一种横观各向同性岩体蠕变模型     

李列列  管俊峰  肖明砾  刘海朝  唐克东 《岩土力学》2020,41(9):2922-2930

层状岩体由于层理面或者结构面的存在，在力学上具有横观各向同性的特点，现有的各向同性蠕变模型难以全面反映横观各向同性岩体的蠕变力学特性。为构建能够反映横观各向同性岩体的三维蠕变模型，以能反映瞬时应变、减速蠕变和稳态蠕变特征的黏弹性Burgers模型为基础，基于常泊松比假定，在三维各向同性蠕变本构方程的基础上，按照算子替换的方法，将横观各向同性柔度矩阵代替各向同性柔度矩阵，并考虑了平行和垂直层理方向岩体蠕变力学行为的差异性，推导了横观各向同性岩体的三维蠕变本构方程。根据本构方程的特点，提出了根据平行和垂直方向岩体蠕变试验结果进行三维蠕变本构模型中蠕变参数的辨识方法。将提出的模型应用于三轴蠕变试验参数辨识，从而获得了一套完整的三维蠕变参数，并与试验结果进行对比分析，从而验证了所提模型与方法的合理性和有效性。进一步，指出了传统蠕变试验设计方案的局限性，给出了横观各向同性材料蠕变试验设计建议。研究成果为研究岩体三维蠕变机制提供了新思路，可对岩体蠕变试验设计提供相应的科研支撑。  相似文献   

管道流模型参数敏感性分析及其在许家沟泉域的应用     

武亚遵  李彦涛  林云  曲鹏冲 《水文地质工程地质》2020,47(2):68-75

在岩溶含水系统中，作为主要排水通道的管道对泉流量动态具有一定的控制作用，而管道特征参数对流量变化亦有影响。为确定管道各参数的影响，前人以管道发育的岩溶水系统为研究对象，进行了短时间序列泉流量响应的分析探讨，而对岩溶管道不十分发育的岩溶水系统的研究较薄弱。为此，本研究结合北方岩溶水系统的发育特征，借助CFP管道流模型对管道各参数对岩溶系统流量和流态的影响程度及各参数的敏感性进行了分析，而后基于河南鹤壁许家沟泉域岩溶水文地质特征构建了泉域的MODFLOW-CFP模型，对泉域岩溶地下水渗流进行了模拟，并对不同降水保证率下的泉流量进行了预测。结果表明:管道流量与管壁渗透系数、管道坡度和管径呈正相关，而随弯曲度和埋深的增加管道流量呈先增大后减小的趋势。管壁粗糙度对流量的影响较小，且呈现出一定的波动性，尤其是当管壁粗糙度较小时，波动比较明显。经敏感性分析发现，管壁渗透系数和埋深的敏感性最高，其次为弯曲度和管道坡度，而管道直径和管壁粗糙度敏感性最低。许家沟泉域在25%降水保证率下，年最大泉流量为0.45 m3/s，平均泉流量为0.36 m3/s；在75%降水保证率下，年最大泉流量为0.41 m3/s，平均泉流量为0.31 m3/s，与实际情况吻合。该法可为我国北方岩溶区水资源评价及泉域水资源开发保护提供借鉴。  相似文献   

黄河干流头道拐河段凌汛期小流量过程变化及其影响因素研究     

全栋  李超  路新川  史小红  杨朝霞 《冰川冻土》2020,42(2):620-628

黄河干流内蒙古段河道冬季流凌封河期， 河道水量除一部分转化为冰量外， 很大一部分转化为槽蓄水量而贮存在河道中， 导致下游头道拐河段出现小流量过程， 上游河道流量转化为槽蓄水量和贮存的冰量越大， 小流量持续时间越长， 开河期发生凌汛洪水风险越高。通过对1998 - 2016年头道拐站凌讯期流量变化过程分析， 重新界定了小流量上限阈值为330 m³·s^-1， 并且以此值为标准进行小流量过程研究， 分别采用R/S极差分析法、 Fourier变换分析法对近年来小流量过程变化特征进行分析； 结合非线性概率Logit模型和Probit模型对小流量过程的影响因素进行讨论。结果表明： 小流量持续天数变化呈现缩短趋势； 同时， 小流量过程与上游相对来水之间变化关系显著且过程同步， 而滞后于河道槽蓄水量变化过程； 通过Logit模型和Probit模型分析各影响因素变化时相应小流量持续时间变化的响应概率大小， 明确河道冰流量是小流量过程第一影响因素， 气温条件是小流量过程的决定因素， 首封位置和相对来水量是小流量过程重要影响因素。  相似文献   

基于级配方程的粗粒料压实特性试验研究     

吴二鲁  朱俊高  郭万里  陆阳洋 《岩土力学》2020,41(1):214-220

级配显著影响着堆石料的压实特性，定量表述级配对堆石料压实特性的影响至关重要。基于连续级配土的级配方程，设计了16组不同级配的试验粗粒料，进行了表面振动压实试验和侧限压缩试验，定量研究了级配对粗粒料压实特性的影响。研究表明：由表面振动压实（动应力）试验和侧限压缩（静应力）试验得到的干密度与级配曲线面积之间均呈二次函数关系，且干密度中的最大值对应的级配曲线面积均在0.9附近；无论是表面振动压实试验还是侧限压缩试验，堆石料都存在干密度最优（最大）的级配。依据试验成果，给出了所试验堆石料的最优级配区间（级配上、下包络线）；同时，利用相似级配法论证了实际级配粗粒料的最优级配区间，并根据国内外多座土石坝粗粒料的设计级配验证了该最优级配区间的普遍适用性，为土石坝粗粒料的级配设计提供了理论依据。  相似文献   

裂缝、裂隙介质衰减频散研究          下载免费PDF全文

张繁昌  路亚威  桑凯恒  黄建平 《地球物理学报》2019,62(8):3164-3174

为研究裂缝、裂隙介质中波致流引起的衰减,将裂缝看作背景孔隙岩石中非常薄且孔隙度非常高的层状介质,并等价成White周期层状模型.分别考虑不同类型的裂隙和孔隙之间的挤喷流影响,结合改进的Biot方程,推导得到裂缝裂隙介质的刚度与频率的关系.当缝隙中饱含流体时,介质的衰减和速度频散受裂缝、孔隙之间和裂隙、孔隙之间流体流动的显著影响.在低频极限下,裂缝裂隙介质的性质由各向异性Gassmann理论和挤喷流模型获得;而在非常高的频率时,由于缝隙中的压力来不及达到平衡,波致流的影响可忽略.分析表明,裂隙密度主要影响波的衰减,而裂隙纵横比主要控制优势衰减频率和速度显著变化的频率范围;由于不同裂隙的衰减机制不同,衰减和速度频散大小有所差异,但基本趋势相同.  相似文献   

一种优化的频率域三维声波有限差分模拟方法   总被引：1，自引：1，他引：0       下载免费PDF全文

范娜  成景旺  秦雷  赵连锋  谢小碧  姚振兴 《地球物理学报》2018,61(3):1095-1108

为提高频率域有限差分（FD，finite-difference）正演模拟技术的计算精度和效率，基于旋转坐标系统的优化差分格式被广泛应用，但是只应用于正方形网格的情况.基于平均导数法（ADM）的优化差分格式，应用于正方形和长方形网格模拟.这些频率域有限差分算子，各自具有不同的差分格式和对应的优化系数求解表达式.本文基于三维声波方程发展了一种新的优化方法，只要给定FD模板形式，可直接构造频散方程，求取FD模板上各节点的优化系数.此方法的优点在于频率域FD算子的优化系数对应各个节点，可扩展优化其他格式.运用此优化方法，计算得到了不同空间采样间距比情况下27点和7点格式的优化系数.数值实验表明，优化27点格式与ADM 27点格式具有相同的精度，优化7点格式比经典的7点格式具有更小的数值频散.  相似文献   

一种黏声波方程逆时偏移成像中的衰减补偿方法          下载免费PDF全文

周彤  胡文毅  宁杰远 《地球物理学报》2018,61(6):2433-2445

在存在强衰减介质的区域进行逆时偏移成像，需要既能补偿地震波传播过程中的振幅衰减，又能保持其相位不变的高效算法.为此，本文提出了一种利用有限差分模拟进行声波衰减补偿的方法来实现考虑衰减的逆时偏移.这种方法以线性黏弹性体模型为基础，保持其复模量的实部不变，并采用多项式多级优化方法修正复模量的虚部，从而实现在保持相位不变的同时补偿振幅，进而有效提高偏移成像的清晰程度，尤其是对于介质对地震波衰减极为强烈的情形.这一方法在声波方程中只增加了整数阶微分算子进行修正，能够保证利用有限差分法进行数值求解，有利于进行高效的大规模细粒度并行计算和GPU加速计算.数值实验结果验证了这一方法的可行性和有效性，能够很好地提高强衰减介质区域的偏移成像质量.  相似文献   

礁坪上波浪传播的数值模拟     

何栋彬  房克照  孙家文  刘忠波 《海洋通报》2018,(2):129-138

本文基于具备间断捕捉能力的二阶全非线性Boussinesq数值模型,对规则波和随机波在礁坪地形上的传播变形进行了数值模拟。该模型采用高阶有限体积法和有限差分方法求解守恒格式的控制方程,将波浪破碎视为间断,同时采用静态重构技术处理了海岸动边界问题。重点针对礁坪上波浪传播过程中的波高空间分布和沿程衰减,礁坪上的平均水位变化,以及波浪能量频谱的移动和空间差异等典型水动力现象开展数值计算。将数值结果与实验结果对比,两者吻合情况良好,验证了模型具有良好的稳定性,具备模拟破碎波浪和海-岸动边界的能力,能较为准确地模拟波浪在礁坪地形上的传播过程中发生的各种水动力现象。  相似文献   

港湾中海啸流的模拟及其时空演变特征对输入条件不确定性的响应分析          下载免费PDF全文

王培涛  闪迪  侯京明  王岗  高义  任智源  范婷婷  王宗辰  王君成 《地球物理学报》2018,61(4):1325-1340

一直以来，海啸波特征作为表征海啸潜在破坏性的参数指标得到了广泛应用，特别是针对近场极端海啸事件造成的灾害来说，这种表征具有较好的适用性.然而总结分析历史海啸事件造成的损失发现：在远场近岸及港湾系统中，海啸诱导的强流却是造成损失的主要原因.陆架或港湾振荡导致海啸波幅快速升降诱发强流，可能促使港工设施受到威胁及损害，进而对海啸预警服务及海事应急管理提出了新的挑战.因此，全面理解与评估海啸在港湾中诱发的灾害特征，探索港湾中海啸流的数值模拟方法，发展针对港湾尺度的海啸预警服务指导产品尤为迫切.受限于海啸流验证数据的缺乏及准确模拟海啸流技术方法的诸多不确定性，大部分海啸数值模拟研究工作主要是针对水位特征的研究及验证，可能导致对港湾中海啸灾害危险性认识的曲解与低估.本研究基于非线性浅水方程，针对夏威夷群岛三个典型港湾建立了精细化海啸数值模型（空间分辨率达到10 m），并联合有限断层破裂模型计算分析了日本东北地震海啸在三个港湾及其邻近区域的海啸特征，波、流计算结果与实测结果吻合较好，精细化的海啸港湾模型模拟结果可信.模拟发现港湾中较小的波幅，同样可以产生强流.综合分析日本东北地震海啸波、流特征对输入条件不确定性的响应结果发现：港湾中海啸波-流能量的空间分布特征差异较大，这与港湾系统中海啸波的驻波特性相关；相比海啸波幅空间特征，海啸流特征具有更强的空间敏感性；海啸流时空分布特征对输入条件的不确定性响应比海啸波幅对这些不确定性的响应更强，海啸流的模拟与预报更有挑战性；不确定性对海啸流计算精度的影响会进一步传导放大港湾海啸流危险性的评估及对港工设施产生的应力作用的误差，合理的输入条件对海啸流的精确模拟至关重要.最后，希望通过本文的研究可以从海啸波-流特征角度更加全面认识近岸海啸灾害特征，拓展海啸预警服务的广度与深度，从而为灾害应急管理部门提供更加科学合理的辅助决策产品.  相似文献   

多年冻土区青藏铁路列车荷载作用下路基振动响应研究          下载免费PDF全文

董连成  徐禛  师黎静  胡新福  高德领 《地震工程学报》2018,40(6):1153-1160

针对多年冻土区青藏铁路列车荷载振动作用下的动稳定性,通过对北麓河和二道沟三个典型铁路路基横断面振动响应的二分量加速度观测,对比分析客运列车和货运列车引起的路基振动特性和衰减规律,研究不同防护形式路基的列车振动响应。结果表明,路基上的振动作用主要集中在40～80Hz频率范围内;防护形式对路基的列车动力响应有明显影响,热棒加碎石路基动力响应最小,其次为碎石防护路基,未采取任何防护的路基铁轨上的动力响应最大,建议对未采取防护的路基进行防护。分析结论为青藏铁路列车作用下的路基动稳定性评估提供实测依据,对多年冻土区的路基稳定性研究提供参考。  相似文献