横向槽沟内非均匀流的试验研究

以横向槽沟中产生的非均匀流为研究对象,通过水槽概化模型试验,在实测纵向流速分布的基础上,分析了不同来流条件及不同槽沟边坡角度下的槽沟内水面流速、槽底流速等沿程变化规律,同时还得到了计算槽沟内反向平均流速及正向平均流速的经验公式.     

近岸波生流运动三维数值模拟及验证

开发建立了近岸波生流运动三维数值计算模式。模式中,引入了三维时均剩余动量、破波表面水滚、波浪水平与垂向紊动作为主要驱动力,同时考虑了波流共同作用的底部剪切力。推导了可综合反映底坡、能量传递率和密度影响的水滚能量传输方程;将Larson-Kraus的二维波浪水平紊动系数表达式拓展至三维。采用大量实测数据和文献资料测试验证了所建模式,表明所建模式可有效模拟波浪增减水、底部离岸流、沿岸流、裂流、堤后环流等不同维度的波生流现象。此外,研究也表明破波水滚效应可解释波生流峰值向岸推移的物理现象,从而在模拟中不能忽略;破波带内沿岸流速垂向较为均匀的现象与波浪附加垂向紊动有关。     

粒状碎屑溜砂坡运动方程与砂坡土压力计算

在溜砂坡系列研究之二的基础上,对风干砂的运动特征进行了细致观察.将干砂流视为连续介质的流动,对干砂流的运动动力和阻力进行了深入研究,建立了干砂流垂线流速分布方程和干砂流体底面、表面滑动速度方程.结合挡砂工程,将干砂流体视为沿底面(此种砂坡的天然休止角)滑动的三角体,从而导出粒状碎屑溜砂坡水平土压力(或水平推力)计算模型.     

扩底桩的上拔试验及其颗粒流数值模拟

通过原型试验和应用颗粒流理论及其PFC2D程序数值模拟,研究了黄土中扩底桩承受上拔荷载的宏观力学性能及其细观结构,以及扩底桩在上拔荷载下的位移、极限上拔承载力和破坏机理.结果表明增加扩底桩扩大端的高度对提高承载力是有效的;破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏.并提出了扩底桩极限上拔承载力计算式,计算值与实测值相吻合.应用颗粒流理论分析了颗粒细观结构、受影响区域、扩底桩的上拔位移和土中滑裂面.颗粒流模拟的土中滑裂面、荷载与位移关系和宏观试验实测结果相一致.     

黄河口海底斜坡不稳定性调查研究

黄河的高含沙量和河口快速沉积,形成了独具特色的水下三角洲。利用精密的深度记录仪,高分辨率的地震剖面仪和旁侧扫描声纳,结合海底钻探、取样、测试及室内土工分析,得到了与黄河一口海底不稳定性有关的水下底坡的形貌特征,沉积物类型、空间分布及基本物理力学性质。水下底坡失稳破坏主要型式为塌陷洼地和粉砂流冲沟。在暴风浪作用下,水下底坡原破坏区发生复活,复活时间与风暴潮的开始与结束相对应。这种重新开始和重复的移动明显地限制在滑坡体的内部,既没有扩大,也没有向斜坡上后退。目前亟待于开展波浪作用下土体动力响应过程现场和室内实验研究,以揭示底坡破坏的成因机制,从而建立水下底坡失稳破坏和工程地质环境质量的定量预测评价方法,指导近海工程活动中地质灾害的减轻与防治。     

深水重力流与底流交互作用研究进展

重力流和底流是深水环境下的两大基本流动体制,对二者交互作用的研究是当前沉积学研究的前缘和薄弱环节.底流及底流改造沉积物在岩芯上具有上部侵蚀面、双泥层、牵引流成因的各种层理等识别标志;底流成因的漂积体在剖面上呈现透镜状单元、迁移性特征及波状发射等地震反射特征.本文通过综述重力流与底流交互作用的研究成果,认为依据某段地质时期内深水盆地中主导沉积机制的不同,将重力流与底流的交互作用分为以下4种表现形式:①底流对前期重力流沉积进行改造;②重力流对前期底流沉积进行改造;③重力流与底流交互主导同一地区的沉积以及④底流与重力流同时作用于沉积物.相对海平面变化、气候(冰期～间冰期)变化、构造活动、地形地貌等因素,主要通过影响重力流与底流机制的相对强度大小,控制深水重力流与底流交互作用的进行.中国南海具有重力流与底流交互沉积的优越地质条件,发育有单向迁移水道、沉积物波等特色沉积记录.加强现今海流观测,对于南海底流循环格架的建立意义重大.     

粒状碎屑溜砂坡运动方程与砂坡土压力计算（溜砂坡系列研究之三）

在溜砂坡系列研究之二的基础上,对风干砂的运动特征进行了细致观察。将干砂流视为连续介质的流动,对干砂流的运动动力和阻力进行了深入研究,建立了干砂流垂线流速分布方程和干砂流体底面、表面滑动速度方程。结合挡砂工程,将干砂流体视为沿底面（此种砂坡的天然休止角）滑动的三角体,从而导出粒状碎屑溜砂坡水平土压力（或水平推力）计算模型。     

西南喀斯特地区坡地产流过程及其利用技术

西南喀斯特地区受表层裂隙发育及石漠化作用的影响,坡地产流过程及各径流成分之间的循环转化机制复杂,导致坡地产流效率的空间异质性强烈,成为岩溶水文学的难点之一.以往学者们多采用非岩溶区水文模型与技术研究坡地产流影响因素,以揭示坡地产流的概化过程,并应用多种坡地径流水资源高效利用技术与模式开发坡地水资源,以提升坡地径流的利用效率,但在产流过程研究中忽视了土石界面对蓄满产流与超渗产流过程的影响以及坡面流与壤中流、裂隙流的相互转化作用,导致坡地产流过程、机制分析不够全面.因此,在总结喀斯特坡地径流产流影响因素的基础上,提出喀斯特坡地径流产流过程框架;然后结合坡地径流模拟方法与开发利用技术模式,评估现有坡地水资源高效利用技术的推广价值及存在的局限性;最后,从坡地产流过程及其时空差异方面模拟了坡地产流过程,并展望了坡地水资源高效利用技术未来发展的趋势.      

黄河三角洲土体非均匀性及对底坡微地貌形成影响

通过在潮滩现场 2 0m 2 0m范围对土体细致的微贯试验和所取样品室内土体粒度分析, 指出黄河三角洲土体的物理及工程力学性质在小尺度空间上具有非均匀性, 这种非均匀性对黄河口底坡微地貌形成会产生控制性的影响作用。     

粒状碎屑溜砂坡运动方程与砂坡土r压力计算（溜砂坡系列研究之三）

在溜砂坡系列研究之二的基础上,对风干砂的运动特征进行了细致观察。将干砂流视为连续介质的流动,对干砂流的运动动力和阻力进行了深入研究,建立了干砂流垂线流速分布方程和干砂流体底面、表面滑动速度方程。结合挡砂工程,将干砂流体视为沿底面（此种砂坡的天然休止角）滑动的三角体,从而导出粒状碎屑溜砂坡水平土压力（或水平推力）计算模型。     

流动型态对曼宁糙率系数的影响研究

根据明渠水流流动型态的概念,通过对实验资料的分析,得到均匀流时糙率系数随水深增加而减小,形成M1型水面线的非均匀流时糙率系数随水深、水力坡度的增大而增大的规律。提出的糙率系数的二步计算法,可以解决因非均匀流水深沿程变化,难以建立糙率系数与水深关系的困难,为在水力计算中修正糙率系数提供了依据。     

粗糙透水床面明渠水流的垂线流速分布

为了进一步揭示粗糙透水床面明渠水流运动特性,针对垂线流速分布研究存在的问题,根据边界层理论,推导了含有摩阻流速、理论床面流速和原点位移等3个参数的修正对数公式;通过水槽试验,运用激光多普勒测速仪,分别对用直径1 cm玻璃珠构成的粗糙不透水和透水床面明渠水流的垂线流速分布进行了测量。结果表明:推导的修正对数公式与实测符合很好;相同水流条件下,透水床面的摩阻流速要大于不透水床面,各自的阻力系数保持基本不变;理论床面流速是主流平均流速的0.35~0.45倍,且床面相对流速随着雷诺数的增大而略有减小。     

断陷湖盆缓坡带古河道定量恢复方法及油气地质意义：以霸县凹陷文安斜坡东营组为例

河流沉积砂体定量表征是油田高效勘探开发的重要基础。文章综合利用定量岩心分析、测井相分析、定量地震沉积学和三维地震剖面识别方法,对霸县凹陷文安斜坡东营组古河道砂体厚度,河道（带）宽度,（满岸）河道水深等河流参数进行了定量化计算。研究表明,文安斜坡东营组发育北部苏桥、中部文安和南部长丰镇三个物源输入口,河流呈NEE-SWW向分散于文安斜坡带,其中河道带宽度（w）为1.04~2.61 km,平均宽度（wcb）为1.71 km;主河道宽度（W）为15.2~179.6 m,平均宽度（Wc）为84.4 m;主河道沉积水深（D）为1.34~5.21 m,平均水深（Dc）为3.29 m;主河道满岸水深（Dmax）为2.35~9.15 m,平均满岸水深（Dmaxa）为5.77 m;主河道沉积厚度（H）为2.15~8.32 m,平均厚度（Hc）为5.25 m,河道长度（L）为18.5~28.2 km,平均河道带长度（Lcb）为25.1 km,流向（A）为40°~65°。确定文安斜坡东营组发育辫状河沉积,斜坡东侧中外带为主要的砂岩卸载区,河流以垂向挖掘性河流为主,侧向迁移为辅,河道砂岩平面呈“条—带”状。文安斜坡西侧内带以侧向迁移河流为主,下蚀作用为辅,河道砂岩呈“席—带”状。东营组河道砂岩具有“下生上储”的有利成藏条件,具有良好的岩性、构造—岩性圈闭（油气藏）勘探前景。     

Variational Laws of Debris Flow Impact Force on the Check Dam Surface Based on Orthogonal Experiment Design

Debris flow impact force is an important factor for controlling structural damage, and it is the key factor for engineering design and risk assessment. Variation laws of debris flow impact force play an important role in preventing check dam impact damage and providing technology, data and support for check dam construction. Many influencing factors exist in debris flow impact force with different influencing magnitudes. The three main factors, i.e. the debris flow bulk density, the drainage channel slope and the upstream surface gradient of the check dam, were selected to be analyzed. The purpose of the study was to analyze the influencing degree of the three factors. Three levels were set for each factor and nine text schemes were established based on the theory of orthogonal experimental design. What is more, the related miniaturized flume experiment was carried out to measure impact force of debris flow. Finally, taking the impact force mean values of key point as the evaluation index, the flume experiment results were analyzed in detail by extreme difference analysis and variance analysis. Research results indicate: among the three factors, the drainage channel slope has the most significant influence, the upstream surface gradient of the check dam is in the second place and the debris flow slurry density is the third. The form of impact force mean with the maximum value: the drainage channel slope is 15°, the debris flow bulk density is 18.1 kN/m³ and the upstream surface gradient of the check dam is 1:0.     

利用多波束回波强度进行中太平洋潜鱼海山底质分类

中、西太平洋海山区是富钴结壳的重要富集区,钙质远洋沉积、碳酸盐岩沉积及重力作用引起的滑塌沉积是海山山顶和斜坡的主要沉积类型,它们的空间分布规律对于富钴结壳的分布至关重要.在国内首次利用EM122多波束回波强度资料对中太平洋潜鱼海山进行了底质类型研究,对回波强度资料进行处理和统计分类,并与浅地层剖面和地质取样结果对比,分析得出了4种底质类型,即富钴结壳、钙质远洋沉积、碳酸盐岩基底及碎屑流沉积.这几种底质类型具有不同的回波强度特征,其中富钴结壳区表现为均一的回波强度高值特征;钙质远洋沉积区表现为均一的回波强度低值特征,二者回波强度值相差约20 dB.结果显示潜鱼海山山顶仅局部发育钙质远洋沉积,大部分为碳酸盐岩基底出露区,山顶边缘及侧翼山脊处为主要的富钴结壳分布区.此外,该海山存在3处较大规模的重力滑塌沉积区,主要为碎屑流沉积.      

冰盖下冰花浓度分布的数值模拟

封冻河道内的冰花分布规律对冰期水文及环境分析有着重要的意义. 视冰花为连续介质, 基于多相流理论和欧拉-欧拉模型方法, 建立了河渠垂向二维标准k-ε紊流数值模型. 在不同的水流流速、 冰花颗粒尺寸、 上游来冰量条件下, 对冰盖下冰花浓度场进行了模拟分析, 得到了冰盖下冰花分布特征. 结果表明: 水流流速越大, 冰花沿垂向分布范围越大, 冰花浓度分布曲线斜率越大, 冰花浓度沿垂向的均匀性越大, 同时浓度最大值越小; 冰花颗粒尺寸越大, 冰花沿垂向分布范围越大, 冰花浓度分布曲线斜率越大; 上游来冰量越大, 冰花沿垂向分布范围越大, 在同一水深其浓度值也越大, 冰花浓度沿垂向分布的均匀性越大.     

地震沉积学在识别重力流沉积体系中的应用

探讨地震沉积学方法在识别陆相断陷盆地重力流沉积体系的研究思路。以歧口凹陷歧南斜坡沙一段的深水厚层砂岩为研究对象, 在现代沉积学和地震沉积学理论和方法的指导下、分频解释和时频分析技术建立高频等时格架的基础上, 通过岩芯相精细描述确定沙一段主要发育重力流水道沉积体系。形成了以古地貌和地震属性约束物源方向, 预测重力流水道的宏观展布;地层切片、反演与三维可视化相结合刻画砂体空间展布形态的断陷湖盆沟道型重力流地震沉积学识别方法和技术。应用该方法对歧南斜坡重力流水道砂体进行了精细刻画, 为在歧口凹陷广泛发育的湖相泥岩中寻找岩性油气藏开辟新的勘探领域, 并在歧口凹陷油气勘探中取得了良好的应用效果, 同时也丰富和发展了断陷盆地重力流沉积体系的地震沉积学研究成果。     

A semi‐analytical solution of surface flow and subsurface flow on a slope land under a uniform rainfall excess

A new approach is proposed to analyze the surface flow and subsurface flow passing over a pervious ground under a uniform rainfall excess. The flow field is divided into two regions that are called water layer and soil layer. To figure out the hydraulic behavior of overland flow on an inclined plane under a rainfall event, the simplified Navier–Stokes equations are employed for the surface water flow, and the flow inside the soil layer is porous media flow, which is governed by Biot's (1956, 1962) theory of poroelasticity. The velocity distribution of overland flow is nonzero at the ground surface. The relation between water depth and slope length was developed first. The profile of surface water flow was then found backwards from the downstream end of the flow section by the Runge–Kutta method. After that, the flow velocity and flow discharge of each layer could also be obtained via the water depth. Finally, the variation of fluid shear stress inside the soil layer is also discussed. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

明渠恒定紊流的总流控制方程与能量损失特性

为进一步深化对明渠总流控制方程的认识,探究总流能量损失的构成与分布特点,通过理论分析,在黏性流体力学理论的框架下构建了描述明渠恒定紊流总体特性的总流积分模型与总流微分模型的控制方程,其模型参数能直接通过流动统计特征量在过流断面上的分布来获取,由此实现明渠流的流场特性描述与总流描述的统一,并得到了总流能量损失的显示表达式。同时指出,总流能量损失由黏性耗散与维持紊动两部分构成,在矩形明渠恒定均匀流紊流的分类能量损失构成中,壁面上以黏性耗散部分为主,维持紊动部分的能量损失密度随着离开壁面距离的增加而快速增加,且随着雷诺数的增大,其增加速度也越快。     

明渠恒定紊流的总流控制方程与能量损失特性

为进一步深化对明渠总流控制方程的认识,探究总流能量损失的构成与分布特点,通过理论分析,在黏性流体力学理论的框架下构建了描述明渠恒定紊流总体特性的总流积分模型与总流微分模型的控制方程,其模型参数能直接通过流动统计特征量在过流断面上的分布来获取,由此实现明渠流的流场特性描述与总流描述的统一,并得到了总流能量损失的显示表达式。同时指出,总流能量损失由黏性耗散与维持紊动两部分构成,在矩形明渠恒定均匀流紊流的分类能量损失构成中,壁面上以黏性耗散部分为主,维持紊动部分的能量损失密度随着离开壁面距离的增加而快速增加,且随着雷诺数的增大,其增加速度也越快。