地铁联络通道冻结施工的热流固(THM)耦合分析

随着城市地铁规模的不断发展, 冻结法在地铁联络通道施工中得到了广泛应用.为了得到合适的地层冻结工艺参数和指标, 了解开挖隧道对地层稳定性的影响, 保证工程的安全性, 基于考虑相变及冻胀的热-流-固(THM)耦合理论, 采用COMSOL有限元分析软件模拟某地铁联络通道水平人工冻结及开挖施工过程.分析了冻结过程中地层温度场、渗流场及位移场的变化规律, 研究了开挖后地层位移场的分布规律.结果表明: 由于水渗流作用, 温度场和位移场的分布不再关于y轴对称;在人工冻结过程中, 地表处冻胀位移的最大值出现在y轴以右, 冻胀量变化表现为先线性增长, 而后趋于稳定.总体上, 实施人工冻结可以很好地增加周围土体的强度及稳定性, 对止水和抑制地层变形具有良好的效果.     

The coupling status of alluvial fans and debris cones: a review and synthesis

Alluvial fans and debris cones link two zones of the fluvial system (e.g. hillslope gully systems to stream channels; mountain catchment sediment source areas to main river systems or to sedimentary basins) and therefore have important coupling or buffering roles. These roles may be both functional and preservational. The functional role includes debris‐cone coupling, which controls sediment supply from hillslope gully systems to stream channels, influencing channel morphology. Coupling through larger alluvial fans, expressed by fanhead trenching, causes a distal shift in sedimentation zones, or when expressed by through‐fan trenching, causes complete sediment by‐pass. The preservational role stems from the fact that fans and cones are temporary sediment storage zones, and may preserve a record of source–area environmental change more sensitively than would sediments preserved further downsystem. Fan coupling mechanisms include distally‐induced coupling (basal scour, ‘toe cutting’, marginal incision) and proximally‐induced coupling (fanhead and midfan trenching). These mechanisms lead initially to partial coupling, either extending the immediate sediment source area to the stream system or shifting the focus of sedimentation distally. Complete coupling involves transmission of sediment from the feeder catchment through the fan environment into the downstream drainage or a sedimentary basin. The implications of coupling relate to downstream channel response, fan morphology, sedimentation patterns and vertical sedimentary sequences. Temporal and spatial scales of coupling are related, and with increasing scales the dominant controls shift from storm events to land cover to climatic and base‐level change and ultimately to the relationships between tectonics and accommodation space. Finally, future research challenges are identified. Modern dating techniques and sophisticated analysis of remotely sensed data can greatly improve our understanding of fan dynamics, and should lead to better cross‐scale integration between short‐term process‐based approaches and long‐term sedimentological applications, while maintaining high quality field‐based observations. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

处于海洋环境的桩柱在瑞利波作用下的响应

本文以一海洋深水环境桩柱为例,考虑到海洋地基为两相饱和土介质,基于Biot两相饱和多孔介质理论,通过数值算例分析了饱和介质中瑞利波加速度、位移分布规律并与单相弹性介质地基条件下进行了对比,结果表明,瑞利波主要作用于地表附近且振动幅度随深度衰减很快,饱和地基下的瑞利波影响深度要大于单相弹性地基,在瑞利波地震作用下,考虑两相饱和介质下的桩柱位移响应大于单相弹性介质地基。并且由于桩柱处海洋深水环境,本文对环境水体对桩柱振动响应的影响进行了研究,结果表明,流固耦合效应可明显降低桩柱运动响应,在海洋深水环境地震响应分析时,有必要考虑饱和地基以及流固耦合效应对桩柱运动响应的影响。     

深圳海域潮汐海啸波耦合数值研究

以COMCOT海啸模式和TPXO7.1全球潮汐模式为基础,采用三层嵌套网格,建立了南海海啸与潮汐耦合计算模型,分析深圳海域海啸和潮汐相互作用。潮汐计算结果与实测数据吻合较好,高、低潮位平均误差小于15 cm,20 cm;在潮汐验证的基础上,以马尼拉海沟潜在地震海啸源为案例,进行8.0,9.0级地震海啸与潮汐耦合情景模拟计算,计算结果表明,9级地震海啸在深圳海域外海波高为140~150 cm,如先行波为正波发生在高潮时将产生异常高潮位,负波发生在低潮时将产生异常低潮位,线性叠加计算结果偏大,在25.0 cm之内,到达时间差异小于6 min。     

新疆和什托洛盖盆地构造演化特征及其对油气成藏的影响

和什托洛盖盆地为准噶尔西北缘大型逆冲褶皱带的一个早中生代盆地,油气地质特征复杂.应用成盆动力学及盆山耦合系统的理论对盆地进行系统的构造解析,并利用平衡剖面技术全面解剖和什托洛盖盆地的构造演化特征.同时,深入分析和探讨了不同阶段构造演化过程对油气运聚成藏的控制和影响作用.在此基础上,获得了以下重要结论与认识：（1）和什托洛盖盆地的构造演化与准噶尔盆地西北缘和哈拉阿拉特山有着密切关系,大致经历了3个演化阶段,即盆地雏形阶段（C-T）、盆地主要发育阶段（J-K）和盆地改造阶段（E-Q）;（2）和什托洛盖盆地的烃源岩、储集层、盖层及圈闭均较发育,断裂和区域性不整合面为油气运移创造了良好的条件;（3）目前应以盆地西部为重要靶区,同时加强对于侏罗系低成熟气、煤成气生成的综合研究.     

复合填料一维冻胀量数值模拟分析

复合填料是以废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯颗粒（EPS）、水泥和水为原料,拌合后形成的一种轻质填筑材料。其中,EPS颗粒含量适当时,能减少或消除复合填料的冻胀和融沉,可作为季节性冻土区的路基填料。假设复合填料中除EPS颗粒外的骨料颗粒、孔隙冰为刚性介质,同时考虑EPS颗粒变形和填料孔隙变形对复合填料冻结过程的影响,在已有的冻土水热耦合分离冰模型的基础上,得到考虑EPS颗粒变形影响的饱和填料一维冻结水热耦合控制方程,进而预测填料的冻胀量。与室内模型试验结果对比表明,本文模型可用于该种具有弹性颗粒复合填料的冻胀量模拟,为工程中冻胀量预测提供依据。     

基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.     

崩塌落石产生涌浪的流固耦合运动分析

库区崩塌落石以直接打击和涌浪的形式威胁航道安全。三维流体力学与固体力学耦合分析崩塌落石产生的涌浪是目前该领域的研究热点和未来发展方向。以三峡库区巫峡剪刀峰河道为例,利用Flow-3D首次建立了一个k-ε湍流模型和GMO碰撞模型的流固耦合模型,假定的落石体积为1.2×10⁴ m³。流固耦合分析结果显示:运动物体在陆地斜坡上进行弹跳、翻滚、滑动;进入水体后,其运动受水体严重影响,运动物体将一部分能量传递给水体,能量传递率约为6.54%;水体获得了能量,最大涌浪达到10 m,但衰减很快,至河道中心线时浪高2.4 m,至对岸边浪高为0.89 m。根据涌浪高度大小进行了航道预警分区,建议将预警区北航道线南移350 m左右,航道内涌浪风险将大大降低,航道安全度得到提高。     

区域土地利用与生态环境耦合关系的系统分析

区域土地利用与生态环境之间存在复杂的、非线性、动态耦合关系,这种耦合关系可以看作是二者以土地自然生态系统为公共界面耦合而成的具有鲜明耗散结构特征的复合系统,其内部存在明显的熵值平衡机制,演化轨迹也呈V型。在对二者耦合关系实质进行系统把握的基础上,归纳了二者关系存在四大基本特征,并运用灰色关联分析与系统动力学两种方法为二者关系的研究设计了两种思路,最后就区域土地利用与生态环境耦合关系的调控方向进行探讨。     

增强型地热系统开发过程中的多场耦合问题

增强型（或工程型）地热系统（简称EGS）是指从地下3~10km低渗透岩体中经济开采深层地热的人工热能系统,作为目前地热领域的重要发展方向,其研究受到发达国家的高度重视,但我国还基本处于空白。在EGS运行过程中,高温岩体及裂隙受到温度场（T）、渗流场（H）、应力场（M）、化学场（C）的耦合作用,其结果直接影响整个系统的设计和运行。本文根据对EGS最基本的物理—化学过程分析,讨论了任意两场之间的相互作用,指出了三场耦合应考虑的重点及四场耦合现阶段研究的不完善性,最后综述了目前国际上用于解决EGS多场耦合问题的模拟软件研究进展。