求解带自由面渗流问题移动网格法的改进及其工程应用

采用有限元固定网格和移动网格相结合的方法,求解带自由面的坝体稳定渗流问题。本方法是针对一般坝体的结构,在有限元网格生成之后,又自动生成了网格移动所需的信息,实现了网格在迭代计算中随自由面的变化自动均匀移动;讨论了网格奇异的不同类型,提出了避免单元形状怪异的移动网格方法;在欧拉空间中分区记录坝体不同的渗透性能,在网格移动到新位置后,自动识别网格所在的物性空间,从而确定单元在新位置上的渗流系数。本文将该方法应用到吉林丰满混凝土重力坝防渗加固的实际工程当中,在考虑大坝原有防渗措施的前提下,利用数值分析,研究了防渗芯墙对大坝渗流性能的影响。计算结果表明,加芯墙后坝体自由面位置明显下移,湿水部分大为减少,坝基扬压力没有明显提升,下游出水点位置没有明显下降。计算过程表明,本文方法及措施具有很好的收敛性与稳定性,且收敛性与自由面初始位置的选择无关。     

A conformal mapping approach for investigating the free-boundary seepage from symmetric channels

We present a new method to investigate the two-dimensional free-boundary groundwater seepage from symmetric soil channels into a homogeneous isotropic porous medium. We use Levi–Civitá’s function to construct an integral representation for the conformal mapping of the complex potential domain onto the physical flow domain. A genetic algorithm (GA) is used to calculate the coefficients of the Maclaurin series expansion of Levi–Civitá’s function. The coordinates of the points from the channel contour, calculated by means of the integral representation, must satisfy the analytic equation of the contour. We use this condition to define the objective function of the genetic algorithm. Levi–Civitá’s function is afterwards used to calculate the seepage loss, the free lines, the streamlines, the equipotential lines, the isobars and the velocity field. Some examples illustrate the method.     

深基坑工程渗流场特性分析

深基坑工程的施工特点决定了其渗流场水力条件的复杂性。大量的工程实践显示，渗流问题是许多基坑工程事故的主要或重要原因。本文采用有限单元法分析了基坑渗流场分布特性。比较了不同水力条件下渗流作用对基坑土体渗透稳定性的影响，探讨了工程中可能出现的不利因素，特别是防渗体破坏情况对基坑安全造成的危害性。本文的工作也表明，利用数值方法分析基坑渗流场分布特性，对于深基坑工程的安全性评价和工程施工都具有重要的指导意义。     

前沿领域综述–多孔介质强制对流换热研究进展

多孔介质的强制对流换热主要涉及渗流、对流换热、热弥散和热辐射等方面的内容, 文中对这个几个方面的国内外研究进展和发展趋势进行了逐一综述. 同时对主要理论模型、实验研究和经验关联式进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 并对主要研究成果进行了对比分析, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在. 而且通过简化计算得到高温多孔介质冷却过程何时需要考虑辐射换热. 所有这些对多孔介质的理论研究和工程应用都具有指导性的意义. 关键词： 多孔介质 对流换热 渗流 热弥散     

环氧灌浆材料在莞惠城际轨道工程GZH-5标渗漏水治理中的应用

针对当前聚氨酯灌浆材料在渗漏水治理中存在的问题,提出了依靠堵水环氧灌浆材料和高渗透环氧灌浆材料进行渗漏水治理的新思路。环氧类灌浆材料既能够对混凝土裂缝等缺陷进行修复,也能够封堵渗漏水,希望修复后的缺陷能够保持和恢复混凝土结构的耐久性。     

单裂隙流-固耦合渗流的试验研究

通过对较大尺寸的单裂隙岩体试块进行不同侧面加载的渗流试验,在实验室里开展了单裂隙流 固耦合渗流研究,模拟核废料贮藏库的围岩自由面的最危险部位的渗流量 应力耦合状态。分析了裂隙岩体渗流与应力的耦合机理,获得了几种典型情况下的试验数据,并拟合出不同应力条件下单裂隙岩体渗流量与应力间数学经验公式。从而说明并非任一方向的应力增加都能使渗流量减小,而是裂隙岩体的渗流量随着双向压应力的增加而减少,随着平行于裂隙面方向的单向压应力的增加而增加。缝隙开度虽然随着法向应力的增加而逐渐减小,但最终不可能完全闭合,所以,此时流量不可能为零。同时,在试验过程中还通过闭环控制来实现被加载面的均匀受力,这为大尺寸岩体试验提供了一种很好的加载方法。     

煤在瓦斯一维渗流作用下的初次破坏

作者观察了煤在瓦斯一维渗流作用下的初次破坏,发现破坏煤体呈球冠状;临界破坏瓦斯超压取决于卸载条件,煤型的强度、半径和长度,以及煤型所受的侧压,但与瓦斯吸附特性无关。对实验例进行了数值分析,结果表明煤体的破坏属于拉伸破坏;卸载速率的增高,侧向围压的减小与煤型几何半径的增大将使得煤体在瓦斯渗流作用下更易于破坏。     

天然气水合物热分解引起多场响应的特征时间分析

天然气水合物是我国的战略能源,而要实现商业化开采,必须首先回答如何避免引发地质灾害与环境问题。开采过程涉及传热、水合物相变、渗流、地层软化与应力重分布的多场响应,进而可能引起地层破坏,甚至大尺度塌陷、滑坡、甲烷喷发泄漏等灾害。本文针对天然气水合物热分解引起多场响应的问题,通过量纲分析得到传热、水合物相变、渗流、地层应力重分布的特征时间,进一步比较分析发现,它们的时间尺度之间相差2个数量级以上,从而提出解耦分析方法,该方法已在系列模型实验设计与理论分析中得到应用。

     

Steady ground-water flow through layered media

This paper deals with the flow through a layered medium that has alternate sand and clay strata. The solutions of plane, axisymmetric and spatial cases are given. Research results in this paper can be applied to seepage calculations and hydraulic engineering designs in flood areas and reclaimed marsh land.List of Symbols A _n Upward leakage factor of the nth sand stratum - A _n Downward leakage factor of the nth sand stratum - [B] Matrix of eigenvector - B _nm Element of [B] corresponding to the nth sand stratum and the mth eigenvalue - C _m , C _N+m Arbitrary constants belonging to the terms contained the mth eigenvalue - C_mj Arbitrary constant belonging to the term contained the mth eigenvalue due to a line source in the jth sand stratum - [D] Inverse matrix of [B] - d _f0 ^sup+ Additional length of the seepage path for ditches in symmetric flow - F, ^F _m Area and dimensionless area corresponding to the mth eigenvalue ( ^F _m = _fm ^sup2 F) - f ₀ Coefficient of additional resistance of partially penetrating well - H Total water head; upstream water head - h, h _n Water head and water head of the nth sand stratum - h _nj Water head of the nth sand stratum due to a line source in the jth sand stratum - h ₀ Surface water head - h/H × 100% Potential - i, j Number - k, k Permeability coefficient of the sand stratum and clay stratum, respectively - k _n , k _n Permeability coefficient of the nth sand stratum and the nth clay stratum, respectively - L Length - m Number - N Total number of sand or clay strata - n Number - Q _j Discharge of a line source distributed along a vertical line in the jth sand stratum - Q _ji The partial discharge of the ith well (or line source), which flows through the screen pipe penetrating the jth sand stratum - qj Discharge of a face source distributed on an area - unit breadth multiplied by the thickness of the jth sand stratum. The abbreviation is: unit discharge of a face source in the jth sand stratum - qji Unit discharge of a face source on the ith surface element in the jth sand stratum - R Constant radius - S Distance; length of a curve - ^S _m Dimensionless length of a curve corresponding to the mth eigenvalue ( ^S _m = _m S) - s Number - T _n , T _n Thickness of the nth sand stratum and the nth clay stratum, respectively - t Number; thickness - x, y, z Cartesian coordinates - y Polar coordinate; radius; distance - ^y _m Dimensionless distance corresponding to the mth eigenvalue ( ^y _m = _m y) - y ₀ Radius of well - y ₀ Radius of equivalent completely penetrating well - Infinitesimal half breadth - Infinitesimal area - Angle - Eigenvalue