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地下工程渗流排水孔数值模拟的隐式复合单元法 总被引：1，自引：0，他引：1
根据渗流基本原理,提出了排水孔在地下工程中渗流数值模拟的隐式复合单元法。将排水孔隐含于模型网格中,得到排水孔在模型中的数据信息。判断所有排水孔与单元的相对位置,通过修正排水孔所穿过单元的渗透传导矩阵来模拟排水孔的强排水效果,并通过实例对排水子结构法和隐式复合单元法进行了比较。运用编制的三维有限元计算程序对某地下水电站厂房渗流场及排水孔进行了模拟,结果表明,采用隐式复合单元法对排水孔进行模拟是可行的。 相似文献
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针对有限元与边界元耦合法在岩土力学无异域中应用的具体实现问题进行了研究，提出了在微机上实现的具体措施和需建立的程序模块，将有限元与边界元耦合法计算结果、有限元计算结果与理论解析解进行了比较。 相似文献
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渗流分析中排水孔模拟的空气单元法 总被引：16，自引：3，他引：13
提出了用“空气单元”模拟排水孔的思路,即将排水孔看作是以空气作为渗流介质的单元体,在给定了相应的渗透系数后,使它像岩块、土体等单元一样加入传统的有限元渗流计算方法中。通过算例及实际工程应用,证明该法简便可行,具有一定的工程应用价值。 相似文献
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《岩土力学》2017,(1):180-188
排水孔是降低岩土体中地下水位和减小渗透压力的重要设施。因排水孔孔径小、排列密集,研究排水孔列的简化模拟方法对减小渗流数值计算规模,提高计算效率十分必要。基于流量等效原理的以沟代井列的延长渗径法,因其概念清晰、实现简便,在承压含水层井列的渗流场模拟中应用广泛。现有以沟代井列的延长渗径法中附加渗径计算公式与井深和含水层厚度息息相关,使得该方法应用于多层和有自由面的问题困难重重。针对现有延长渗径法的局限性,提出适用于有自由面的各向异性多种介质中排水孔列渗流问题的延长渗径法,附加渗径长度的确定不再受到孔深和含水层厚度的影响。采用该方法对几个典型的溢流型、逸出型和复合型排水孔列进行渗流场有限元分析,并与排水孔直接模拟的结果进行对比。结果表明,延长渗径法得到的排水孔的流量与排水孔直接模拟法的流量相差很小,且两种方法获得的自由面基本吻合。因此,提出的延长渗径法是模拟排水孔列渗流行为的简单而有效的方法。 相似文献
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为使虹吸排水技术在黄土地区边坡应用中取得更好效果,考虑黄土各向异性进行虹吸排水孔间距设计,基于Neuman理论,利用土质渗透系数差异程度考虑黄土各向异性渗流规律,引用拦截比的概念,并结合降深与影响半径的关系,推导出了一种适合各向异性土体的虹吸排水间距解析解。结果表明：虹吸排水孔间距不仅与渗透系数和降深相关,还与竖向渗透系数与水平渗透系数之比有着较大的关系。在黑方台黄土地区的实际工程案例中,0.4 m为虹吸排水孔的最优间距。数值模拟及解析计算表明,单排排水孔间距在0.4 m的情况下拦截比为49.7%,满足工程实际要求。 相似文献
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在断层错动下跨断层埋地管道反应模拟方法中,壳模型有限元方法较简化索模型解析方法能更好地反映管道壳体反应特性,而目前国内外规范仍多采用便于应用的简化索模型解析方法。基于壳模型有限元方法,与索模型解析方法的对比计算分析,探讨了两类方法的管道轴向拉伸应变计算值差异及引起差异的主要因素,并在管道跨断层交角较小（小于70°）的情况下,提出了基于管道埋藏土层波速值和断层错动量两个参数的改进Newmark方法。进一步地计算分析表明,对于不同的管道跨断层交角和管材特性情况,改进的Newmark方法对壳模型方法计算结果的拟合度达到了0.87。 相似文献
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渗流分析中排水孔模拟的叠单元法 总被引：2，自引：0，他引：2
排水孔是重要的渗控措施,如何准确模拟排水孔的作用是渗流分析中的关键问题之一。目前普遍采用排水子结构法,但由于子结构网格依存于整体网格,在解决复杂工程问题时网格划分难度很大。文中提出一种新的排水孔模拟方法--叠单元法。对于含排水孔的结构,将其划分为不包含排水孔的整体网格以及各排水孔附近区域的局部网格,网格之间相互独立。然后,通过排水孔局部网格的外边界面的虚拟渗流,实现整体网格与排水孔局部网格的耦合。算例分析的结果表明,当排水孔局部网格范围大小取为整体网格单元尺寸的1～3倍,外边界面渗透系数取为材料渗透系数的102～103倍时,所提方法能够准确模拟排水孔的作用。由于叠单元法的网格划分简便易行,有望广泛应用于复杂工程问题的渗流分析 相似文献
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交通荷载往复作用下饱和软土路基会发生显著的工后沉降,并引起不均匀沉降。采用基于室内循环三轴或空心圆柱扭转试验建立的经验显式模型与等效有限元相结合方式,在预测路基长期沉降方面取得了较好的效果。然而,其采用的瞬时积累、逐步消散的孔压模型与实际工程中孔压积累与消散同时进行有着明显的差异。忽略这种差异将会使得计算结果低于实际值。采用能反映自然排水条件下震动孔压长消规律的解析公式,对以上的不足作出改进,并用改进的孔压模型计算了上海浦东国际机场第一跑道的长期运营沉降。分析表明,与瞬时积累、逐步消散的孔压模型相比,考虑孔压积累与消散耦合效应的孔压模型,计算结果更接近实测资料。 相似文献
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自启动负压排水方法是一种新兴的间歇性波动排水方法,为对该方法的实现机理进行理论研究,建立了可供解析研究的负压排水模型。先引入狄拉克函数表述负压排水模型中点汇的数理特性,并对此模型推求出潜水剖面二维流运动方程及潜水面边界条件;再使用二维傅里叶正逆变换求解负压排水模型的定解问题,得到负压排水渗流场解析解。设置两种工况分别计算了自启动负压排水方法下数值模拟和理论解得到的边坡浸润线曲线,并进行了对比分析。结果表明：在不同排水孔位置工况的3组条件中,排水孔位置越深,理论解误差越大,其中排水孔位置为（24,10）时,靠近排水孔区域理论解与数值模拟结果误差最大;在排水孔位置固定、不同初始水头高度工况的3组条件中,左、右水头越高,理论解误差越大,其中左水头为28 m、右水头为8 m时,理论解与数值模拟结果误差最大。该自启动负压排水渗流场解析解在简化条件下的浸润线理论解与数值模拟结果吻合度较高。 相似文献
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Yi--> Tian Wenbing Wu Guosheng Jiang M. Hesham El Naggar Guoxiong Mei Meijuan Xu Rongzhu Liang 《国际地质力学数值与分析法杂志》2020,44(8):1170-1183
In engineering practice, a rapid loading rate can result in ground failure when the strength of soft soils is relatively low, and a multistage loading scheme is always utilized to deal with this situation. Firstly, under a multistage load and the continuous drainage boundary, an analytical solution of excess pore-water pressure and consolidation degree is obtained by virtue of the superposition formula of excess pore-water pressure, and a more general continuous drainage boundary under arbitrary time-dependent load is developed. Then, a comparison with existing analytical solutions is conducted to verify the present solution. A preliminary attempt on applying the continuous drainage boundary into the finite element model is made, and the feasibility of the numerical model for the one-dimensional consolidation under the continuous drainage boundary is verified by comparing the results calculated by FEM with that from present analytical solution. Finally, the consolidation behavior of soil is investigated in detail for different int erface parameters or loading scheme. The results show that, in land reclamation projects, a horizontal drain should be placed close to the boundary with a smaller interface parameter to improve the consolidation efficiency. The degree of consolidation is also related to the applied time-dependent load and interface parameters. 相似文献
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Laboratory consolidation of structured clayey soils is analysed in this paper. The research is carried out by two different methods. The first one treats the soil as an isotropic homogeneous equivalent Double Porosity (DP) medium. The second method rests on the extensive application of the Finite Element Method (FEM) to combinations of different soils, composing 2D or fully 3D ordered structured media that schematically discretize the complex material. Two reference problems, representing typical situations of 1D laboratory consolidation of structured soils, are considered. For each problem, solution is obtained through integration of the equations governing the consolidation of the DP medium as well as via FEM applied to the ordered schemes composed of different materials. The presence of conventional experimental devices to ensure the drainage of the sample is taken into account through appropriate boundary conditions. Comparison of FEM results with theoretical results clearly points out the ability of the DP model to represent consolidation processes of structurally complex soils. Limits of applicability of the DP model may arise when the rate of fluid exchange between the two porous systems is represented through oversimplified relations. Results of computations, obtained having assigned reasonable values to the meso‐structural and to the experimental apparatus parameters, point out that a partially efficient drainage apparatus strongly influences the distribution along the sample and the time evolution of the interstitial water pressure acting in both systems of pores. Data of consolidation tests in a Rowe's cell on samples of artificially fissured clays reported in the literature are compared with the analytical and numerical results showing a significant agreement. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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实时排出坡体地下水可减少降雨诱发型滑坡灾害的发生。仰斜排水孔是滑坡治理中常用的排水方法,但排水孔的淤堵问题影响了排水的效果,其使用的耐久性也得不到保证。论文提出一种俯倾排水孔负压排水法,将钻孔分为下部透水孔段和上部注浆封闭孔段,中间使用止浆体分隔,虹吸排水管穿过注浆封闭孔段进入透水孔段的底部。当坡内地下水位上升,引起排水管进水口的水头高程大于钻孔的孔口高程时,虹吸排水自然启动并在透水孔段内产生负压,从而加快排水速度。负压排水过程的抽吸作用可将孔内淤积物排出,而封闭孔段将钻孔透水孔段与大气隔离,有利于解决化学淤堵问题和生物淤堵问题。论文首先定性分析了该方法的作用原理和应用可行性,再在恒定水头条件下,进行了负压和排水能力的物理模型试验。试验表明:（1）排水过程可以产生必要的孔内负压条件;（2）排水一段时间后,透水空腔内的压强值不再变化,排水流量基本稳定;（3）增大排水管径或增大排水口与透水空腔高差,可使透水空腔内产生更大的负压值,从而提高排水效果。因此该方法是一种新型有效的排水方法,有较好的工程应用价值。 相似文献
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轴对称均匀黏弹性地基中现浇薄壁管桩竖向动力响应简化解析方法 总被引：3，自引：0，他引：3
考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土纵向耦合振动,建立了轴对称均匀黏弹性地基中现浇薄壁管桩管桩纵向振动的定解问题,采用Laplace变换的方法求得了解析解。对一算例进行了分析,将计算结果与实测波形和有限元进行了对比,三者吻合较好。进一步分析了桩周土和桩芯土黏性阻尼系数对桩顶速度导纳和复动刚度的影响以及桩底土阻尼系数对桩顶速度导纳的影响,得到了各参数对桩纵向振动特性影响的规律 相似文献
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以天津滨海新区临港工业区吹填软土为试验材料,以普通型竖向排水板、改进型竖向排水板及改进型横向排水板进行室内低位真空预压试验。结果表明,利用普通型竖向排水板进行低位真空预压试验,在真空-堆载联合作用下,28 d表层土体强度达到10 kPa,但中间土体强度偏低,整体呈两边硬中间软的夹心层;以改进型竖向排水板进行低位真空预压试验,前10 d土体强度增长与普通型竖向排水板试验接近,后期土体强度增长明显比前者快,28 d表层土体强度达到12 kPa,中间土体强度略有提高,但整体均匀性仍较差;以改进型横向排水板进行低位真空预压试验,28 d表层土体强度达到11 kPa,强度增长比改进型竖向排水板试验慢,但中部土体强度和整体均匀性均优于改进型竖向排水板试验。基于上述试验成果,运用有限元模拟低位真空预压试验过程,计算沉降量和孔隙水压力并与实测数据对比,发现两种竖向排水板试验计算结果与实测数据吻合较好,改进型横向排水板试验稍差,但基本上都能反映低位真空预压过程中土体沉降量和孔隙水压力变化趋势。 相似文献
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温度的变化会导致土体的物理力学性质改变,且在一些实际工程中,饱和黏土会处于非等温分布状态。为此,针对非等温分布条件下饱和黏土的一维固结问题,考虑了更具普遍性的半透水边界,通过某些假定推导了单级线性加荷形式下饱和黏土一维固结控制方程,并利用分离变量法求解得到了控制方程的解析解。通过将所提解析解分别与已有解析解和有限差分解展开对比分析,验证了所提解答的正确性。基于所提解析解,利用某一算例分析了温度梯度、半透水边界参数及加荷时间对固结性状的影响。结果表明：温度梯度 M 越大,土体的渗透性越大,土体的固结速率越快;半透水边界参数 R1和 R2越大,相同时间内土体的超孔隙水压力越小,土体的平均固结度越大;土体的平均固结度随加荷时间 tc 的增大而减小,这主要是由于加荷阶段所施加的外荷载小于最终荷载,但加荷时间tc的延长可一定程度减小土体中产生的最大超孔隙水压力。 相似文献
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地下工程复杂渗流场数值模拟研究与应用 总被引：3，自引：0，他引：3
结合地下工程复杂渗流场三维有限元分析的实际 ,用渗透张量模拟非均匀各向异性 ,用改进丢单元法迭代自由水面 ,用隐性的复合材料单元模拟断层 ,用隔水层模型模拟防渗帷幕 ,用以沟代井模拟排水井列。在此理论基础上编制了渗流分析的三维有限元计算程序。且用此程序成功求解了漫湾水电站二期工程地下厂房围岩的复杂渗流场 ,并在此基础上分析渗流场分布的主要影响因素的影响。结果验证了程序的合理性和实用性 相似文献
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Existing solutions for analyzing one-dimensional (1-D) consolidation of unsaturated soil are only derived to cater to two extreme drainage conditions (fully drained and undrained). This study presents a new explicit solution for 1-D consolidation of unsaturated soil with semi-permeable drainage boundary. Based on the assumptions of two independent stress variables and the governing equations proposed by Fredlund, the eigenfunction expansion method is adopted to develop an explicit analytical solution to calculate excess pore-water and pore-air pressures in an unsaturated soil when it is subjected to external loads. The developed general solutions are expressed in terms of depth, z, and time, t. For the semi-permeable drainage boundary, eigenvalues and eigenfunctions in the space domain are developed. The technique of Laplace transform is used to solve the coupled ordinary differential equations in the time domain. The newly derived explicit solution is verified with the existing semi-analytical method in the literature, and an excellent agreement is obtained. Compared with the semi-analytical solution, the newly derived analytical solution is more straightforward and explicit so that this solution is relatively easier to be implemented into a computer program to carry out a preliminary assessment of 1-D consolidation of unsaturated soil. 相似文献