基于图论管网法的孔隙裂隙介质流固耦合模拟方法及其工程应用

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:neusoftlyh
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
固体介质中水流的模拟研究,特别是裂隙岩体内水流动及其耦合问题是岩石力学与工程界一直关注的重要课题,也是目前岩石力学与工程领域内的研究热点与难点。开展裂隙岩体渗流场与应力场耦合数值模拟方法的研究具有重要的理论价值,而且在工程实践中有深远的意义。  本文基于计算数学图论的有关理论,建立了孔隙裂隙介质水力耦合分析的新方法—图论管网法,为裂隙岩体渗流应力耦合问题的研究开辟了一条新的途径。在图论管网法中,孔隙介质与孔隙-裂隙双介质内的渗流应力耦合模拟问题被统一为一维管道问题求解,有效地降低了问题难度,保证计算精度的同时提高了计算效率,解决了目前商业软件不能很好模拟有大量裂隙存在时的渗流及渗流应力耦合问题。本文的研究内容主要包括以下几个方面:  (1)采用Voronoi剖分方法,将连续的孔隙介质离散成非连续的管道网络介质,并基于图论思想用有向带权图表征管道网络,解析推导管网单元等效参数,给出节点流量定律、管道压力定律及统一的边界管道与内部渗流管道控制方程,并研发了二维图论管网法渗流模拟程序。该方法可解析求解岩体内任一点的渗流场。通过多个算例验证了该方法的正确性和可行性。  (2)引入等效三角形桁架理论,系统推导了平面桁架三角形单元刚度矩阵的一般表达式,给出了各杆的面积等效参数;采用Voronoi对偶图Delaunay剖分生成三角形桁架单元,结合图论理论,建立了等效桁架力学模型图论管网法。单元应力和位移的求解,均可归结为给定边界条件下求解统一控制方程的问题,并通过实例验证了方法的正确性。  (3)建立了孔隙介质渗流应力迭代耦合图论管网法,并通过算例验证了孔隙介质渗流应力耦合图论管网法的可行性。  (4)建立了图论管网法孔隙-裂隙介质渗流应力耦合图论管网法。解析推导了裂隙介质、孔隙-裂隙介质线性渗流等效参数和裂隙介质线非性渗流等效参数,探讨了非线性渗流的图论管网法。给出裂隙介质、孔隙-裂隙双介质节点流量定律、管道压力定律及统一的边界管道与内部渗流管道耦合控制方程,并研发了相应模拟程序。通过算例,对渗流应力耦合与非耦合问题进行对比分析。  (5)以黄岛地下储油库工程为背景,在上述理论研究基础上,利用本文所建立的图论管网法,对黄岛地下石油洞库孔隙裂隙耦合水封性和孔隙裂隙介质渗流应力耦合水幕作用进行分析。
其他文献
该文在研究高速公路软土地基超限沉陷的原因、防治方法和加固机理的基础上,探讨了软土地基超限沉陷的综合治理方法.该文内容包括三个方面:1)介绍了软基处理的各种方法,详细叙
该文从系统论的角度出发,结合河北省农村公路的特点,确立了农村公路的发展战略思路、目标和重点.并在此基础上对农村公路网结构与布局规划进行了深入研究,对常用的规划方法进
强度特征和蠕变特性是冻土非常重要的两个力学指标。在寒区经济开发与工程建设施工中,这些力学指标将作为工程设计与运营维护的重要依据。从结构上,冻土作为一种含冰、土颗粒、
本文运用非线性理论中的谐波平衡法,深入分析了基底具有三次非线性隔振且顶部装有(主)被动调谐质量阻尼器的控制系统,对非线性对(主)被动控制系统的影响及相同非线性情况下控制量对
多孔介质问题涉及变形、渗流、传热、传质和化学反应等诸多学科领域,人们在生产实践活动中逐渐认识到这一问题。例如,研究多孔介质冻结过程对寒冷地区的自然冻融过程、食品储存
该文结合清远市体育馆工程实际,在一定的理论分析基础上,应用有限元程序ANSYS,就拉索预应力组合扭网壳设计中有关问题进行了研究.首先提出了一种计算不规则四边形扭网壳坐标
该文应用R-16平面梁式杆单元和R-16平面矩形单元协同作用的复杂有限元方法,在框支砌体结构体系上完成以下精确计算;1、分别在多种荷载工况下对框支砌体结构体系进行弹性计算,
该文关于科学计算可视化在建筑工程领域的应用,研究集成CAD系统的计算结果可视化显示技术,主要探讨3D内力场的可视化显示,并构建其原型子系统3DVS(3DVisualizatiionSystem).
随着国家战略中“丝绸之路经济带”在寒区的开展,在高寒地区进行各种基础建设,不管是已建或拟建工程都将不可避免地触及高含冰量冻土。这种特殊冻土不同于低含冰量冻土与杂质冰
学位