高速公路透风型挡风墙不同位置防风特性的数值模拟研究

应用FLUENT软件对侧风影响下高速公路汽车运行时的气动特性进行了三维稳态数值模拟,研究了透风型挡风墙在不同位置时汽车气动侧向力系数、升力系数及倾覆力矩系数随横摆角变化的特征,并与不设挡风墙的流场特征进行了对比。结果表明,修筑透风型挡风墙能够有效地减弱侧风对小轿车的作用力;同一侧风状态下,透风型挡风墙的不同修筑位置对应不同的汽车的气动侧向力系数、升力系数及倾覆力矩系数。汽车运行速度为120 km·h-1,横摆角为31.0°或36.9°时（侧风风速为20 m·s-1和25 m·s-1）,透风型挡风墙最佳的修筑位置为距离路肩2.1 m,此时的倾覆力矩系数最小;当横摆角为42.0°或46.4°时（侧风风速为30 m·s-1和35 m·s-1）,透风型挡风墙的最佳修筑位置为距离路肩2.4 m。     

铁路挡风墙挡风效果和积沙情况分析

对我国"百里风区"铁路沿线的已有挡风墙在受强侧风作用时避免行进列车倾覆方面的有效性以及挡风墙沿线所存在的积沙问题进行了定量分析,在此基础上,给出了列车车速和挡风墙高度对导致运行列车的某一节车厢倾覆的临界倾覆风速影响的规律以及对沙粒沉积的影响.结果表明.列车运行速度和挡风墙高度对车厢的临界倾覆风速有明显影响,目前在"百里...     

紫色土坡面降雨侵蚀试验研究

坡面水蚀的主要侵蚀动力来自降雨及其产生的地表径流,将坡面水蚀过程分为降雨侵蚀和径流侵蚀,可以从侵蚀动力、侵蚀特征差异与侵蚀规律等方面研究坡面水蚀过程与机理。应用人工模拟降雨及微小区测定技术,以大田紫色土为研究对象,模拟和测定不同雨强与不同坡度条件下降雨侵蚀过程和侵蚀量,揭示以降雨为主要动力的土壤降雨侵蚀特征和规律。研究结果表明：(1)小雨强(＜67．26 mm/h)下,紫色土坡面降雨侵蚀率具有稳定性,随着降雨历时的增加变化微小；大雨强(106．57 mm/h)下,降雨侵蚀率随降雨历时增加呈上下波动；(2)紫色土降雨侵蚀率与降雨强度呈线性相关,随降雨强度增加而直线增加；(3)降雨侵蚀率与坡度符合二次抛物线关系,随坡度的增加出现临界坡度,且临界坡度随雨强的变化而改变。在中小雨强(18．06～67．26 mm/h)条件下,临界坡度SK的变化范围在17°～19°。在大雨强条件下,临界坡度有逐渐增大的趋势；(4)当坡度与雨强共同影响产沙效应时,坡度对降雨侵蚀的影响较小,雨强能掩盖坡度对产沙的贡献。     

基于边坡离心模型试验的砂土表观粘聚力研究

非饱和素砂试样的抗剪强度规律与其完全饱和或完全干燥时不相同。然而,关于含水量对离心试验条件下砂土边坡稳定性影响的研究尚未见任何报道。针对离心试验条件下不同含水量的砂质边坡稳定性的差异性,提出了低含水量砂土的表观粘聚力问题。采用TLJ-150A型土工离心实验机对由福建标准砂组成的含水量或坡角不同的四个边坡模型进行了对比试验,通过数值模拟反演了砂土抗剪强度参数,提出了基于土水特征曲线的砂土表观粘聚力计算公式和离心试验条件下的砂土表观粘聚力计算方法,并通过算例进行了部分验证。试验表明:各边坡模型均呈浅表层崩塌,对应的失稳破坏离心加速度值分别为24.6g(含水量5%,坡角75°)、35.2g(含水量2%,坡角65°)、44.3g(含水量5%,坡角65°)和40.0g(含水量8%,坡角65°);从离心实验结束后的边坡模型中取样进行直剪试验验证了抗剪强度反演值,相对误差不超过13%。研究表明:非饱和砂土抗剪强度的改变是由表观粘聚力引起的,表观粘聚力在一定程度上取决于基质吸力的大小,砂土表观粘聚力最大值与土水特征曲线拟合参数及有效内摩擦角有关。由离心试验获取的砂土表观粘聚力与水体质量、土体含水量和破坏g值成正比,与收缩膜周长和曲率半径成反比。     

高速铁路沿线短时大风预测方法

高速铁路沿线短时大风预测对于保障列车的安全运行至关重要。运行列车振动频率与侧风频率相同时所形成的共振极端情况,极易造成列车倾覆事故。通过分析列车的振动模态与侧风频率,建立了侧风共振简化模型,并运用阻尼振动方法得出列车典型倾覆时间为10 s。通过建立铁路在山丘后方和在三座呈品字形分布的山丘之间两种标准模型,以跃阶函数表示风场来流的变化,用以考察模型对来流变化的响应和地形因素对预测的影响。结果显示：基于格子玻尔兹曼的多观测点的准三维预测方法能够反映流场在变化来流中的响应以及地形对流场的影响。这种方法可能是解决大风预测问题的有效途径,值得深入研究。     

粤北石漠化地区坡地土壤侵蚀模拟试验研究

在粤北山区裸地、草坡地和耕地等3种石漠化土地的坡面上,采用0.3 mm·min-1、0.48 mm·min-1、0.72 mm·min-1、1.08 mm·min-1 4种降雨强度进行了36场人工降雨模拟试验。结果表明,坡面上3种类型石漠化土地的土壤侵蚀特征、强度各不相同。在同一地类上,土壤侵蚀量随降雨过程的进行呈现出波动下降的趋势,且随雨强的增大,土壤侵蚀量亦增大;土壤侵蚀量与雨强之间均呈现极显著的线性相关关系。在任一雨强条件下,都是裸地的土壤侵蚀量最大,耕地次之,草坡地最小。地表覆被对降雨侵蚀产沙过程有重要的抑制作用,大雨强条件下抑制作用尤为突出;而水平沟耕作方式能减少小雨强条件下的土壤侵蚀量,但随着雨强的增大,其影响也随之降低。     

沙坡头地区风沙土的水热状况

对多年监测资料的研究表明:流动风沙土稳定含水量为2%~3%,凋萎湿度为0.54%,相对有效水分多,对植物生长有利。天然植被下的固定风沙土,在35~40cm以下土层水量减少至1%~2%;人工植被下的固定风沙土水分条件更差,在3m深土层,除降雨后的短时间内,0~60cm土层含水量稍高外,无雨时段,3m深土层的含水量是1%~2%,甚至小于1%。这种水分状况导致多年生深根植物逐渐衰退,适应性一年生草本植物侵入。     

自然降雨条件下不同生态措施坡地的径流数值模拟

从动量定理和水量平衡原理出发,以Saint Venant方程为基础推导出自然降雨条件下不同生态措施(即同时考虑变雨强、降雨动量和不同生态措施影响下的坡地径流过程)坡地的径流基本方程。在考虑一般问题定解条件的基础上,采用Preissmann隐式格式对模型进行数值求解。利用3个处理(裸地、百喜草覆盖和百喜草+果树覆盖)、5组实测资料(不同雨型)对模型进行了验证,结果表明3个处理的计算值与实测值的平均相对误差分别为:14.97%、13.59%、15.15%,说明模型的计算结果是可靠的,对于模拟预测自然降雨条件下不同生态措施坡地径流过程是可行的。     

自然降雨条件下不同生态措施坡地的径流数值模拟

从动量定理和水量平衡原理出发,以Saint Venant方程为基础推导出自然降雨条件下不同生态措施(即同时考虑变雨强、降雨动量和不同生态措施影响下的坡地径流过程)坡地的径流基本方程。在考虑一般问题定解条件的基础上,采用Preissmann隐式格式对模型进行数值求解。利用3个处理(裸地、百喜草覆盖和百喜草+果树覆盖)、5组实测资料(不同雨型)对模型进行了验证,结果表明3个处理的计算值与实测值的平均相对误差分别为:14.97%、13.59%、15.15%,说明模型的计算结果是可靠的,对于模拟预测自然降雨条件下不同生态措施坡地径流过程是可行的。     

陇中黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复模式下次降雨产流产沙特征

基于甘肃省清水县汤峪河径流小区2015—2017年的观测数据,研究不同植被恢复模式条件下坡面次降雨入渗、产流产沙特征。结果表明：不同植被恢复模式条件下的土壤入渗量与降雨强度呈二次函数关系,存在入渗量达到最大值的临界降雨强度。入渗速率与降雨历时可以用幂函数关系表达,符合考斯恰可夫入渗模型。不同植被恢复模式条件下的产流率在0.003 3~0.003 6 mm·min^-1之间,相对裸地的减流率为54%~58%。产流率与降雨强度之间呈二次函数关系（R²>0.88）,产流率的主要影响因素是降雨强度。径流含沙量平均值乔灌混合区（3.13 g·L^-1）>灌木林（2.95 g·L^-1）>乔木林（2.79 g·L^-1）>草地（2.58 g·L^-1）,径流含沙量与降雨强度呈线性递增函数关系。裸地的产沙量显著高于各植被小区（P<0.05）,是各植被小区的43~57倍,各植被小区的减沙率在93%~94%之间,减沙效益高于其减流效益。各植被坡面土壤流失量与降雨侵蚀力呈线性递增函数关系;产流率与侵蚀产沙率之间呈极显著正相关关系（P<0.01）,二者间可采用二次函数关系表达。本研究成果可为黄土高原丘陵沟壑区水土保持优化配置提供理论依据。     

粗糙床面风廓线统一对数区的空气动力学粗糙度及其空间变异特征

为了进一步理解粗糙床面阻力效应,减小空气动力学粗糙度测试中的不确定性,依据风沙风洞测试的3类粗糙元（细高粗糙元、孔隙粗糙元和粗矮粗糙元）覆盖的39个粗糙床面在不同自由风速下的风廓线数据,提出了风廓线统一对数区的概念并得出以下结论：粗糙床面风廓线统一对数区范围约在0.1～0.3 h至边界层顶部,空气动力学粗糙度是变应力层内床面对气流阻力效应的垂向平均;在统一对数区内拟合的空气动力学粗糙度的垂向变异分为先增后减型（概率为71%）、减小型（20%）和增加型（9%）等类型,而采用统一对数区的空气动力学粗糙度可以避免垂向变异带来的不确定性;统一对数区的无量纲空气动力学粗糙度随粗糙元密度以幂函数形式增加的特征,进一步表明该指标能更好地表征粗糙床面对气流阻力效应;尾涡流风廓线统一对数区的空气动力学粗糙度约为街流区1~5倍,表明街流区风廓线统一对数区的空气动力学粗糙度是模拟跃移起动更合适的参数。     

高速影像中风沙颗粒灰度和表观粒径的变化特征及对多假设追踪算法的意义

沙粒轨迹形成过程是理解风沙两相流输运力学机制的关键问题。多假设追踪算法通过融合追踪目标的多个信息特征和建立后验概率控制的动态递归算法来实现对目标的准确追踪,其精度可能优于传统的基于位置信息的轨迹追踪算法。基于多假设追踪算法的需要,以沙粒灰度和表观粒径(沙粒在影像上显现的大小)为对象,通过分析沙粒在轨迹形成过程中灰度和表观粒径的辨识度及稳定性来揭示它们作为多假设轨迹算法的特征参数的可能性和可靠性。结果表明:沙粒灰阶25~255,具有多峰分布的特征,表明不同沙粒灰度具有很好的区分度;80%~85%的沙粒在入射、反弹过程及粒-床碰撞后,灰度差在1倍标准偏差之内,表明大多数沙粒的灰度具有相对的稳定性;沙粒的表观粒径分布于77~1 001μm,表明表观粒径具有较好的区分度;97%~100%的沙粒在入射、反弹过程中、77%的沙粒在粒-床碰撞后,表观粒径差均是稳定的(77~154μm);仅有15%~23%的沙粒发生了显著的侧向运动或自旋,表明多数沙粒的灰度和表观粒径的稳定性不受侧向运动或自旋的影响;灰度和表观粒径可以作为多假设追踪算法的重要辨识参数。     

Wind tunnel Study on Aeolian Saltation Dynamics and Mass flow

Aeolian saltation dynamics and mass flows were studied in a wind tunnel. Evaluation of the measured flux rates suggested a new sand transport equation. The theoretical rate data of this equation fitted well with the measured flux rates, as well as with those predicted by other equations reported in literature. Also, an expression was established that predicted accurately the observed roughness heights as well as the roughness data reported in Bagnold (1941). Similarly, the grain-borne drag expression was developed and used to establish the height above the surface at which the grain-borne drag is at equilibrium with the aerodynamic traction.     

A parameterisation for the threshold shear velocity to initiate deflation of dry and wet sediment

A new parameterisation for the threshold shear velocity to initiate deflation of dry and wet particles is presented. It is based on the balance of moments acting on particles at the instant of particle motion. The model hence includes a term for the aerodynamic forces, including the drag force, the lift force and the aerodynamic-moment force, and a term for the interparticle forces. The effect of gravitation is incorporated in both terms. Rather than using an implicit function for the effect of the aerodynamic forces as reported earlier in literature, a constant aerodynamic coefficient was introduced. From consideration of the van der Waals force between two particles, it was further shown that the effect of the interparticle cohesion force between two dry particles on the deflation threshold should be inversely proportional to the particle diameter squared. The interparticle force was further extended to include wet bonding forces. The latter were considered as the sum of capillary forces and adhesive forces. A model that expresses the capillary force as a function of particle diameter squared and the inverse of capillary potential was deduced from consideration of the well-known model of Fisher and the Young–Laplace equation. The adhesive force was assumed to be equal to tensile strength, and a function which is proportional to particle diameter squared and the inverse of the potential due to adhesive forces was derived. By combining the capillary-force model and the adhesive force model, the interparticle force due to wet bonding was simplified and written as a function of particle diameter squared and the inverse of matric potential. The latter was loglinearly related to the gravimetric moisture content, a relationship that is valid in the low-moisture content range that is important in the light of deflation of sediment by wind. By introducing a correction to force the relationship to converge to zero moisture content at oven dryness, the matric potential–moisture content relationship contained only one unknown model parameter, viz. moisture content at −1.5 MPa. Working out the model led to a rather simple parameterisation containing only three coefficients. Two parameters were incorporated in the term that applies to dry sediment and were determined by using experimental data as reported by Iversen and White [Sedimentology 29 (1982) 111]. The third parameter for the wet-sediment part of the model was determined from wind-tunnel experiments on prewetted sand and sandy loam aggregates. The model was validated using data from wind-tunnel experiments on the same but dry sediment, and on data obtained from simulations with the model of Chepil [Soil Sci. Soc. Am. Proc. 20 (1956) 288]. The experiments showed that soil aggregates should be treated as individual particles with a density equal to their bulk density. Furthermore, it was shown that the surface had to dry to a moisture content of about 75% of the moisture content at −1.5 MPa before deflation became sustained. The threshold shear velocities simulated with our model were found to be in good agreement with own observations and with simulations using Chepil's model.     

近50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化

利用1960-2009 年的日降水量资料,采用线性趋势、5 年趋势滑动、IDW 空间插值、Morlet 小波分析、Mann-Kendall 突变检验等方法,对祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的时空变化特征进行了研究。结果表明:不同等级降水日数和降水强度的多年平均在空间上既表现出东西分异,也表现出南北分异;不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势,且自东向西增幅减小,大雨强度的年际变化在绝大部分区域呈增大趋势,其它等级降水强度为部分区域呈增大趋势,部分区域呈减小趋势;小雨、中雨日数的年际变化呈显著增多趋势,大雨日数呈明显增多趋势,暴雨日数呈不明显增多趋势,小雨、大雨强度的年际变化呈不明显减小趋势,中雨、暴雨强度呈不明显增大趋势;不同等级降水日数变化的周期集中在2a、5a、8a、11a、19a,不同等级降水强度变化的周期集中在2a、5a、11a、15a、25a;除小雨强度突变减小外,其它等级降水日数均突变增多,降水强度均突变增大,降水量的增加主要是降水日数的增多造成的,其中小雨、中雨日数的增多贡献最大。     

气流中跃移颗粒的受力分析

气流中颗粒跃移过程中受力分析及其运动机理的研究在发展风沙物理学理论方面具有重要的意义,长期以来,受实验条件和实验手段的限制,关于此方面的认识还不统一,采用高速频闪摄影技术,在计算跃移颗粒各运动参数的基础上,反推出跃移颗粒的阻力系数和升力系数,并将颗粒所受的阻力,升力和重力进行了比较,结果表明,阻力最重要,重力次之,升力也不可忽略,它占重力的２０％以上,利用数值计算方法,得出了颗粒的跃移运动轨迹,与     

海平面上升对长江三角洲和苏北滨海平原海岸侵蚀的可能影响

本区海岸现有30％的岸段为侵蚀海岸,海平面上升将使海岸侵蚀加剧。海平面上升因素在海岸侵蚀诸因素中的比重较国外同类研究结论偏小,这与本区海岸的特殊演变原因有关。海平面上升通过潮流、波浪和风暴潮作用增强,海岸潮滩和湿地损失,岸滩消浪和抗冲能力减小等途径引起海岸侵蚀加剧。其结果是,侵蚀岸段扩大,淤涨岸段减少甚至转为侵蚀,潮间带宽度变窄,坡度加大,从而使沿岸海堤等挡潮工程的标准要相应提高。     

“被高铁”现象的理性分析——以京沪高铁为例

近年来,中国高铁步入快速建设期,而高铁建设的重要目的之一就是客货分流。高铁客运专线的建设大大地提升了客运能力,从而可以释放既有线路的运输能力于货物运输。但是高铁客运的票价也高于既有线路,同时由于普通列车车次的减少,使得居民出行可能要被迫选择票价更高的高铁,这种现象称作“被高铁”。本文对媒体关注的“被高铁”现象进行了理性分析,以京沪高铁沿线城市为例,根据2015年1月1日列车时刻表数据计算出的时间节省的货币成本与小时工资(时间价值)作比较,并结合高铁车次比重,计算了不同城市的居民“被高铁”的可能性。研究发现：①很多“城市对”之间都存在时间节省的货币成本高于小时工资的情况,“被高铁”现象较为普遍;②“被高铁”的可能性在50%左右;③各城市“被高铁”的程度有较大差异,京沪高铁沿线城市的“被高铁程度”整体呈现出“两头低,中段高,长三角相对较低”的特征。研究认为,虽然从目前来看,京沪高铁沿线城市的普通列车班次减少不明显,但如果进行较大幅度调整,很多低收入旅客出行时可能会被迫选择高铁,并将带来负面的社会影响。本文的理性分析可为列车班次的调整方案提供参考。     

高速铁路对中国省际可达性的影响

中国高速铁路网“四纵四横”客运专线规划至2015 年建成,将覆盖所有省会及90%的50 万以上人口城市,高速铁路可达性因此成为近年可达性研究的热点。本文在总结前人研究方法的基础上,运用加权平均旅行时间研究高铁时代中国省际可达性及空间格局。研究结果表明:① 采用传统客运最短旅行时间(含中转及停留)数据得到的省际可达性呈中心—外围模式,以郑州—武汉为中心,其他省份按“距离衰减规律”成为圈层式阶梯状空间格局;② 高速铁路建设带来省际联系时间缩短、可达性最优区域大幅增加等“高铁效应”,空间结构仍以武汉—郑州为中心呈现中心—外围模式;③ 高铁运营使省际可达性均衡化,可达性变化幅度在空间上呈中间凹四周高的“碗形”特点,位于客运铁路网络中心附近的省份变化幅度较小,外围地区如云南、福建等省可达性变化幅度较大。