 ,通过敏感性分析求解此方程而得到岩体中地下水的优化排水方向 .此成果在岩体边坡地下水渗流、库岸边坡岩体中地下水的有效排泄、岩体滑坡有效排水等方面具有重要的实用价值 ,丰富了岩体水力学及山地灾害学的科学内涵     

不同边界和初始条件下非饱和软土路基一维固结

为解决非饱和软土路基在长期荷载作用下的沉降问题,将Kelvin蠕变模型与Duncan非线性弹性模型串联为一个新的非线性黏弹性蠕变模型,来描述非饱和土路基的应力应变关系。结合孔隙水和孔隙气体的控制方程,推导出非饱和软土路基一维条件下的固结-蠕变耦合方程,可以求解非饱和土路基任意时间任意位置的孔隙水压力、孔隙气压力和沉降量,并考虑了长期荷载作用下路基的蠕变变形。结合工程实例对方程进行了验证,计算结果与实际工程有良好的吻合性。利用推导出的一维固结-蠕变耦合方程,对非饱和土固结的边界条件和初始孔隙水压力分布对其固结的影响进行讨论,发现其边界的排水条件对孔隙压力的消散速度有明显的影响,并且非饱和软土在固结过程中的孔隙压力并不一定是单调递减的,固结过程中可能出现负孔隙水压力。     

边坡岩体中地下水优化排水机理研究

基于对岩体边坡中地下水的存在性态及作用机理分析，提出了实用排水模型；建立了排水微分控制方程，通过敏感性分析求解此方程而得到岩体中地下水的优化排水方向．此成果在岩体边坡地下水渗流、库岸边坡岩体中地下水的有效排泄、岩体滑坡有效排水等方面具有重要的实用价值，丰富了岩体水力学及山地灾害学的科学内涵。     

降雨条件下公路节理边坡稳定性分析

结合某公路节理岩质边坡,采用离散单元法,考虑节理岩体应力与渗流耦合机理,对降雨条件下节理边坡稳定性进行分析。重点分析了边坡主应力分布和位移矢量图,节理张拉和剪切位移以及边坡渗流产生的空隙水压力。分析结果表明:节理边坡变形主要受优势节理面控制,产生平面滑移。节理张拉和剪切位移趋势与边坡变形规律是一致的,地下水流动产生空隙水压力会加剧边坡的变形趋势。     

基于渗流场与电场耦合的土石堤坝渗漏诊断

为全面、准确地诊断土石堤坝渗漏隐患,根据孔隙率和饱和度等相关参数,推导土石堤坝渗流场与电场耦合数学模型,基于COMSOL Multiphysics多场耦合平台,将渗流场与电场同步关联,模拟均质土石堤坝破坏过程中介质电阻率随渗流场的变化,得到不同时刻土石坝内渗流场及电场分布,根据土体破坏允许的渗透比降,确定土体渗透过程的...     

地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆，提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力. 结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解；基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测；应用岩体热应力公式对桑珠岭隧址区的岩爆进行了预测. 研究结果表明:在高地温环境下，恒定压力和水平主应力会增加约一倍的岩体热应力，裂隙重开压力会增加约两倍的岩体热应力，垂直应力不变；如果在高地温环境下直接采用水压致裂测得的应力进行岩爆预测，当水平原位地应力大于竖向原位地应力时，得到的岩爆等级偏高，当水平原位地应力在重力应力和竖向原位地应力之间时，得到的岩爆预测位置与实际不一致，当水平原位地应力小于重力应力时，得到的岩爆等级偏低；桑珠岭隧址区的岩体热应力约为重力应力的61%，若不考虑此热应力进行岩爆预测会导致严重的错误.      

铸件凝固过程中温度场的数值模拟

为了掌握铸件凝固过程中温度场的变化规律以提高铸件质量，采用有限元和有限差分相结合的方法离散铸件凝固过程非稳态热传导方程的空间和时间变量，得到了关于金属铸件和铸型温度的代数方程．用二部法模拟铸件与铸模问的耦合，用迭代法求解离散后的代数方程组，并利用变时间步长技术提高计算效率；用热传递系数模拟铸件与铸型间的热传递，铸件冒口及铸型与冒口接触部分节点都当作内部节点，铸型与外界的换热按热对流和热辐射2种方式处理，忽略充型对凝固过程的影响，铸件材料潜热释放采用线性模型．算例结果表明，所用方法能有效地模拟铸件凝固过程中温度场的变化规律．     

跨座式单轨交通系统耦合振动特性

将列车的每节车厢简化为15自由度的动力系统,由拉格朗日方程导出其振动微分方程,将轨道梁简化为欧拉梁,基于能量法和车辆与轨道梁位移协调条件,建立了车辆和轨道梁耦合运动控制方程,研究了跨座式单轨交通轨道梁的动力特性。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明:理论计算结果与实测结果基本吻合,车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大,加速度随车速增大而增大,在40~50 km.h-1处出现最大值,之后随车速增大反而减小;轮胎模型与轨道表面不平度功率谱密度函数对轨道梁横向响应计算结果影响较大,使计算误差增大。     

地震作用下水轮机组在水介质中的动态响应计算

水轮机在水中受地震作用而引起的地震响应属于液体－弹性体的耦合振动问题。本文中首先简介求解机组在水中的动力特性的理论背景及计算方法,接着重点讨论在考虑机组－水体系的三维液－固耦合振动影响下,水轮机组受地震作用的动力学支配方程及用时程分析法求解的解法。最后介绍结合贯流式水轮机所得出的计算成果,并将其结果与不考虑水介质影响得出的结果进行了比较。     

横向风作用下高速铁路车桥系统绕流特性分析

基于不可压缩二维雷诺平均N-S方程，采用RING（renormalization group）k-ε两方程湍流模型，对德国ICE（intercity-express）列车和标准简支梁组成的车桥系统在横向风作用下的二维绕流特性进行了分析．计算网格为由三角形非结构网格和四边形结构网格组成的混合网格，采用有限体积法对微分方程进行离散，应用SIMPLE算法解决压强-速度耦合关系．根据高速铁路桥梁带挡风墙的特点，引入空腔流动研究成果对车桥系统的绕流特性进行了理论分析．结果表明，高速铁路桥梁挡风墙的挡风机理在于充分运用了空腔流的旋涡特性．     

Stress Intensity of Antiplane Conjugate Cracks in Cubic Quasicrystal

Based on the theory of Muskhelishvili, the general solutions for stress and strain of conjugate cracks in cubic quasicrystal are obtained, with which the stress intensity factors of cubic quasicrystal at crack tips and the stress distribution functions of phonon and phason fields are given. The results show that though phason field is coupled with phonon field by constitutive equations, the stress intensity factors are not coupled with any other factors.     

危岩崩落激振作用下的质点峰值振动速度

群发性危岩破坏机理必须考虑危岩体之间的相互作用,研究危岩崩落激振作用对相邻危岩块的影响具有重要意义。对危岩崩落试验激振信号进行积分变换,同时针对坠落式危岩,建立危岩崩落激振效应物理模型。依据能量守恒原理,构建危岩崩落激振作用下由激振源各向同性向外均布传播的质点振动速度计算方法。并通过实例分析,得到了与试验基本一致的结果。这对进一步实施危岩破坏及演化机制研究提供了一定科学依据。     

Investigation on transient dynamic behaviors of low-tension undersea cables

This paper presents a numerical analysis of the dynamic transient behaviors of undersea cables. In this numerical study, the governing equations based on Euler-Bernoulli beam theory are adopted, and they can satisfy many applications no matter what the magnitude of the cable tension is. The nonlinear coupled equations are solved by a popular central finite difference method, and the numerical results of transient behaviors are presented when several kinds of surrounding conditions, such as different towing speeds of surface vessel, different currents and waves with various frequencies and amplitudes, are exerted. Then a detailed comparison of the results, including the upper end tension and cable shape in time-domain, is made under the above external excitations, and finally the possible reasons for these are further explained.     

非贯通裂隙岩体经验强度准则的研究

根据单轴、双轴和三轴压缩条件下非贯通裂隙岩体模型的强度试验结果及其规律，通过岩体强度特征的理论分析，本文提出一个考虑中间主应力影响、适用于不同应力条件的非贯通裂隙岩体经验强度准则，并对准则中参数确定与选取进行了讨论。最后，以室内模型试验和现场试验数据，对提出的准则作了应用和验证。