地面沉降流固耦合模型的高效计算与反演方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41602284
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0705.工程地质环境与灾害
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Land subsidence is mainly due to groundwater withdrawal, and it has been a common and serious geological hazard in China. Land subsidence induced by groundwater pumping is a complex process of water-soil coupling. Based on Biot's theory, the mathematical models for land subsidence considering this coupling effect can be constructed. However, its applicabilities are severely limited due to the high computational cost and the difficulty in obtaining required parameters. Therefore, this project mainly focuses on the efficient calculation and back analysis for parameters estimation of the coupled models, and the following foundational researches will be conducted: on the basis of the previous studies in calculation methods for groundwater flow and soil deformation, considering the characteristics of the land subsidence problem, an efficient method for the calculation of fully coupled models will be presented by combining numerical and analytical techniques; by means of parallel computing techniques, a parallelized computer program will be developed based on FORTRAN and MPI. Based on this, a method for simultaneous identification of rheological models and parameters in land subsidence calculations will be presented through integration of rheological theory, homotopy method and fuzzy theory, and the corresponding program will be further developed. The efficiency and validity of the developed algorithms and programs will be verified through comparison with field data, laboratory tests and common finite element softwares. Finally, a new computer software for land subsidence analysis can be built. The research results of this project can enrich and innovate the theories of numerical calculation for land subsidence, so as to provide technical reference for land subsidence prediction and control.
地面沉降是我国多发的重大环境地质灾害,主要由过量抽取地下水造成。抽水引起的地面沉降是一种复杂的水-土流固耦合过程,基于Biot理论可以建立考虑这种耦合效应的地面沉降模型。但是,计算工作量大、参数获取困难一直是难以克服的两个瓶颈问题。为此,项目主要围绕地面沉降流固耦合模型的高效计算与反演开展基础性研究工作:在地下水流、土体变形计算前期工作基础上,考虑地面沉降问题的特点,基于解析数值相结合的思想,建立完全耦合模型的高效计算方法;利用并行计算技术,采用FORTRAN语言和MPI库开发并行计算程序。在此基础上,结合流变理论、同伦方法与模糊理论,提出地面沉降流变模型与参数的同步反演方法,并编制反演程序;利用实测资料、室内试验和通用有限元软件,对研发的算法及程序进行合理性与高效性论证,最终开发出新的地面沉降分析软件。研究成果将丰富并创新地面沉降计算理论,为地面沉降灾害的科学预测与合理防治提供技术支持。

结项摘要

抽水引起的地面沉降是复杂的水-土流固耦合过程,基于Biot理论可以建立考虑水-土耦合效应的地面沉降模型。但是,地面沉降流固耦合模型一直存在计算工作量大难以应用的问题。为此,本项目围绕地面沉降的高效计算问题,建立了地面沉降耦合问题的半解析数值方法,同时考虑了土体的流变性,系统推导了求解格式,编写了FORTRAN计算程序。区别于传统有限元方法,该计算方法具有天然的解耦性,而且求解格式中不涉及数值积分,从而保证了模型的高效计算。针对半解析数值求解格式存在的解耦性,实现了并行化,利用MATLAB工具库编写了并行化计算程序,进一步提高了计算效率。以此为基础,结合大范围收敛的非线性同伦方法,提出地下水流参数反演、地面沉降黏弹性模型识别与参数反演分析方法,编写了相应反演程序。研究成果将丰富地面沉降的计算理论,为地面沉降灾害的科学预测与防治提供有效的技术手段。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
基于实域总势能计算渗流溢出点位置
  • DOI:
    10.11779/cjge201804004
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    岩土工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    侯兴民;孙伟建
  • 通讯作者:
    孙伟建
基于弹性模型的桩基沉降计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    世界地震工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨程;侯兴民;包汉营
  • 通讯作者:
    包汉营
Finite Layer Formulations for Land Subsidence due to Groundwater Withdrawal
地下水抽取引起的地面沉降的有限层公式
  • DOI:
    10.1061/(asce)gm.1943
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    International Journal of Geomechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Feng Zhou;Jin Xu;Xudong Wang
  • 通讯作者:
    Xudong Wang

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其他文献

鄱阳湖洲滩湿地土壤-水-植物系统中磷的静态迁移研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐进;徐力刚;丁克强;龚然
  • 通讯作者:
    龚然
BOT项目特许权期公平性博弈研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    城市发展研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张静;徐进;刘继才
  • 通讯作者:
    刘继才
复杂性肛瘘患者复发影响因素分析
  • DOI:
    10.19668/j.cnki.issn1674-0491.2019.04.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    结直肠肛门外科
  • 影响因子:
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  • 作者:
    何笠;杨巍;杨达成;梅祖兵;徐进;朱静怡;邹琪琦;汪庆明
  • 通讯作者:
    汪庆明
螺旋匝道(桥)小客车横向行驶特性实测研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    西南交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐进;李建兴;林伟;崔强;吴国雄;杨奎
  • 通讯作者:
    杨奎
鄱阳湖典型洲滩湿地土壤环境因子及植被分布影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董磊;徐力刚;许加星;徐进
  • 通讯作者:
    徐进

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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