地下工程改扩建中施工爆破对衬砌危害的三维数值模拟研究

分岔隧道是一种新的隧道建设型式,它一般由四车道大拱隧道或连拱隧道逐渐过渡到上下行分离式双洞隧道,因此它同时具备标准间距的分离隧道、小净距隧道、连拱隧道以及四车道大拱隧道等多种结构型式隧道的特点。结构型式一般分为大跨衬砌段、双连拱衬砌段、加强衬砌段和一般衬砌段4种断面型式。作为一种新的隧道建设型式,目前国内尚不多见,缺乏可供参考的设计、施工经验。由于分岔隧道型式的特殊性和复杂性,施工难度和风险均较大,因此,研究施工围岩的稳定性有着非常重要的意义。本文基于连续介质模型,通过大型有限元软件abaqus,主要对施工过程进行数值仿真模拟,着重分析研究大拱与连拱过渡段和连拱以及小净距过渡段施工过程中的围岩变形和破坏特性,并得出结论,为设计施工提供参考依据。

清江水布垭水电站是清江上游拟建的一个特大型水电工程，马崖高边坡位于水布垭峡谷出口右侧，总体地质结构具上硬下软特征，电站导流洞及尾水洞将从马崖高陡边坡坡脚穿出，地下开挖主要在软岩层中。应用ｆｉｎａｌ及ｒｏｃｋｙ程序对水布垭马崖高陡边坡岩体地下开挖进行数值模拟，研究了边坡岩体内进行地下洞室开挖后边坡力学状态的改变及洞室岩体（含岩柱）的稳定性，基于削坡是水布垭马崖高陡边坡的重要整治措施之一，研究中进行了各种分步开挖工况下的削坡有效性定量研究，重要工况还同时进行了ｖｉ度地震作用下的动力作用分析。

结合我国西部某地下厂房洞室群区域地形地质条件,采用三维非线性有限元法模拟洞室群分级开挖全过程,揭示了围岩及结构的应力场、位移场及破坏区分布规律,探明了围岩可能的失稳部位和失稳方式以及主厂房、压力管道、尾水调压室及尾水洞等主要洞室分级开挖过程中的围岩变位与稳定性,为类似工程的设计与施工提供参考。

大型地下洞室群的施工通风问题是保证安全、加快施工进度的关键。传统的施工通风设计无法掌控真实通风效果,导致资源浪费。基于流体力学理论的地下洞室群施工通风三维数值模拟,能定量分析大型洞室、关键节点或通风洞(井)等的通风效果,为通风方案的设计和优化提供依据。

提出了包括实际工程地形的施工导流工程三维数值模拟的方法.基于catia模型设计软件建立了苏丹上阿特巴拉水利枢纽儒米拉大坝分期导流三维模型,实现了实际工程地形与建筑物实体的融合,真实地反映了实际工程的空间布置情况.将模型导入计算水动力学软件flow-3d中,采用紊流双方程中的rng模型,用truvof方法进行自由表面的追踪,在1,000,m~3/s、5,380,m~3/s流量下,对溢洪道内部水流流速、流态、水面线、底板压力进行了数值模拟.经过对比分析,证明了模拟结果与试验值吻合较好,从而验证了模型的可靠性.在取得水力学参数的基础上,考虑建筑物附近的河床冲刷,探讨了围堰附近覆盖层冲刷的数值模拟方法.该研究为解决复杂水利工程的三维建模问题及相关数值模拟提供了新的方法,具有一定的参考价值和良好的应用前景.

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ｓｉｍｐｌｅｃ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测。

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ｓｉｍｐｌｅｃ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测。

建立包括双线盾构隧道、冻土帷幕、联络通道以及泵房在内的三维数值模型,模拟了地层冻结、联络通道开挖和支护的整个过程。分析了联络通道以及泵房开挖对冻土帷幕、初支护和主隧道的影响。从而,确定了初支护及冻土帷幕的受力最不利位置和发生最大变形的位置,并提出相应的控制指标。

针对突扩跌坎应用于高速泄流的深孔中其破坏原因众说不一的问题,通过对亭子口水利枢纽底孔突扩方案的三维数值模拟研究,分析了突扩跌坎型的压强分布、流速分布、底空腔和侧空腔的形态及整个流态分布,并进行了物理模型试验验证。结果表明,该突扩跌坎方案布局合理、有效,且物理模型试验与数值模拟结果吻合。

运用三维变密度不可压计算流体力学方法对微型y形冲击射流进行流动结构研究.结果表明:入射角度和入射速度是影响流场结构和混合效果的两个重要因素,分别存在有最佳入射角度和入射速度.我们发现在射流角度等于90°、射流速度为中速时,其流场结构最利于混合,因为此时射流的接触面积最大.另外,射流速度越大,其分割强度值也越大,因此混合性能也越差.当速度太大时,会使两股流体的接触面破碎而散落在空间中,使其不再接触,因此对分子间的扩散和混合不利.

在运用数学模型对水流流场进行模拟时,仅依靠一维或二维模型还无法兼顾部分模拟区域的真实水力学变化,因此有必要展开流场三维模拟。利用流体力学软件flow-3d,建立分层水库近坝区的浮力流三维数值模型,对近坝段水流结构以及水电站下泄水温进行精确模拟。分析了相同水温分层条件下,不同浸没高度、不同流量对下泄水温的影响,同时对比了同一下泄流量不同出流方式的下泄水温差异。结果表明:在相同水温分层条件下,流量越大,最大吸入高度越大,取水口可以吸入更接近表层温度较高的水体;在最大吸入高度以上只改变淹没深度,取水口前流场基本不发生变化,对下泄水温影响很小;复杂三维地形可以改变水体的流线,对下泄水温影响很大。

基于n-s方程、rngk-ε模型和有限差分法建立了溃坝洪水分析的三维数学模型,进行了溃坝洪水通过直角弯道的模型试验,并将计算值与实体模型试验结果中洪水的实测值进行对比,结果表明渠道内洪水位的计算值与实测值高度吻合,流速大小与方向也基本一致.为进一步研究溃坝洪水冲刷问题,在水流模型的基础上加入了泥沙模型,并采用槽宽突变渠道中溃坝洪水冲刷的模型试验进行验证,验证结果表明洪水水位的实测值与数值模拟计算值吻合较好,冲刷完成后的冲刷坑深与堆丘高度也基本一致,说明所建的泥沙模型在研究溃坝洪水泥沙冲刷问题时有较好的准确性与实用性.

青岛属于土岩组合地层,青岛地铁浅埋或超浅埋大断面暗挖工程在国内外都少见,施工难度和风险较大,无本工程类似经验。本文对青岛地区土岩组合——\"上软下硬\"地层大跨度浅埋暗挖车站的施工进行三维数值模拟研究,对车站在开挖过程中围岩的变形状态进行分析,对现场施工作业具有一定的指导意义。

应用final程序对水布垭马岸高边坡进行了数值模拟研究,分别研究了清江水布垭南昌市陡边坡整体三维应力场,位移场特征,考虑了岩体结构总体上硬下软、为层分布等重要特征,研究了边坡岩体内进行地下洞室开挖后边坡力学状态的改变,基于削坡是水布垭马岸主陡国的重要整治措施之一,研究中进行了各种分步开挖工况下的削坡有效性定量研究,对重要工况同时进行了vi度地震作用下的动力作用分析。

为预测闸坝下游局部冲刷坑形态和发展,基于fluent动网格技术对当卡水电站下游局部冲刷进行了三维数值模拟。采用vof水-气界面追踪方法来处理闸坝下游冲刷坑内复杂的自由液面,将床面瞬时剪切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出不同方向上床底泥沙单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;采用改进的泥沙起动临界剪切应力计算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角时造成的输沙率数值计算的异常;采用弹簧光顺模型及局部网格重构模型实现了闸坝下游局部冲刷坑的三维演化过程。通过分析对比冲刷坑最终形态表明,数值模拟值与模型试验实测值吻合良好,说明数学模型计算准确,结果可信。

为预测闸坝下游局部冲刷坑形态和发展,基于fluent动网格技术对当卡水电站下游局部冲刷进行了三维数值模拟。采用vof水-气界面追踪方法来处理闸坝下游冲刷坑内复杂的自由液面,将床面瞬时剪切应力作为泥沙起动及运输的水动力学条件,计算出不同方向上床底泥沙单宽体积输沙率,以此为基础得到河床高程坐标的瞬时变化;采用改进的泥沙起动临界剪切应力计算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角时造成的输沙率数值计算的异常;采用弹簧光顺模型及局部网格重构模型实现了闸坝下游局部冲刷坑的三维演化过程。通过分析对比冲刷坑最终形态表明,数值模拟值与模型试验实测值吻合良好,说明数学模型计算准确,结果可信。

采用三维水动力学模型,借助非结构网格重构地形,开展了金沙江干流山区水库通航流态的数值模拟研究。以攀枝花河段为例,选取不同的来流条件进行了模拟,重点关注了水深、流速、平面流场和典型弯道的环流结构等水动力学特性,进一步对河段可能的碍航点进行了分析。计算结果表明:在一定的出流边界条件下,河道水深整体呈沿程递增趋势,基本可满足三级航道标准；同时某些流量级下,局部卡口、突扩和弯道河段可能出现碍航流态。研究结果可为金沙江梯级水库群联合调度提供技术参考。

断层破碎带隧道围岩稳定性差,为了解超前小导管注浆加固围岩的效果,对隧道的开挖过程进行了三维有限元数值分析,数值计算结果和隧道拱顶下沉量测结果都证明了所选预加固措施的有效性,保证了断层破碎带隧道施工的安全。

传统采暖房内热环境的三维数值模拟——为了分析传统散热器采暖房内的热利用效果，在抽象物理模型基础上，建立散热器采暖房内热环境的三维数值模型，模拟传统采暖房内的热环境，基于新型采暖热舒适性标准分析散热器安装位置对采暖房内热环境的影响．结果表明，...

强夯加固回填土地基的三维数值模拟——针对回填土地基，基于abaqus有限元软件，采用大变形几何非线性三维有限元方法对强夯加固效果进行了数值模拟。分析中考虑每一次夯击引起的塑性变形，确定前次夯击后土体塑性区开展的形状，并调整塑性区的土性参数，以此作为...

软土地基上建筑物沉降的三维数值模拟分析——受场地地质条件的限制，很多建筑物采用高压缩性的软土作为天然地基，软土地基的不均匀沉降会威胁到结构的安全。不均匀沉降受上部荷载、结构刚度以及土层的不均匀性等因素的影响，传统的分层总和法不能全面地考虑这些...

利用cfd软件fluent对多级导叶式清水离心泵的内部流场进行了数值模拟,得出了叶轮及导叶内部流道的速度和压力分布规律,并发现了叶轮进口回流,出口的二次流动特征等叶轮内部流动的细节,导叶出口区产生了一个低压区等流动特征。然后根据自编计算软件利用计算得到的速度场数据计算出泵的扬程、功率、效率和流量之间的关系曲线,并与试验数据进行了比较。结果表明:在设计工况附近,预测值与试验值吻合较好,在其它工况点,特别是小流量工况点,误差较大。