数值模拟步骤
数值模拟
1、CFD方法简介
利用CFD方法，采用流体力学分析软件Fluent对三相分离器的流场进行了研究和分析，为实验研究提供理论支持。
CFD是英文Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学) 的缩写,是一门用数值计算方法求解流动主控方程以发现各种流动现象规律的学科]。用CFD 技术进行数值求解的基本思想是: 把原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场, 用一系列有限个离散点上的值的集合来代替, 通过一定的原则来建立离散点上变量值之间关系的代数方程, 求解代数方程以获得所求解变量的近似值。其主要用途是对流态进行数值仿真模拟计算，因此，CFD技术的用途十分广泛，可用于传质、传热、动量传递及燃烧等方面的研究。
流体机械的研究中多用CFD方法对分离器进行仿真模拟，其基本应用步骤如下：
1) 利用Gimbit进行前处理
a. 根据分离的形状、结构及尺寸建立几何模型；
b. 对所建立的几何模型进行网格划分；
2) 利用Fluent进行求解
a. 确定计算模型及材料属性；
b. 对研究模型设置边界条件；
c. 对前期设置进行初始化，选择监视器，进行迭代计算；
3)利用Fluent进行后续处理，实现计算结果可视化及动画处理。
上述迭代求解后的结果是离散后的各网格节点上的数值,这样的结果不直观。因此需要将求解结果的速度场、温度场或浓度场等用计算机表示出来，这也是CFD 技术应用的必要组成部分。
利用CFD方法进行仿真模拟可以对分离器的结构设计及参数选择作出指导，保证设计的准确度，也可以为分离器样机的试验提供理论参考。由于CFD仿真模拟的广泛使用及其重要性，国内外很多学者，如Mark D Turrell、M.Narasimha、师奇威等都对其进行了研究，尤其是A.F. Nowakowski及Daniel J.SUASNABAR等人]对CFD 技术在旋流器模拟方面的应用做了详细的介绍，这些工作对CFD技术的发展起到了积极的促进作用。
2、控制方程
流体流动要受物理定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律，动量守恒定律、能量守恒定律。如果流动处于湍流状态，系统还应要遵守附加的湍流输运方程。
1、基本假设
（1）鉴于我国各主力油田采出液含水已达到80％以上，故以水代替采出液进行分析计算；天然气的主要成分是是甲烷，故采用甲烷的替代天然气的性质；
（2）在工作状态下，流动不随时间变化，流动为稳态；
（3）水在管内的流动可以简化成二维流动；
（4）不考虑温度的影响，服从绝热流动基本方程。
2、基本控制方程
（1）连续性方程
在直角坐标系下的质量守恒方程又称连续性方程：
0i
i
u x ?=?
（1-1）
（2）动量方程：
()()i i j i j j i j j
u u u u u x x x x ρρμρ????
''=+-????
（1-2）
式（1-1，1-2）中u 为流体速度，下标i 表示方向，上标“＇”表示脉动值，上标“-”代表对时间的平均，μ为动力粘度，p 为流体微元体上的压力。
由于RNG k-ε模型在工程流场计算中具有诸多优势，故对结构内部的数值模拟采用RNG k-ε模型进行。RNG k-ε模型是改进的标准k -ε模型，其原理是用紊动能k 和紊动能耗散率ε来表示流体湍流粘性系数，而流体的有效粘性系数即是流体分子粘性系数和湍流粘性系数之和。
k 方程和ε方程分别为：
()()[]i k eff k i j j
ku k k
u G t x x x ρραρε????+=++???? （1-3）
12*
2
()()[]i eff k i j j C u u G C t x x x k k
εεεερερεεεαρ????+=+-???? （1-4）
其中：
2
*0
11123
12
0,,0.0854, 1.39
(1)
, 1.42, 1.6811(2),(), 4.377,0.0122eff t t k j
i ij ij ij j i k C C C C C C u u k E E E x x μ
μεεεεεμμμμρααεηηηβμημβε?
=+====???-?=-==?+?
???=?=+==?
???
?
（1-5）
RNG k-ε模型通过修正湍流粘度，考虑了平均流动中的旋转和旋流流动情况，在ε方程中增加了一项，从而反映了主流的时均应变率E ij，这样，RNG k-ε模型中产生项不仅与流动有关，而且在同一问题中也还是空间坐标的函数。故RNG k-ε模型可以更好的处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动。
3、网格划分
借助gambit软件对直管段划分结构网格，对非直管段划分非结构网格。四种结构的网格划分如图所示：
结构一结构二
结构三结构四
5、模型的选择及边界条件的确定
应用多相流中的欧拉模型；控制方程采用RNG k-ε模型；入口边界条件设置为速度入口，出口边界条件设置为自由出流；由于入口两相中含夜体积分数极小，湍动粘度影响远大于重力，固忽略重力的影响；湍流强度设置为10%,水力直径为圆管内流道截面直径。
6 模拟结果分析
6.1 结构一的模拟
1）入口流速3m/s,液相体积分数分别为：0. 001%、0.003%、0.005% 三种情况气相浓度场分布如图所示：
三种情况速度场分布如图所示：
2）固定液相浓度为0.003%,变入口速度分别为：1m/s、3m/s、5m/s。气相浓度场分布如图所示：
三种情况速度场分布如图所示
6.2 结构二
入口流速3m/s,液相体积分数分别为：0. 001%、0.003%、0.005%。三种情况气相浓度场分布如图所示：
三种情况速度场分布如图所示
渗碳过程中表层碳含量的预测与验证 摘要 渗碳是机械制造业中应用最广泛的一种化学热处理工艺，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热并保温使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。 为了了解工件渗碳后的碳浓度分布情况，本设计根据渗碳过程的基本理论和数学模型，通过MATLAB软件编写渗碳过程各种不同边界条件的解析解以及一维数值解的程序，并对不同渗碳时间，渗碳温度以及不同渗碳碳势下的渗碳过程进行模拟，得到渗碳后的碳浓度分布情况。通过计算模拟得到的结果，可以得到不同渗碳工艺条件对渗碳层的组织和性能的影响，进而优化工艺参数。通过合理的控制渗碳时间，渗碳温度和渗碳碳势，我们可以得到渗碳后工件预期的碳浓度分布。在本文中，渗碳时间的延长，渗碳温度的提高以及渗碳碳势的增加都可以增加渗碳层的深度和碳浓度。同时通过计算模拟的出的碳浓度分布与实测的碳浓度分布做比较之后，计算模拟得到的结果和实测值比较符合. 关键词：渗碳；模拟；MATLAB；解析解；数值解
Abstract Carburizing is one of the most widely used chemical heat treatment in mechanical industry, which is mostly applied to low-carbon steel and low alloy steel.In the specific method, the workpiece is placed in an active carburizing medium,heated and keeping one holding time, which could make the active carbon atoms decomposed from carburizing medium diffuse into the surface of the workpiece, and then the affected area can vary in carbon content.it can make the surface of the workpiece obtain a high hardness and improve its abrasion. In order to find out the carbon concentration distribution of the workpiece after carburizing ,this article is based on the basic theory and mathematical model of the carburizing, using MATLAB to write a program of analytical solution and numerical solution of one-dimensional for various boundary conditions during the carburizing process, as well as calculating and simulating the carburizing process at different carburizing time, carburizing temperature and carburizing carbon potential, finally we obtain the distribution of the carbon concentration after the carburizing. Through the final result, we can get the different affects to the structure property of the carburized layer, and then optimize the process parameters. By mean of controlling the carburizing time, carburizing temperature and carburizing carbon potential, the expected Carbon concentration distribution could be gotten. In this text,longer carburizing times, higher temperatures and higher carbon potential lead to greater carbon diffusion into the part as well as increased depth of carbon diffusion. In addition, the results of calculating and simulating are compared to the measured value, the carbon concentration distribution of the workpiece of the results agrees well with the measured value. Key words: Carburizing, Simulate, MATLAB, Analytical solution, Numerical solution
第十四讲原位测试技术 一、内容提要： 本讲主要讲述原位测试技术：载荷试验、十字板剪切试验、静力触探试验、圆锥动力触探试验、标准贯入试验、旁压试验、扁铲侧胀试验。 二、重点难点： 各种原位测试手段的适用范围及各自的优点。 三、内容讲解： 所谓原位测试就是在土层原来所处的位置基本保持土体的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，测定土的工程力学性质指标。 原位测试与室内土工试验相比，具有以下主要优点： (1)可以测定难以取得不扰动土样(如饱和砂土、粉土、流塑淤泥及淤泥质土、贝壳层等)的有关工程力学性质； (2)可以避免取样过程中应力释放的影响； (3)原位测试的土体影响范围远比室内试验大，因此代表性也强； (4)可大大缩短地基土层勘察周期。 但是，原位测试也有不足之处。例如：各种原位测试都有其适用条件，若使用不当则会影响其效果；有些原位测试所得参数与土的工程力学性质间的关系往往是建立在统计经验关系上；另外，影响原位测试成果的因素较为复杂，使得对测定值的准确判定造成一定的困难；还有，原位测试中的主应力方向往往与实际岩土工程中的主应力方向并不一致等等。因此，土的室内试验与原位测试，两者各有其独到之处，在全面研究土的各项性状中，两者不能偏废，而应相辅相成。 工程地质原位测试的主要方法有：静力载荷试验、触探试验、剪切试验和地基土动力特性试验与现场渗透试验等。
【例题1】下列不属于原位测试手段的是（）。 A. 载荷试验 B. 触探试验 C. 现场渗透试验 D. 压缩试验 答案：D (一)静力载荷试验(CPT) 1. 静力载荷试验的基本原理和意义 静力载荷试验就是在拟建建筑场地上，在挖至设计的基础埋置深度的平整坑底放置一定规格的方形或圆形承压板，在其上逐级施加荷载，测定相应荷载作用下地基土的稳定沉降量，分析研究地基土的强度与变形特性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。可见，静力载荷试验实际上是一种与建筑物基础工作条件相似，而且直接对天然埋藏条件下的土体进行的现场模拟试验。所以，对于建筑物地基承载力的确定，比其他测试方法更接近实际；当试验影响深度范围内土质均匀时，用此法确定该深度范围内土的变形模量也比较可靠。 用静力载荷试验测得的压力P(kpa)与相应的土体稳定沉降量S(mm)之间的关系曲线(即P～S曲线)，按其所反映土体的应力状态，一般可划分为三个阶段，如图16-7-5。
中国矿业大学 2 级硕士研究生课程考试试卷 考试科目岩土工程数值计算法 考试时间 学生姓名 学号 所在院系 任课教师 中国矿业大学研究生院培养管理处印制
《岩土工程数值计算法》课程报告课程报告分析的论文是安徽理工大学岩土工程专业乔成的硕士学位论文《深部巷道锚网喷支护结构的数值模拟与优化设计研究》。目前，数值分析方法有很多种，如有限差分法、有限单元法、边界单元法、离散单元法等。有着理论推演和试验分析无法比拟的优越性，更加贴近实际工程运用。但其求解问题的方法也是不同求解方法的近似解，要么是对基本方程和相应定解条件的直接近似求解；要么是求解原问题的等效积分方程的近似解；或者将连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题再求近似解等等。在实际运用的的时候存在很多局限和不合理性。本报告基于硕士学位论文《深部巷道锚网喷支护结构的数值模拟与优化设计研究》的主要内容及该论文中的数值分析方法。对论文里数值计算与行文中存在的问题进行了分析，概括了文中的创新点，对数值分析的运用做出了总体评价，并提出了自己的一些建议。 0论文主要内容简述 文中探讨了深部巷道开挖过程中及开挖之后围岩的变形与力学特征，（岩体变形具有较强的时间效应，表现为流变或蠕变明显；扩容现象突出；大偏应力下岩体内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹；变形非连续性明显，突然剧烈增加，且具有软岩的力学特性。）讨论了影响巷道变形的主要因素，认为地应力水平和围岩性质是影响巷道稳定的主要因素，并通过对工程实测数据与数值模拟分析对比，讨论了巷道开挖后两种关键因素作用下围岩应力场和位移场的分布情况与变化规律。在此基础上，通过围岩分类法，建立了基于定量指标JV的Hoek-Brown强度参数a和s的线性修正本构关系，并将该强度准则应用于数值模拟之中。在数值模拟分析中，利用FLAC3D对钱营孜煤矿风井巷道的进行了锚喷支护模拟分析，并结合实测数据，提出了风井巷道的锚喷支护参数提出了优化方案。 1文中所用有限差分法软件FLAC3D简介 FLAC3D是美国ITASCA公司在FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）基础上开发的三维数值分析软件，并在岩土工程数值计算中得到了广泛应用。其可实现对岩石、土和支护结构等建立高级三维模型，进行复杂的岩土数值分析与设计。 程序采用的是快速拉格朗日方法，基于显式差分来获得模型的全部运动方程（包括内变量）的时间步长解。程序将计算模型划分为若干个不同形状的三维单
工程地质试题库 I ?名词解释() 工程地质学一、矿物和岩石矿物岩石层理片理岩层岩石结构片理：岩石中矿物呈平行定向排列。岩层：由岩性差异形成的，与相邻层不同的沉积层。岩石结构：岩石颗粒形态特征及其相互关系。 二、地质构造地质构造岩层产状褶曲节理断层地层地质图 三、水的地质作用 河流(谷)阶地隔水层含水层残积层水的硬度淋滤作用潜水承压水淋滤作用：大气降水带走地表细粒物质和可溶成分，使地表岩石逐渐失去完整性，在原地残留下不易带走的难溶松散物质的作用。 残积层：淋滤作用下留在原地的松散破碎物。 四、岩石工程性质岩石吸水率弹性模量热胀冷缩作用风化程度黄土软土风化作用 风化程度：岩石风化后工程性质改变的程度。 风化作用：在温度变化，气体，水及生物等因素的综合影响下，促使地壳表层的岩石在原地发生破碎，分解的一种破坏作用。 五、岩体稳定性分析 岩体稳定性岩体结构面结构体天然应力岩体结构 岩体稳定性：在天然或人类活动作用下，保持不破坏、不变形的状态。 六、不良地质 岩堆滑坡主裂缝稀性泥石流岩堆岩溶落石岩溶水岩堆：陡坡上的松散岩块在重力作用下崩落在坡脚形成的堆积体。 第九章 现场原位测试物探
n ?单项选择题(在下列各题中选最佳答案，将其代码填在括号中)(135道) 一、矿物和岩石 (一) 矿物 1. 方解石的晶体形态是() A. 短柱状B板状C.xxD菱面体 2. 条痕是指矿物的() A.固有颜色 B.粉末的颜色 C.杂质的颜色 D.表面氧化物的颜色 3. 肉红色是()的固有颜色. A.xx B.xxC方解石D.xx 4. 解理是指(). A.岩石受力后形成的平行破裂面 B.岩石中不规则的裂隙 C. 矿物受力后沿不规则方向裂开的性质 D. 矿物受力后沿一定方向平行裂开的性质 5. 方解石有() A.三组完全解理 B.二组中等解理C二组极完全解理D.三组中等解理 6?断口是矿物受锤击后沿()方向产生的断裂. A.不规则方向 B.平行所有晶面方向C平行某一晶面方向D.锤击方向7.在下列矿物中,硬度最高的是(). A.xxB长石C.xxD方解石
中国地质大学（北京） 现代远程教育 本科毕业论文 题目：工程地质勘察 学生姓名批次 专业学号 学习中心
摘要 人类社会一切建筑工程活动都是在地壳上一定的地质环境中进行的，由于现在科学技术的飞速发展，尤其是信息技术的发展，地质勘查技术的发展面临着前所未有的机遇，现在科学技术的发展，不仅大大增强了人类在几乎所有时、空尺度上观察和监测地球系统能力，为地球科学理论与技术创新提供了更多的机遇，而且也为勘查技术各分支科学的发展提供了重要保证。地质勘查技术室地质可科学研究报告的“先行官”，是地质调查工作的“倍增器”，是实现地质工作现代化的关键。充分认识和了解与工程有关的岩土体、研究和掌握该部分岩体的工程属性，是安全合理地进行工程设计与施工的重要前提。 关键词：工程地质；勘查技术；科技发展；成就 ABSTRACT The human society all construction activities are in the earth's crust certain geological environment, since the rapid development of science and technology, especially the development of information technology, geological exploration technology development is facing unprecedented opportunities, now the development of science and technology, not only greatly enhance the human in almost all the time and space scales observation and monitoring earth system ability, for earth science theory and technology innovation provides more opportunities, but also for exploration technology branch scientific development provides the important guarantee. Geological exploration engineering office geological can report of scientific research "commander of an advance vanguard", is the geological survey work "multiplier", is to realize the modernization of the key geological work. Fully understanding and the understanding and the engineering rock mass, research and grasp this part of the rock mass engineering properties, is safe and reasonable to engineering design and construction of the important premise. Keywords: engineering geology；exploration technology；the development of science and technology；the achievement
岩土工程原位测试与施工技术 袁聚云
第十七章旁压试验 第一节概述 ?旁压试验（Pressuremeter Test，简称PMT）是工程地质勘察中的一种原位测试方法，也称横压试验。 ?试验原理是通过旁压器，在竖直的孔内使旁压膜膨胀，并由该膜将压力传给周围土体，使土体产生变形直至破坏，从而得到压力与扩张体积（或径向位移）之间的关系。根据这种关系对地基土的承载力（强度）、变形性质等进行评价。?旁压试验适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、极软岩和软岩等地层。 ?旁压试验按将旁压器放置在土层中的方式分为： 预钻式旁压试验 自钻式旁压试验 压入式旁压试验
预钻式旁压试验是事先在土层中预钻一竖直钻孔，再将旁压器下到孔内试验深度（标高）处进行旁压试验，预钻式旁压试验的结果很大程度上取决于成孔的质量。 自钻式旁压试验是在旁压器的下端装置切削钻头和环形刃具，在以静力压入土中的同时，用钻头将进入刃具的土切碎，并用循环泥浆将碎土带到地面。钻到预定试验深度后，停止压入，进行旁压试验。 压入式旁压试验又分为圆锥压入式和圆筒压入式。是用静力将旁压器压入指定的试验深度进行试验。压入式旁压试验在压入过程中对周围有挤土效应，对试验结果有一定的影响。 目前，国际上出现一种将旁压腔与静力触探探头组合在一起的仪器，在静力触探试验的过程中可随时停止贯入进行旁压试验，从旁压试验的角度，这应属于压入式。
第二节试验基本原理 旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张课题，为轴对称平面应变问题。如图17-1所示，典型的旁压试验曲线(压力p~体积变化量V 曲线或压力p~测管水位下降值S )可分为三段：
第一部分：数值模拟技术研究文献综述 浅析数值模拟技术 1．引言 近年来，随着我国大规模地进行“西部大开发”和“南水北调”等巨型工程，越来越多的岩土工程难题摆在我们面前，单纯依靠经验、解析法显然已不能有效指导工程问题的解决，迫切需要更强有力的分析手段来进行这些问题的研究和分析。自R.W. Clough 上世纪60年代末首次将有限元引入某土石坝的稳定性分析以来，数值模拟技术在岩土工程领域取得了巨大的进步，并成功解决了许多重大工程问题。特别是个人电脑的普及及计算性能的不断提高，使得分析人员在室内进行岩土工程数值模拟成为可能。在这样的背景下，数值模拟特别是三维数值模拟技术逐渐成为当前中国岩土工程研究和设计的主流方法之一，也使得岩土工程数值模拟技术成为当今高校和科研院所岩土工程专业学生学习的一个热点。 采用大型通用软件对岩土工程进行数值模拟计算，在目前已成为项目科研、工程设计、风险评估等岩土类项目的必须，学习和掌握Ansys、FLAC3D、UDEC 等数值计算软件已成为学校、科研院所对工程从业人员的基本要求。 数值模拟方法主要有限元法、边界元法、加权余量法、半解析元法、刚体元法、非连续变形分析法、离散元法、无界元法和流形元法等，各种方法都有其对应的软件。 2.数值模拟的发展趋势 可以说, 继理论分析和科学试验之后, 数值模拟已成为科学技术发展的主要手段之一。随着软件技术和计算机技术的发展, 目前国际上数值模拟软件发展呈现出以下一些趋势： （1）. 由二维扩展为三维。早期计算机的能力十分有限，受计算费用和计算机储存能力的限制，数值模拟程序大多是一维或二维的，只能计算垂直碰撞或球形爆炸等特定问题。随着第三代、第四代计算机的出现, 才开始研制和发展更多的三维计算程序。现在，计算程序一般都由二维扩展到了三维，如LS-DYNA2D 和LS - DYNA3D、AUTODYN2D 和AUTO-DYN3D。 （2）.从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题。数值模拟分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析，实践证明这是一种非常有效的数值模拟方法。近年来数值模拟方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流等求解计算，最近又发展到求解几个交叉学科的问题。例如内爆炸时，空气冲击波使墙、板、柱产生变形，而墙、板、柱的变形又反过来影响到空气冲击波的传播，这就需要用固体力学和流体动力学的数值模拟结果交叉迭代求解。 （3）.由求解线性问题进展到分析非线性问题。随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求。诸如岩石、土壤、混凝土等，仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题，只有采用非线性数值算法才能解决。众所周知，非线性的数值模拟是很复杂的，它涉及到很多专门的数学问题和运算技巧，很难为一般工程技术人员所掌握。为此，近年来国外一些公司花费了大量的人力和资金，开发了诸如LS- DYNA3D、ABAQUS和AU-TODYN等专长求解非线性问题的有限元分析软件，并广泛应用于工程实践。这些软件的共同特点是具有高效
浅析水文地质数值模拟的立足点 [摘要]对于当前水文地质数值的模拟以及研究，在实践应用过程中出现了新的问题，呈现出来的反差现象比较明显。文章通过数据收集，为研究水文地质数值奠定基础，从而获得数值模拟的立足点。然而该工作应该基于地质以及水文地质条件都符合需求的基础下开展，这样才能保障工作的可行性。在当前的社会发展中，模拟已经成为认识客观事物的重要方式，而其中最重要的就是获取客观科学理论的支撑。因此立足点对于开展水文地质数值模拟有着重要影响，当立足点确定了才能更好的开展工作。 [关键词]水文数值模拟立足点 [中图分类号] P641.73 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-5-175-1 1解析数值模拟立足点 1.1数据收集 众所周知，水文地质学是一门应用性很强的学科，该学科的理论形成与地下水的工作开发紧密结合在一起。人类在使用地下水的过程中，对于地下水的运动规律、动态变化以及地下水贮存有着一些认识和了解，
并且随着学科知识不断发展，对这些认识也有了一些总结。水文地质学研究和解决的问题主要是对地质条件的认识和研究，从气象、水文还有一些人为因素进行深入分析，基于水文概念的基础上建立起一个完整的数学模型。每个区域的水文地质特征不尽相同，每个地区的水质情况也不尽相同，这些问题非常复杂。而且在研究过程中还发现，影响地下水的动态因素非常繁杂，这是一种多变的因素。因此在进行研究的时候，可以从水文地质测绘、物探以及钻探角度入手，这样开展工作取得的效果才更加明显和突出。一般在进行野外数据收集时，都希望能够获得立体、综合的效果，这样才可以在掌握了一定的数据资料后能够建立起一套数据库，数据库建立对于模型建立成功有着决定性作用。 1.2建立模型 水文地质数学模型它是一个复杂且庞大的关系体，是众多的数学关系表达出来的，这是一种极其客观但同时也很复杂的表达形式。寻找建立起一个水文地质数学模型，会涉及到诸多的参数问题。想要解决参数问题应该从函数关系入手解析，而且函数表示并不是一个简单的数学表现方式。它会受到各个因素的影响，它不是确定不变的，而是随机改变的个体。在
《土木工程地质》课程复习题 绪论 一、名词解释 1、工程地质学 2、工程地质条件 答： 1.工程地质学工程地质学是研究与人类工程建筑等活动有关的地质问题的学科。地质学的一个分支。工程地质学的研究目的在于查明建设地区或建筑场地的工程地质条件，分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题及其对建筑物和地质环境的影响和危害，提出防治不良地质现象的措施，为保证工程建设的合理规划以及建筑物的正确设计、顺利施工和正常使用，提供可靠的地质科学依据。 2.工程地质条件包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质构造、水文地质条件、不良物理地质现象及天然建筑材料等六个条件。 二、简答题 1、工程地质条件的要素是什么？ 答：地质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面。 第一章地质作用 一、名词解释 1、河流阶地； 2、风化壳； 3、风化作用； 4、变质作用； 5、地质作用； 6、岩浆作用； 7、地震作用?； 8、内力地质作用； 9、外力地质作用；10、地壳运动。 答：1. 河谷内河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形称为阶地或台地。 2.地壳表层岩石风化的结果，除一部分溶解物质流失以外，其碎屑残余物质和新生成的化学残余物质大都残留在原来岩石的表层。这个由风化残余物质组成的地表岩石的表层部分，或者说已风化了的地表岩石的表层部分，就称为风化壳或风化带。 3.地表表层的岩石在阳光、风、电、大气降水、气温变化等外营力作用下及生物活动等因素的影响下，会引起岩石矿物成分以及结构构造的变化，是岩石逐渐发生破坏的过程称为风化作用。 4. 地球内力引起岩石产生结构、构造以及矿物成分改变而形成新岩石的过程称为变质作用，在变质作用下形成的岩石称为变质岩。 5.地质作用是由自然力引起地球(最主要是地幔和岩石圈)的物质组成、内部结构和地表形态发生变化的作用。 6.当岩浆产生后，在通过地幔和/或地壳上升到地表或近地表的途中，发生各种变化的复杂过程称为岩浆作用。 7.地震作用是指地震引起的作用于建筑物上的动荷载。水工建筑物的地震作用主要包括地震惯性力和地震动水压力，其次为地震动土压力。 8.内力地质作用指以地球内能为能源并主要发生在地球内部的地质作用，包括岩浆作用，地壳运动，地震，变质作用。能促使整个地壳物质成分、地壳内部结构、地表形态发生变化的地质作用称为内力地质作用。 9.外力地质作用指以太阳能以及日月引力能为能源并通过大气，水，生物等因素引起的地
双孔双渗，就是模型中有基质和裂缝两种孔隙体积，基质孔隙是主要的储油空间，裂缝是主要的流动通道，基质和裂缝都有孔隙体积和渗透率，所以叫双孔双渗。 什么是重启计算？ 历史拟合结束后需要进行产量预测，在进行产量预测计算时，不需要再从历史拟合开始时进行计算，可以直接从历史拟合结束的时间接着往下算。这种应用上一次计算的输出作为下一次计算的初始输入计算就叫重启计算。 要进行重启计算，首先要定义重启时间步的输出。可以用RPTRST来定义输出每时间步，每月，每年或每隔几月几年重启时间步文件。如果采用多文件格式输出，则文件后缀为：.X0000, .X0001等，如果是单文件输出，则输出文件为.UNRST. 重启文件记录了每时间步模型压力分布，饱和度分布，溶解油气比分布，同时也记录所有井的井位，射孔位置，产量控制。不过重启文件没有记录垂直管流表（VFP表），所以在应用垂直管流表时要记住重启时需加上垂直管流表。 ECLIPSE有两种重启计算方法，快速重启和完全重启。 快速重启不需要重新处理RUNSPEC,GRID,EDIT,PROPS和REGIONS部分，如果在历史拟合计算时设了SAVE关键字，这些部分将保存在输出的SAVE文件中，这样在重启计算时不用再计算传导率。 完全重启需要重新处理RUNSPEC,GRID,EDIT,PROPS和REGIONS部分，要重新计算传导率。 完全重启步骤： 在历史拟合部分用RPTRST要求输出重启文件。 在PRT文件中检查重启时间对应的重启文件步。 将历史拟合文件拷贝为重启文件。 删掉SOLUTION部分中的EQUIL和水体部分，用RESTART关键字设重启。 在SCHEDULE部分用SKIPREST或删掉所有历史拟合时间步。 如果有VFP表，要保留VFP表。 增加新时间步进行预测计算。 快速重启步骤： 在历史拟合部分用SAVE和RPTRST要求输出SAVE文件和重启文件。 将历史拟合文件拷贝为重启文件。 删掉所有SUMMARY以前部分。 用LOAD关键字装载SAVE文件。 用RESTART设重启时间。
山区的建筑场址，地质条件比较复杂，可能出现以下问题：⑴，建筑物基础的不均匀沉降问题（2），黏土层在基岩面上的稳定问题（3）砂页岩向破面的角度小于基岩面角度，可能在雨后造成基岩滑坡。 土木方面实际的基本的工程地质问题：岩石和地质构造、土的工程特征、地下水，不良地质现象的工程地质问题、工程地质原位测试、工程地质勘察以及工程地质实验等 矿物的物理性质：1 晶形2 颜色(自色，假色，它色)3光泽4条痕5解理．6硬度 解理、断口矿物受打击后，能沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。裂开的光滑平面称为解理面。矿物受打击后，不具方向性的不规则破裂面，称为断口。断口形态不平滑。不同的晶质矿物，由于其内部构造不同，在受力作用后开裂的难易程度、解理数目以及解理面的完全程度也有差别。 根据解理出现方向的数目： 一个方向（一组解理），如云母、滑石、绿泥石 两个方向（两组解理），如长石、辉石、角闪石 三个方向（三组解理），如方解石、白云石 按SiO2的含量，分为基性岩浆和酸性岩浆。基性岩浆富含钙、镁和铁，而贫钾、钠，粘度较小，流动性较大；酸性岩浆富含钾、钠和硅，而贫镁、铁和钙，粘度大，流动性小。摩氏硬度计：是硬度对比的标准，从软到硬依次由下列10种矿物组成，称为摩氏硬度计。 岩浆岩的分类：依冷凝成岩浆岩的地质环境（产状）的不同，将岩浆岩分为两大类：1 深成岩2 浅成岩3喷出岩(火山岩) 石英：白色柱状、块状玻璃光泽、油脂光泽硬度为7无节理贝壳状断口 辉石：黑绿色；短柱状；灰绿色条痕；玻璃光泽；硬度为5~6；2组节理（87°） 橄榄石橄榄绿色；粒状；无条痕；玻璃光泽；硬度6-7；无节理 方解石：白色或无色；粒状；玻璃光泽；硬度3；3组完全节理遇稀盐酸起泡 白云石：白带灰色；粒状；玻璃光泽；硬度3-4；3组完全节理；遇稀盐酸微弱起泡 角闪石：绿黑色；长柱状；淡绿色条痕；玻璃光泽；硬度为6；2组节理（56°） 长石：斜长石：灰白色；板状、柱状；玻璃光泽；硬度为6；节理（2）发育。正长石：肉红色；板状、短柱状；玻璃光泽；硬度为6；节理（2）发育 层理构造由于季节性气候的变化，沉积环境的改变，使先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上发生相应变化，从而显示出来的成层现象。 层面层与层之间的界面。 岩浆岩的分类:依冷凝成岩浆岩的地质环境的不同，将岩浆岩分为三大类： （1）深层岩:岩浆侵入地壳某深处（约距地表3km）冷凝而成的岩石。由于岩浆压力和温度较高，温度降低缓慢，组成岩石的矿物结晶良好。（2）浅层岩：岩浆沿地壳裂缝上升距440表较浅处冷凝而成的岩石。由于岩浆压力小，温度降低较快，组成岩石的矿物结晶较细小。 （3）喷出岩（火山岩）：在地表的条件下，温度降低迅速，矿物来不及结晶或者结晶较差。 第四纪沉积物的划分:残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土及冰积土等。 岩层相对年代的确定方法有哪些？ （1）沉积岩相对地质年代的确定方法 1）底层对比法2）底层接触关系法3）岩性对比法4）古生物化石法 （2）岩浆岩相对地质年代的确定方法 岩浆岩的产状：1岩基2岩株3岩盘4岩床5岩脉6岩墙 岩浆岩的结构和构造：岩浆岩的结构：是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒的大小、形状及其相互结合的情况。岩浆岩的结构特征，是岩浆成分和岩浆冷凝时物理环境的综合反映。 岩浆岩的结构：1半晶质结构：岩石由结晶的矿物颗粒和部分未结晶的玻璃质组成2全晶质结构：岩石全部由结晶的矿物颗粒组成3非晶质结构：岩石全部由熔岩冷凝的玻璃质组成（喷出岩的主要结构）构造：是指矿物在岩石中的组合方式和空间分布情况。构造的特征，主要取决于岩浆冷凝时的环境。分为：1块状构造2流纹状构造3气孔状构造4杏仁状构造 沉积岩的物质组成：1碎屑物质2粘土矿物3化学沉积矿物4有机质及生物残骸。 地质年代表从晚到早：第四纪Q，晚第三纪N，早第三纪E。白垩纪K，侏罗纪J，三叠纪T，二叠纪P，石炭纪C，泥盆纪D，志留纪S，奥陶纪O，寒武纪ψ（把字母横过来） 沉积岩的构造：是指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系沉积岩最主要的构造是层理构造 层与层之间的界面，称为层面。上下两个层面间成分基本均匀一致的岩石，称为岩层 在短距离内岩层厚度的减小称为变薄；厚度变薄以至消失称为尖灭；两端尖灭就成为透镜体；大厚度岩层中所夹的薄层，称为夹层 沉积岩的层理构造是沉积岩在构造上区别于岩浆岩的重要特征： 1.变质岩的成因——变质作用：1高温2高压3新的化学成分加入 变质岩的构造：主要的是片理构造和块状构造1板状构造2千枚状构造3片状构造4片麻状构造 三大岩类的鉴别:岩浆岩的肉眼鉴定1、先看岩石整体颜色，确定其为基性岩、中性岩、酸性岩？2、分析岩石的结构、构造,如果为全晶质粗、中粒或似斑状结构可能为深成岩；,如果为细粒、微粒或斑状结构可能为浅成岩或喷出岩；,如果斑晶细小或为玻璃质则为喷出岩；,如果有气孔、杏仁或流纹构造，则定为喷出岩。3、分析岩石的主要矿物成分：分析一块含大量石英，颜色浅红，具全晶质中粒结构和块状构造的岩石的岩性。从结构开始，结合岩石的其他特征，先将所属的大类分开，然后再作进一步分析，确定岩石的名称。 沉积岩的鉴别方法 如果岩石是由碎屑和胶结物两部分组成，或者碎屑颗粒很细而不易与胶结物分辨，但触摸有明显含砂感的，一般是属于碎屑岩类的岩石。如果岩石颗粒十分细密，用放大镜也看不清楚，但断裂面暗淡呈土状，硬度低，触摸有滑腻感的，一般多是粘土类的岩石。具结晶结构的可能是化学岩类。 (1)碎屑岩先观察碎屑粒径的大小，其次分析胶结物的性质和碎屑物质的主要矿物成分。(2)粘土岩主要是页岩和泥岩(3)化学岩主要的有石灰岩、白云岩和泥灰岩等。要特别注意对盐酸试剂的反应。 变质岩的鉴别方法先从构造开始。根据构造，首先将变质岩区分为片理构造和块状构造的两类。然后可进一步根据片理特征和主要矿物成分，分析所属的亚类，确定岩石的名称。块状构造的变质岩，其中常见的主要是大理岩和石英岩。两者都是具变晶结构的单矿岩，岩石的颜色一般都比较浅。但大理岩主要由方解石组成，硬度低，遇盐酸起泡；而石英岩几乎全部由石英颗粒组成，硬度很高。 岩体的结构分析 结构面：1原生结构面2构造结构面3次生结构面 结构面的特征：A结构面的规模B构面的形态C构面的连通性D构面的张开度和充填情况E结构面的密集程度 岩层的产状用岩层的走向，倾角和倾向三个产状来表示 褶曲的类型1背向褶曲2向斜褶曲 按褶曲的轴面产状将褶曲分为;1直立褶曲2倾斜褶曲3倒转褶曲4平卧褶曲 按褶曲的枢纽产状分为:1水平褶曲2倾伏褶曲 裂隙的类型：1张性裂隙2扭（剪）性裂隙 影响岩石工程性质的因素1 岩石的地质特征2 岩石形成后所受外部因素的影响 地质构造运动：地壳运动控制着海陆分布，影响着各种地质作用的产生和发展，如岩浆活动、火山作用，地震以及岩层褶曲与断裂等。 造山运动：水平运动使得地壳产生拉账，挤压，引起各种断裂和褶皱构造，使得地表起伏。 造陆运动：垂直运动是长期交替的升降运动，引起大范围的隆起或凹陷，产生海陆变迁。 地壳运动的产生和发展是不平衡的，各地区的影响也是不同的，它可以从各地质时期的岩层褶皱，断裂以及岩浆活动，火山作用等反映出来。 地质构造：地质构造是地壳运动的产物，构造变动在岩层和岩体中遗留下来的各种构造形迹。 水平构造：未经构造变动的沉积岩层，其形成的原始形状是水平，先沉积的老岩层在下，后沉积的新岩层在上，成为水平构造 单斜构造：原来水平的岩石层，在地壳运动的影响下，产状发生变动，向一侧倾斜，形成单斜构造。单斜构造往往是皱曲的一翼、断层的一盘或者是局部的地层不均匀的上升或下降引起的。 岩层产状：岩层在空间的位置，倾斜岩层的产状三要素：走向、倾向、倾角。在野外用地罗盘直接在岩石层面上测量得到岩层产状测量。 褶皱构造：组成地壳的岩层，受构造应力的强烈作用，使岩石形成一些列波状弯曲而为丧失其连续性的构造。
岩土工程数值计算原理与方法 随着计算机的计算速度和存储能力的飞速发展以及计算方法的日益完善，数值模拟方法已经成为研究未知领域的强有力的工具。在岩土工程计算与分析中数值计算原理与方法也发展很快。特别是有限元的发展，促进了岩土工程研究、工程预测、优化设计和计算机辅助设计等的发展。但在工程实际中使用数值计算原理与方法却存在一些问题：例如有些人因缺乏对有限元和工程性质的深入了解，而有限元的迅速发展给他们造成一种假象，认为它是万能的，可以处理几乎所有的岩土工程问题；同时他们又被有限元计算结果的精度所迷惑，不了解这些精确结果后面所隐藏的不确定性，也不了解这些数值方法所采用本构模型的局限性以及相应参数的不确定性；因这些不确定性导致数值计算原理与方法的预测结果与实际情况和实际经验相差很大，又由于部分人计算偏于保守，使得岩土工程师难以接受现代数值计算原理与方法。 1. 岩土工程数值计算原理与方法也具有两面性。 有些人偏向于用其进行岩土工程的分析计算的原因在于： (1)数值计算原理与方法能够做任何传统的分析方法所能做到的分析与计算，而且做得更多、更好。 (2)数值计算原理与方法能够给出复杂数学模型的解。因而能够从机理上预测工程性质，而不是统计和经验性的描述，这是一大优点；而简化或经验分析方法有时只能描述其表面或形式上(统计)的关系，缺乏物理机制的描述和探讨。 (3)该方法既能处理简单问题，也能处理复杂问题。 数值计算原理与方法难以被其他人接受的原因在于： (1)使用复杂，难以被很好的掌握。 (2)数值计算原理与方法本身的不确定性(指与精确的解析方法相比所产生的不确定性，特别是在岩土动力非线性问题中这种不确定性会很大)导致预测结果与工程实际不符。 (3)数值计算原理与方法所使用的物理模型或本构模型有局限性，难以反映实际情况，导致预测结果与工程实际不符。 (4)采用复杂模型要求较多的参数，而这些参数难以用简单试验获得。 (5)既然数值计算原理与方法和传统的分析方法都具有很大的不确定性，还不如采用传统的分析方法，因为传统的方法简单、实用。 (6)精确的数值分析结果会误导使用者迷信这些结果的精确性，而没有认识到其后面隐
某路基工程施工过程数值模拟 摘要 本文首先对FLAC3D软件进行了介绍，简明阐述了其特点、应用范围及不足；然后结合具体路堤工程，采用FLAC3D软件对施工过程进行了模拟，生成了初始竖向和水平应力云图、第一次填筑及填筑结束时的沉降云图及水平位移云图；最后生成了路基中心点和坡脚节点的沉降曲线。 关键词：FLAC3D；数值模拟；应力云图；沉降云图；位移云图 1 FLAC3D的功能与特性 自R.W.Clough 1965年首次将有限元引入土石坝的稳定性分析以来，数值模拟技术在岩土工程领域获得了巨大的进步，并成功解决了许多重大工程问题。特别是个人电脑的出现及其计算性能的不断提高，使得分析人员在室内进行岩土工程数值模拟成为可能，也使得数值模拟技术逐渐成为岩土工程研究和设计的主流方法之一。数值模拟技术的优势在于有效延伸和扩展了分析人员的认知范围，为分析人员洞悉岩体、土体内部的破坏机理提供了强有力的可视化手段。FLAC系列软件的出现，为岩土工程研究工作者提供了一款功能强大的数值模拟工具。 1.1 FLAC3D主要特点 FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)是由Itasca公司研发推出的连续介质力学分析，是该公司旗下最知名的软件系统之一，FLAC目前已在全球七十多个国家得到广泛应用，在国际土木工程（尤其是岩土工程）学术界和工业界享有盛誉。 FLAC3D界面简洁明了，特点鲜明。其使用特征主要表现为：命令驱动模式、专一性、开放性。作为有限差分软件，相对于其他有限元软件，在算法上，FLAC3D 有以下几个优点：采用“混合离散法”来模拟材料的塑性破坏和塑性流动，比有限元中通常采用的“离散集成法”更准确、合理；即使模拟静态系统，也采用动态运动方程进行求解，这使得FLAC3D模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍；采用显示差分法求解微分方程。采用FLAC3D进行数值模拟时，必须指定有限差分网格、本构关系和材料特性、边界和初始条件，这是FLAC3D求解的一般流程。
地下水数值模拟在我国——回顾与展望——为《水文地质工程地质》创刊40年而作 薛禹群 吴吉春(南京大学地球科学系,南京 210093) 今年《水文地质工程地质》将迎来它创刊40周年。40年来,它为发展我国的水文地质工程地质事业,提高我国水文地质学和工程地质学的整体水平作出了不可磨灭的贡献。回顾过去,成绩斐然;展望未来,前景灿烂。仅以此文纪念《水文地质工程地质》双月刊创刊40周年。 1 概貌 我国自1973年以来在地下水的数值模拟方面发展很快,它的应用已遍及与地下水有关的各个领域和各个产业部门。高校、科研院所与生产部门相结合,已运用数值模拟解决了很多国民经济建设中急需解决的各类问题,其中包括: 水资源评价问题(包括供水、排水、水利等各类问题中的地下水水位或压强预报和水量计算等);地下水污染问题,水2岩作用和生物降解作用的模拟;非饱和带水分和盐分运移问题;海水入侵、高浓度咸水 卤水入侵问题;热量运移和含水层贮能问题;地下水管理与合理开发、井渠合理布局和渠道渗漏问题;地下水2地面水联合评价调度问题;地面沉降问题;参数的确定问题。它所涉及的地质情况多种多样,有潜水,也有承压水;有单个含水层的情况,也有多个含水层存在越流的情况,以及种种复杂的地质构造和岩相变化情况。由此,探讨了相应的模型概化与边界条件的处理。模型有二维的(平面的、剖面的),也有三维的,但以二维为主。虽然国内一共建立了多少个模型无法精确统计,但从有限的资料可以看出,从模型类型上看,按国际地下水模拟中心(IG WM C)的分类,几种类型的模型我们都有了,即: (1)预报模型包括水流模型 物质运移模型(溶质运移模型);热量运移模型;形变模型;多目标模型。 (2)管理模型; (3)识别模型其中大部分(估计在90%左右,甚至有可能超过)是预报模型,用来预测水流、污染物、热量、地面变化的时空变化,包括水资源(水量)评价、矿山涌水量、渠系及水库渗漏量预测等。在这些模型中以水流模型为主(80年代早期以前基本上是清一色的水流模型),溶质运移模型次之,其它几类模型占的比例很少。水流模型有饱和的、非饱和的、饱和2非饱和的、地下水2地表水联合的几类,以饱和带模型为主。同时考虑地下水2地表水的模型只是个别的、探讨性的。水流模型一般只考虑均质流体,非均质流体的水流模型则是作为子模型和盐分运移子模型同时处理的。溶质运移模型在我国多数是处理低浓度的水质(地下水污染)问题。因此,由水流方程和对流2弥散方程分别组成的两个子模型可以独立求解,运动方程也以传统的达西定律为基础。只有少数研究海水入侵、卤水 咸水入侵和污水中高浓度污染物运移问题中,密度、粘度要由状态方程决定。此时,上述两个子模型要耦合起来求解。迭代法是解这类问题常用的解法。我国最早的三维可混溶海水入侵模型,是在80年代末期建立的。根据《W ater R esou rces R esearch》的评审意见,该模型发展了潜水含水层条件下的海水入侵模型。在此以前,国际上一直把潜水含水层简化作承压含水层处理,以回避处理降水入渗、潜水面波动对溶质运移的影响。在我国这些海水入侵、卤水 咸水入侵模型以及以后将要谈到的热量运移模型、运动方程中,除了根据传统的达西定律考虑以水头梯度为基础的强迫对流外,还考虑了自然对流。卤水 咸水入侵由于浓度高还考虑了由于粘滞性产生的切应力对水流运动的阻滞。溶质运移模型中,只考虑污染物运移的模型在我国粗略看来略多于同时考虑吸附、解吸等的模型。少数模型已深入探讨了海水入侵过程中,水2土间发生的N a+2Ca2+、M g2+2Ca2+阳离子交换。但,处理更为复杂的如氮素生物化学转换的模型尚未见报导。我国研究热量运移、形变的模型不多,且都和一些大城市的地面沉降及为控制地面沉降进行的回灌联系在一起。热量运移模型,已考虑了与热量运移有关的各种主要因素(对流、传导、热机械弥散、自然对流、水