桥墩附近四面体透水框架抛投防冲效果试验研究

分析了目前国内所采用的抛石防护方法和土工织布上加压载防护方法的优缺点,对桥墩冲刷的机理进行了阐述,并且通过模型试验,研究了在桥墩周围抛投四面体透水框架进行防护的防护效果。从而证明了“四面体透水框架抛投防护方法”对桥墩局部冲刷的防护有一定的工程使用价值。     

长江口斜压诊断模式三维流场数值模拟

建立了σ坐标系下长江口斜压诊断模式三维流场数学模型,采用k-kl二方程紊流闭合模型求解垂向涡粘系数,计算域内恒定、非均匀盐度场反映了计算域密度斜压效应。验证结果表明,斜压诊断模式的模拟成果较切合实际。模型成功复演了长江口水域由往复流向旋转流过渡的流场特性;潮波从四条汊道传入后在分汊口附近相遇形成多个会潮点,其位置随着径流的大小、潮汐的强弱、汊道的形态等因素而变化。     

桥墩冲刷坑的三维流场测量与数值模拟

采用Sontek公司声学多普勒测速仪(ADV)对有拦沙坝防护的模型桥墩附近流场进行了精细测量,对桥墩冲刷坑内三维流速分布进行了分析,给出了冲刷坑内三维紊动特征量的分布,分析研究了有拦沙防护坝时桥墩局部冲刷的三个新特点,提出了拦沙坝的适用条件。另外,还采用有限体积法(FCVM)对桥墩附近流场进行了三维水流数值模拟,与ADV实测数据进行了对比验证,结果比较吻合。利用测量与模拟成果分析了墩前三维流速分布规律及对桥墩局部冲刷的影响,对研究复杂边界桥墩流场结构与局部冲刷计算有参考价值。     

开敞水域中航槽流场的数值模拟

建立了一个模拟开敞水域中航槽流场的平面二维数学模型.利用该模型计算得到的流速分布与袁美琦、李安中等人试验值相吻合,并计算了相当于天然情况下(各种水深、挖深比及航槽与水流的不同交角)的流场,得到了各种航槽与水流交角、不同挖深比的航槽流速折减系数变化规律图,及各种航槽与水流交角、不同挖深比的航槽中流向与航槽轴线交角的变化规律图,为开敞水域中航槽选线设计提供了依据.     

浅水障碍绕流的数值模拟

浅水流绕过岸边和固壁时常出现分离生涡、脱涡和周期流现象.文中提出参数化局部涡模型和新生涡在背景流场中输移演化及其相互作用的算法,成功地对三峡水库坝区水流横向摆动进行了数值模拟.     

高拱坝宽尾墩三维流场数值模拟

高拱坝表孔宽尾墩收缩射流水舌的扩散特性与其出口流速分布密切相关,为了求得收缩射流的水力特性,应用RNGk ε双方程湍流模型对高拱坝表孔不同体型及过流量条件下可能出现的降水曲线流态、急流冲击波流态、水跃壅水流态、缓流流态4种流态进行了数值模拟计算,水流自由表面的模拟采用VOF法,得到了溢流水面及流速分布。结果表明,无论在何种流态下,计算所得的水面曲线均与物理模型试验值吻合良好,所得的出口流速分布结构也验证了高拱坝宽尾墩收缩射流水舌不同流态下分散的机理。     

感潮河段丁坝局部冲刷三维数值模拟

针对局部冲刷和一般冲刷的不同,建立了考虑垂向水流作用的局部冲刷三维紊流泥沙数学模型,并对往复流和单向流作用下的丁坝局部冲刷进行了验证计算和数值模拟。结果表明,往复流作用下丁坝局部冲刷在冲刷过程和冲淤形态上与单向流有明显不同,若采用单向流作用下的局部冲刷模型试验结果来指导往复流作用下丁坝头防护工程的设计和施工是不利的。     

基岩冲刷的数值模拟

为了探索采用数值模拟的方法来研究基岩冲刷的可行性,对二维散粒体河床的冲刷进行了试验研究,并采用二维k-ε模型,在贴体非正交曲线坐标系中用控制体积法对散粒体河床的冲刷进行了数值模拟,计算的冲坑深度与试验结果符合很好,结果令人满意.选用相同的控制基岩冲刷的参数,对不同下游水垫深度、不同入射流速时基岩冲刷深度的正确模拟说明,在对基岩特性有了充分的了解后,用数值方法来模拟基岩的冲刷过程及估算冲刷深度是合理、可行的.     

复杂地形条件下激发极化有限单元法三维数值模拟

野外激电勘查过程中,据激电异常进行钻探验证时,常发生验证目标矿体擦边而过现象.究其原因是在实际勘查中,地形的起伏变化改变了地下电场的分布规律,导致激电异常发生位移及幅值改变.为了改善、克服这种现象,必须从理论上进行研究.运用四面体单元三维有限单元数值正演计算方法对此进行了理论研究,选用典型山谷地形水平层状极化体模型进行数值模拟计算.研究结果表明:①起伏地形不产生假的激电异常,仅对激电异常的形态和幅值产生影响;②采用四面体剖分单元有限单元法研究复杂地形条件对激电异常的影响是行之有效的.     

基岩岛屿地下水流场数值模拟研究

岛屿是我国领土的重要组成部分,对国家安全和国防军事意义非凡.岛屿的地下水资源尤为珍贵,地下水流场模拟是研究地下水分布规律的重要手段.水文地质条件复杂、可利用的观测井较少等原因,造成了基岩岛屿水文地质模型概化精度不高、初始条件难以获取等问题.为克服基岩岛屿地下水流场模拟的诸多困难,将珠海外伶仃岛作为研究区,利用数字高程模型数据开展地质地貌建模;利用探地雷达法、直流电法与地质分析对岛屿进行探测,获取了地层数据;采用地下水遥感评估法,利用实测井位数据,确定了地下水的初始水位,进而对基岩岛屿地下水流场进行建模;最终,通过对外伶仃岛地下水流场的数值模拟得出地下水模拟流场图.岛上多个测点的探测水位值与模拟水位相关性较好,其拟合优度R2为0.8722.由此可见,综合遥感、物探、水文地质手段等技术方法获取的数据,采用地下水模拟软件或程序实现基岩岛屿地下水流场的数值模拟,是基岩岛屿地下水资源研究的一个有效方法.     

A numerical simulation of debris flow and its application

Debris flow is the flow of solid-fluid mixture and was treated as the flow of a continuum in routing in this study. A mathematical model was proposed to describe debris flow including deposition process and then solved numerically with suitable boundary conditions. Laboratory experiments were also conducted for comparison and calibration of the numerical results as well as for investigation of debris flow phenomena. The numerical model was also applied to simulate the debris flow caused by heavy rainfall in Tungman village of Hualien County located in the east of Taiwan on 23 June 1990. The simulated bed topographies in alluvial fan were in good agreement with those obtained from laboratory experiments and field observations.     

两坝间河段通航水流条件的三维数值模拟

三峡工程建成后,三峡-葛洲坝之间的河段是宜昌至重庆河段船舶航行最困难的航段之一.建立了该河段的三维水流数值模型,计算三峡不同下泄流量下的三维流场,并根据计算结果与适航条件分析其适航区域.研究结果表明,当下泄流量不大于25 000 m3/s时,两坝间河段基本能满足万吨级船队的通航水流条件;当流量大于此值时,将会出现碍航区域,且随流量的增加,万吨级船队通航水流条件逐渐恶化.若适当提高通航标准,则通航流量可加大到45 000 m3/s.     

采用土工合成材料的新型护岸结构的动态数值模拟

固化土和土工格栅护岸工法（SG-WALL工法）是一种采用固化土和土工格栅加固港口护岸结构的新型工法。它的抗震性能已经通过一系列振动台试验得到了确认。为了能够数值再现SG-WALL结构在地震荷载作用下的动力反应,对SG-WALL结构的振动台试验进行了动态数值模拟研究。试验和模拟结果的对比表明,数值模拟方法能够再现SG-WALL结构在振动荷载作用下的主要动力特征。模拟结果还表明：固化土的长度对SG-WALL抗震性能起到重要的影响;土工格栅的最大拉应变发生在与排桩的连接处,并且沿着远离排桩的方向逐渐减小。     

溃坝水流数值模拟研究进展

溃坝问题在水利工程的设计管理中具有重要地位,也是广大学者长期以来一直关注和研究的课题。回顾和总结了国内外对溃坝水流演进问题的研究进展:介绍了溃坝水流的数学模型及解析解法存在的困难,进而讨论了数值解法的最新进展;论述了求解溃坝水流一维问题的有限差分法、近似黎曼解的Godunov格式法、Boltzmann法、KFVS法和二维问题的TVD格式法、间断有限元法、有限体积法、特征线法,并分析了各种方法的适用范围和优缺点,及讨论了限制函数的使用;介绍了利用自由水面追踪方法计算溃坝水流的研究进展,并根据目前存在的不足和实际工程的需要,提出了进一步研究的方向和发展趋势。     

砂土中单桩静载室内模型试验及颗粒流数值模拟

通过自行设计的可视化模型箱,进行了单桩静载室内模型试验,考虑了不同桩径、不同土体密实度等影响因素,研究了单桩的沉降模式、桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥性状及随沉降的发展模式,并通过拍摄跟踪和图像处理技术,研究了桩端和桩周土体的孔隙率的变化规律;对二维颗粒流程序进行开发,模拟了单桩静载过程中桩端阻力和桩周土体孔隙率的变化情况。结果表明,颗粒流数值模拟能够较好地模拟单桩静载过程,研究成果进一步揭示了单桩静载过程的宏细观机制。     

水—气二相流及污染物运移数值模拟研究

本文通过对近些年来水－气二相流数值模拟进展情况的分析,总结了在水－气二相流模拟过程中,各个主要参数或物理过程的数学概化方法,以及近年来在求解水气二相流方程和污染运移方程的方法上的改进情况。并在此基础上提出了需进一步研究解决的问题。     

水泥改良土杯型冻土壁融化温度场三维数值模拟

为掌握水泥改良土杯型冻土壁的解冻规律,以南京地铁10号线过江隧道盾构出洞水平冻结加固工程为例,对水泥改良土杯型冻土壁融化温度场进行了三维数值模拟,并研究了导热系数、比热容、相变潜热等因素变化对融化温度场的影响规律。结果表明：冻结水泥土解冻速度受初始温度影响较小,受冻土位置影响较大;解冻过程中,冻土壁外侧1 m处的非冻结土温度先降后升,冻土壁外侧3~7 m处土体温度始终呈下降趋势;随着导热系数减小、相变潜热增大、比热容增大,解冻时间延长;比热容对冻结水泥土解冻过程的影响主要体现在升温阶段,相变潜热主要影响冻土相变阶段,导热系数既影响升温阶段又影响相变阶段。