沙粒起跃的动态模拟

沙粒起跃规律是风沙运动微观机理研究和宏观工程应用相联系的纽带,目前进展缓慢且不成熟。本文建立了简洁的沙粒碰撞模型,构造了单颗沙粒以11.5°的碰撞角高速撞击由9000个沙粒组成的沙床的计算机实验,以10^-6秒为时间步长精细模拟了被碰沙粒起跃的全过程,对起跃沙粒的空间分布、速度大小和方向以及入射沙粒速度的影响进行了细致研究,其中起跳速度大小符合指数分布,与已知观测结果符合较好。     

强震区泥石流启动机制

地震区的泥石流物源主要来源于滑坡、崩塌等松散体,具有结构疏松,密实度低,堆积时间短等特点,与非地震环境中的滑坡、崩塌堆积体的结构有所不同,堆积体的物理力学性质发生了改变,堆积体转换为泥石流所需的外界条件也相应的改变。以汶川地震区都江堰市龙池镇典型泥石流灾害为例,分析了地震滑坡、崩塌松散体的堆积形态和堆积体的应力环境。从静力学和动力学角度分析堆积体在强降雨条件下的起动特征,探讨了降雨作用形成的地表径流水深与堆积体失稳时的应力极限状态的关系。分析得出沟道岸坡滑坡堆积体发生侵蚀时的地表径流力为F=(τ1f-f1sinα)/cos(α-26.65),并建立径流水深与地表径流力的关系:H=F/4ρsgJ。分析在动量守恒条件下,堆积体单位时间内的侵蚀体积dV=dM/γs模型。为了进一步探讨在实际现场的应用,以汶川地震区都江堰市的水打沟泥石流为例,分析发生泥石流时的地表径流水深为0.011 m,其结论与实际调查结果基本一致。     

沙粒跃移云及Magnus力对床面有效粗糙度的影响

建立了考虑Magnus效应的、吹过平坦沙面的稳定风场中风与跃移沙粒相互耦合的风沙跃移云模型,并通过数值模拟研究了风沙跃移运动对床面粗糙度的影响。结果表明,跃移沙粒对风速的影响类似于床面粗糙度的影响,有效粗糙度随摩阻速度的变化关系可用二次函数表征;Magnus力对有效粗糙度有明显的影响,但这种影响并不改变有效粗糙度与摩阻风速之间的二次函数关系。     

生物土壤结皮对风沙土和黄绵土膨胀特性的影响

作为重要的土壤物理性质,膨胀性在影响土壤导水性、持水性、抗蚀性以及土壤结构的形成和发育等方面发挥着重要作用。为了探讨生物土壤结皮（BSCs）土壤的膨胀特性及其主要影响因素,针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤,利用膨胀仪测定并比较了有、无藓结皮及其在不同因素（初始含水量、干湿循环、冻融循环、温度）下膨胀率的差异,分析了BSCs对土壤膨胀性的影响及其与环境因素和BSCs性质的关系。结果显示：风沙土上藓结皮的膨胀率为1.93%,较无结皮增加了8.65倍;而黄绵土上藓结皮的膨胀率为2.05%,与无结皮相比降低了76.68%。藓结皮的生物量和厚度与其膨胀率在风沙土上均呈线性正相关关系（P < 0.05）,在黄绵土上分别呈二次函数（P=0.02）和线性正相关关系（P=0.02）。初始含水量同时影响了土壤最大膨胀率和稳定膨胀时间,影响程度风沙土远大于黄绵土（包括藓结皮和无结皮）;干湿循环次数对无结皮土壤膨胀率的影响程度大于藓结皮土壤,其中风沙土和黄绵土上无结皮的膨胀率分别是50.00%~620.00%和-2.28%~10.81%,而两种土壤上藓结皮的膨胀率分别是-5.70%~10.88%和-10.24%~-21.46%;冻融循环下4种土壤的膨胀率均有不同程度的降低,降幅为0~18.54%。黄绵土无结皮的膨胀率受温度影响程度较大,50℃下黄绵土无结皮的膨胀率分别是25℃和35℃下的1.17倍和1.21倍。BSCs显著地改变了风沙土和黄绵土表层的膨胀性,其影响的程度和方向取决于土壤类型。同时,BSCs的膨胀性受含水量、温度、干湿以及冻融循环等关键因素影响。     

黄河入海泥沙悬移输送机制的控制试验

以三维斜压动力—悬沙模型ECOMSED联合第三代海浪模型SWAN及Grant-Madsen浪流耦合底边界层模型,对黄河入海泥沙悬移扩散的时空变化过程进行了数值模拟。通过5项控制试验,初步揭示了不同动力因子对黄河入海泥沙悬移输送的贡献和影响。研究结果表明,单纯潮流作用下黄河入海悬沙不能形成长距离输送。风海流作用下,绝大部分悬沙直接沉降在黄河三角洲的附近,只有非常小的部分发生长距离输送。风场作用下,黄河入海悬沙主要向北－西北方向输送,部分输往莱州湾的悬沙继续向北输送。环流作用下,悬沙输送具有明显的三维结构,分层结构与环流结构基本一致,而深度平均的悬沙输送通量与环流结构有较大的差别。浪流联合作用下的悬沙浓度变化与底剪切应力都呈现为10天左右的变化周期,表明其变化主要是由风应力所控制。     

滚石颗粒随机碰撞模型的理论分析

准确预测滑坡滚石随机碰撞后的力学特性对滚石灾害预测与防治工作具有重要的意义。为了探究影响滚石—壁面碰撞过程的随机因素,本文选取了碰撞过程中4个主要影响因素(入射速度、初始旋转角速度、入射角度以及碰撞角度),建立滚石随机碰撞理论模型,基于接触理论得到滚石碰撞过程中的基本方程,进而推导出滚石碰撞后速度公式,并且结合工程算例分析了入射速度、入射角以及初始旋转角速度对滚石的反弹速度、运动轨迹以及总动能的影响。结果显示:(1)滚石颗粒入射速度、角度以及旋转角速度对碰撞过程影响显著;(2)当滚石入射速度增加时,滚石碰后水平运动距离呈线性增大,垂向最大弹跳高度和碰后总动能成幂函数型增大;(3)当滚石入射角增大时,滚石碰后水平运动距离、垂向弹跳高度均呈减小趋势,前者幅度远大于后者,碰后总动能随着入射角的增大不断减小;(4)当滚石的初始旋转由顺时针变为逆时针增大时,滚石发生回弹现象,水平运动距离不断增大,垂向最大弹跳高度逐渐减小,碰后的总动能随着初始旋转的改变先减小后增大。该随机碰撞模型可为滚石的运动轨迹以及冲击能量的预测以及滚石灾害防治提供一定的理论依据。     

基于适应性循环的环渤海地区经济韧性演化分异机制

适应性循环理论为地区发展路径和经济韧性演化研究提供了新的视角,但相关实证和案例研究仍需探索。本文基于适应性循环及区域经济韧性演化的因素和过程构建了环渤海地区经济韧性演化分异研究框架,在分析地区经济韧性时空演变特征的基础上,对地区经济韧性演化所处的适应性循环阶段进行判识,进而利用Weaver-Thomas模型对经济韧性演化的产业驱动力进行类型划分和机制分析。结果表明：(1)环渤海地区经济韧性变化较大,各省市之间差异大;北京、天津始终处于较高水平;研究时段前期,山东省的经济韧性水平低于辽宁省,后期高于辽宁省;河北省相对较为稳定。(2)环渤海地区各城市发展路径和经济韧性演化处于开发—维持、维持—释放、释放—重组等阶段;开发—维持阶段的城市集中分布在鲁西、冀南等地;维持—释放阶段的城市占比达到40%,分布在辽宁、冀北等地;处于释放—重组阶段的城市数量较少且分布相对分散。(3)地区经济韧性演化与产业结构演进以及适应性循环阶段具有协同演化的特征。产业构成及驱动以种植业和制造业为主的城市数量最多,其产业结构相对稳定,处于开发—维持阶段;产业构成及驱动以种植业和服务业、制造业和服务业等产业组合为主的城...     

影响拜格诺结的若干因素分析

给出了全面描述风沙耦合作用下沙粒跃移运动的理论模型,利用数值方法对风沙耦合作用以及空气上升力、Magnus力、静电力等因素对沙粒跃移运动和风速廓线的影响进行了研究,从而揭示出拜格诺结(Bagnold's Kink)高度与其对应的风速及沙粒跃移高度的关系。     

新产业区的形成机制及其与传统空间组织理论的关系

在新产业区概念和特征进行概括的基础上,归纳了产业区发展的一般过程,并重点对新产业区的形成机制及所具有的优势进行了探讨。地方化产业群及区域创新网络的形成是新产业区成熟的标志,知识外溢、经济外部性导致的收益递增,以及基于密切的内部联系引来交易成本的降低使新产业区获得了强大的经济竞争优势,新产业区的空间组织形式所具有的网络效应、创新效应和企业与地方文化的良好融合是经济竞争优势的根本。最后,对新产业区理论和传统的空间组织理论之间的关系进行了对比分析,总结了二者的之间的异同。     

基于顾客价值理论的旅游地选择意向形成机制研究

旅游地选择意向是旅游者行为研究以及旅游市场营销实践关注的重点领域之一,尽管现有研究已经证实旅游者价值对旅游地选择意向确实存在显著影响,但对其形成机制的研究还报导不多。本文构建了一个包括旅游者价值、旅游地形象、服务质量和替代旅游地吸引力等变量在内的旅游地选择意向形成机制概念模型,设计了各变量的测度量表并通过德尔菲法和试调查确定量表,利用量表调查数据通过结构方程模型方法对模型进行实证检验。研究结果表明:旅游者价值、旅游地形象和服务质量对选择意向有显著影响,旅游地服务质量和旅游地形象对旅游者价值具有显著影响,但由于交通条件的显著改善,旅游目的的休闲化以及旅游方式的近郊化和长途化并存,替代旅游地吸引力对旅游地选择意向没有显著影响,这和以往的研究结果不同。     

论沙粒两种起动关系与沙粒跃移的双重性

研究沙粒两种起动关系是深入认识沙粒两种起动效能的继续和发展。文章分析了沙粒两种起动的不同性质，首次把流体起动界定为风蚀性起动，把跃移质冲击起动界定为置换性起动。认为流体起动具有主动分异性，而冲击起动只有随机分异性。根据这些特性对沙粒两种起动效能和沙粒连续移动提出了新义。认为沙粒跃移具有双重性，跃移质有其冲击地表的一面，也有其大量耗能的一面。沙粒两种起动具有兴衰与共的不可分割关系。地表风蚀是沙粒两种起动优势互补相互促进的结果；而地表堆积有时是跃移质耗能过多引起两种起动互相制约的结果。通过多方论证，将沙粒两种起动效能之由传统的19：1，初步改为4：1乃至3：1。     

风沙流中沙粒起跳初速度分布的探讨

风沙流结构中起跃沙粒的初速度分布,是连接微观研究和宏观研究的桥梁。笔者分析了已有的实验数据,就沙质地表起跃沙粒的速度分布、角度分布进行了计算;并运用碰撞理论建立了一个二维碰撞模型。考虑边界条件的影响,运用概率论统计的思想计算了风沙流结构中起跃沙粒初速度的概率分布,并和实验值进行了对比,得到了较好的结果,对风沙流中起跃沙粒的速度分布有了一个定性的认识。     

沙粒起跳自旋的分析

运用碰撞理论建立了一个一对一的二维碰撞模型。从单个沙粒的碰撞入手,考虑边界条件的影响,计算了接触角对沙粒自旋的影响,并就松床、紧床两种情况下沙粒的自旋速度和观测结果进行了比较,得到了较好的吻合结果;然后借助概率论的知识,计算了风沙流中沙粒起跳时角速度的概率分布,并和观测结果进行了对比,发现研究结果在量级上和已有的工作是一致的,从而从理论上确定了起跃沙粒自旋速度的存在及其大小和概率分布。     

库姆塔格沙漠羽毛状沙垄形成机理研究

库姆塔格沙漠像一把扇子覆盖在了阿尔金山山前的倾斜平原上,沙丘类型复杂,而尤以羽毛状沙垄最为独特成为我国独有的沙丘形态。有关羽毛状沙垄形成发育机理研究,近几十年来进展甚微。通过野外观测、高精度航片解译和风洞模拟实验研究,结果表明：羽毛状沙垄形成条件是：①具有广大平坦倾斜的地面。②地表沙物质不甚丰富。③两组相近风向是其形成动力条件。④舌状沙丘是在新月形沙垄形成之后的次一级沙丘形态。二者组合成羽毛状沙垄。羽毛状沙垄形成过程可以归纳为下列图式：新月形沙丘→新月形沙垄→舌状沙丘→羽毛状沙垄。     

风沙运动理论体系的创建与研究

确定风、沙源、风沙流、下垫面和沙地地表形态是构成风沙运动体系的5个基本要素。确定风速的强弱、沙粒的走停、气流含沙量的盈亏、下垫面的扬抑作用和沙地地表的蚀积变化是这些基本要素各自参与风沙运动的主要表现特征。这些表现特征都能一分为二, 于是10个对立侧面的相互作用构成了风沙运动发展变化的总体。系统地研究这些侧面的组合关系、揭示它们相互促进相互制约的演变机理, 进而依其内在联系进行排序, 将其串联成一体, 并绘出图式, 这样便形成了名之曰"强、弱、扬、抑、走、停、盈、亏、蚀、积十纲辩证"的风沙运动理论体系。其中"强、弱、走、停、盈、亏、蚀、积八纲辩证"是本理论体系的核心。     

风沙流中颗粒跃移研究的某些进展与问题

风沙流研究是风沙物理学的主要内容,研究方法上大致分宏观和微观研究两个方面。宏观研究着眼于风沙流的整体结构和动力学过程,微观研究侧重于单一颗粒的运动状态。宏观和微观研究相结合是解决风沙物理学中一系列问题的一条合理路线。但长期以来,由于在颗粒运动机理研究方面进展缓慢且不成熟,对联系宏观和微观研究的纽带——起跳粒子的运动状态分布的重要性认识不够,造成风沙流宏观研究和微观研究的严重脱节。本文综述国内外在这两方面的研究历史和现状,指出了现存问题和解决途径,并对风沙物理学的发展方向提出了一些建议。     

风沙流中沙粒拖曳力系数研究

 拖曳力系数是计算风沙流中沙粒受空气阻力的重要参数。考虑实际风沙流中沙粒浓度及沙粒形状,利用FLUENT软件首先计算了不同风速下距地表不同高度处两沙粒的拖曳力系数,给出了影响沙粒拖曳力系数的间距范围,然后计算了真实风沙流中不同高度沙粒拖曳力系数。结果表明,给定风速下拖曳力系数随距地面高度的增加先减小后增加,并将沙粒拖曳力系数拟合成距床面高度的函数,该函数与风速有关。     

沙漠细沙筛分时间和投加量对干筛分析结果的影响

筛分时间和投加量对沙漠沙干筛分析结果有着直接的影响,但目前对此鲜有报导。本文研究筛分时间（1~17 min）和投加量（20~100 g）对沙漠细沙筛分效果的影响。结果表明：在干筛分析过程中,20 g投加量时筛分效果在3 min达到稳定,而投加量在30~100 g时约在9 min达到稳定,意味着沙漠样品筛分需要的最短筛分时间与样品投加量有关。光学显微镜检测表明,干筛筛分的沙粒样品仍有11%~30%粗颗粒和1%~4%的细颗粒存在,此混杂比例具体因沙粒粒级而异。颗粒形状等因素造成了干筛筛分法与光学显微镜分析法的差异。     

风沙流中沙粒旋转对PIV测量结果的影响

 基于粒子图像测速仪(Particle Image Velocimetry, 简称PIV)测速度原理以及测量颗粒粒径原理,分析了经过一个激光脉冲时间前后CCD拍摄到的两帧沙粒二维图像,计算了沙粒因旋转而导致的沙粒质心位移与成像中点位移的差别以及不同时刻成像面的大小,导出PIV测量不规则旋转沙粒速度和粒径的测量误差公式。结果表明,PIV测速误差与沙粒速度有关,速度越大测速误差越小,最大测速误差不超过10％,可通过增大激光脉冲时间间隔以减小PIV的测速误差;由于沙粒旋转,使得不同时刻PIV测量到的同一个不规则沙粒的粒径也可能不同,其差别由沙粒形状的不规则程度决定,并指出PIV测量风沙流中不规则沙粒的粒径的可行性与可靠性需要进一步论证。     

中国山区经济发展阶段的理论模型与预测

中国山区经济发展离不开全国经济发展的宏观背景,同时亦受到区域发展阶段性规律的制约,处于不同发展阶段的区域经济有着明显不同的产业结构特征和经济发展驱动力。在探讨区域发展机理的基础上,提出利用时空等价概念模型预测中国山区经济发展趋势与人均GDP变化特征。以模型定量研究为基础,在中国宏观经济发展的大背景下,分析山区未来5年、10年、20年不同时段的经济增长状况：在2005~2006年中国山区人均GDP达到8000元左右,在2010~2011年达到12000元左右;最后,通过对中国山区发展阶段定位,确定山区经济发展阶段转换的时机,并对转换的条件提出政策性建议。