江心洲头部冲淤动力临界特性

不同流量级下,分汊河段进口主流摆动导致江心洲头部的平面冲淤分布呈现出复杂变化特征。为探究江心洲头部冲淤与来流过程之间的响应关系,借助长江中下游多个分汊河段内水沙、地形资料,对江心洲头部水动力特征实施了数值模拟,并对不同流量级下的河床变形强度进行综合比较。研究表明:江心洲头部低滩的冲淤动力随着流量涨落呈现出明显的临界特性,冲淤过程中存在大、小两个临界流量Q₁与Q₂,在介于两个临界流量之间的流量级持续作用下,洲头低滩发生冲刷;流量大于Q₁或小于Q₂时,洲头低滩表现为淤积。由于不同流量级造成的冲淤效果不同,因而水文过程中各级流量的持续时间,是影响洲头低滩年内、年际变形的主要因素。     

出渗对均匀大粒径泥沙附近水动力特性影响

为探讨出渗对均匀大粒径泥沙颗粒周围水流特性的影响,基于粒子图像测速技术（PIV）对出渗影响下的均匀大粒径泥沙颗粒群周围水流结构进行测量,并对不同出渗强度下颗粒群周围立面二维流场结构进行了分析。试验结果表明:出渗能够减小颗粒群周围原水流运动方向的流速,而增大垂直向上的流速,且两者均随着出渗强度的增强而对流速的影响愈加明显;根据实测数据,拟合出考虑出渗影响下的均匀大粒径泥沙周围纵向流速分布公式,相关性较好;出渗能增强颗粒群附近的紊动强度,加剧周围水体的能量耗散;随着出渗强度的增强,颗粒群周围的涡量值随之减小。     

三峡水库调节作用对长江近河口段水文水动力特性影响

为了评估三峡水库蓄水对长江感潮河段水文水动力特性的影响,建立了具有预测功能的水动力模型。考虑径流与潮流之间的相互作用,模型在只有上边界流量过程的条件下可以给出下边界的潮位过程。在此基础上应用一维河网非恒定流数学模型,对三峡水库蓄水前后长江近河口段大通—徐六泾的水流运动进行了10年的数值模拟。统计分析结果表明,水库调蓄作用对感潮河段各站的潮位累积频率及水文水动力因素的年内过程变化影响甚大。     

大凌河口水动力数值模拟分析

采用大凌河实测长系列河道径流及水下地形等数据, 通过建立水动力数值模型, 综合考虑潮流和河道径流的影响, 对大凌河口的潮流进行模拟, 探讨大凌河口及辽东湾北部海域水动力过程的主要特征. 结果表明: 大凌河口附近海域的海流以潮流为主, 具有明显的往复性质. 潮流总的运动趋势是, 涨潮主流向为北东, 落潮主流向为南西. 大潮流速大于小潮流速, 涨潮流历时与落潮流历时几乎相当. 最大涨潮流速约为0.52 m/s, 最大落潮流速约为0.4 m/s, 潮流涨落平均潮流强度的分布大体和该海域等深线相适应.     

组合切削具产生的预破碎区对钻进效果的影响

从组合切削具将在岩石中产生预破碎区的论点出发,通过实验定量研究了预破碎区深度与掏槽刃切入深度的关系,得出了预破碎区有利于降低岩石强度及岩石破碎能耗的结论,并用生产试验结果进行了验证。提出了孕镶金刚石钻头钻进Ⅶ～Ⅷ级硬岩时仍存在预破碎区和切削、微切削破岩方式,以及预破碎区并非越大越好的学术观点。     

磨刀门水道枯季水动力特性分析

根据2009年12月1025日磨刀门水道上至竹银下至口门近半月的同步实测水文资料,对该水道在大、中、小潮下表、中、底层的水动力特性进行了分析和探讨。结果显示,枯季磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大,即使大潮时该水道总体表层涨落潮平均流速分别仅为0.5m/s和0.76m/s;水动力特性一般呈现:表层落潮流速显著大于涨潮流速,底层涨、落潮流速相差不大的规律;表底层涨落潮流速一般呈现随潮型增大而增大的趋势;表层涨潮历时小于落潮历时,底层涨潮历时大于落潮历时;实测结果显示,包括口门及上游河道范围内的表、底层流速出现相反的现象,时段一般出现在经过第一个长时间的落潮流之后的第二个较短落潮时间段内,且沿水深方向的转流点更为靠近表层。     

四川绵竹走马岭特大泥石流动力特性的数值分析

针对绵竹市走马岭沟特大泥石流灾害及防治工程,采用基于有限体积法的CFD软件CFX,对泥石流流体采用宾汉体模型,建立三维几何模型,确定泥石流的初始条件和边界条件,建立控制方程,采用合理的控制参数等,模拟计算了走马岭泥石流的速度、压力、泥深等流场数据。然后将数值计算得出的流场数据导入有限元软件ANSYS中进行流固耦合计算,从而得出泥石流的流场对拦砂坝的作用力,以及拦砂坝在泥石流作用下的应力应变、安全系数等情况,为泥石流的相关研究工作提供一些参考。     

破碎泥岩注浆结石体动力特性的SHPB试验及其数值模拟研究

通过简化控制注浆模仿过程制备注浆结石体试样,借助分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置,开展了不同注浆含量比及含水状态条件下破碎泥岩注浆结石体的动力特性研究,同时利用有限元软件Ansys/LS-Dyna对SHPB试验过程进行了数值模拟,对比分析数值模拟与试验实测结果的相似性。试验结果显示,注浆含量比变化对试样的动态力学性能有较大的影响,只有在泥岩破碎程度适中、浆液具备较好压注条件时注浆效果才能达到最佳;在相同含量比条件下,含水率变化对试样动态力学性也有较大影响,试样含水率越高,其峰值强度及弹性模量普遍越小。数值模拟得到的应力-应变曲线与实测的应力-应变曲线具有较好的吻合效果;对HJC模型参数选取的合理性分析表明,模型参数A和B与动态峰值应力之间有较强的关联性,其值随着强度的增长有不断增加的趋势。     

轻非水相液体污染源区结构的影响因素数值分析

轻非水相液体（light non-aqueous phase liquid,LNPAL）在地下介质中的运移分布与残余捕获受多种因素影响和控制。LNAPL污染场地概念模型中一般视LNAPL从地表泄漏后穿过包气带至潜水面。然而地下介质的非均质性与包气带含水量的空间变异分布可形成复杂的LNAPL污染源区结构,LNAPL可能无法到达潜水面,而在毛细水带蓄积。文章基于数值模型综合分析了LNAPL泄漏量、介质非均质性与含水量空间变异分布、潜水面周期性变化等多种因素对LNAPL污染源区结构的影响。研究表明:（1）当泄漏量较大时,LNAPL可运移至潜水面;（2）当泄漏量较小时,对于上粗下细的层状非均质条件,LNAPL可能在毛细水带边缘发生蓄积,无法到达潜水面;（3）包气带中黏土透镜体并非都是LNAPL运移的阻碍,LNAPL可以穿透低含水量的黏土透镜体,只有高含水量的黏土透镜体才对LNAPL的入渗有阻碍作用;（4）潜水面周期性变化将导致污染范围扩大。     

冲击荷载引起的颗粒破碎对钙质砂液化特性的影响

钙质砂具有孔隙率高、强度低、易破碎的特点。同时,钙质砂在波浪和地震等振动荷载的作用下,也具有发生液化的可能性。为探究钙质砂颗粒破碎与抗液化强度的关系,对南海永兴岛的钙质砂开展了三轴试验研究工作。首先,利用小型手动冲击装置对钙质砂进行破碎处理,获取了不同相对破碎率(Br)的试样,然后利用多功能动三轴仪分别对原始试样和不同破碎程度的试样进行了液化试验。结果表明：在相同围压和密实度条件下,钙质砂的抗液化强度(CRR)随着Br的增大而降低,但降低速率会随着Br的增大而减小。另一方面,相对密实度的增大会削弱颗粒破碎对钙质砂抗液化能力的影响。最后,为了定量评价颗粒破碎对钙质砂抗液化强度的影响,建立了Br-CRR的数学关系。     

考虑渗流效应的冲流带泥沙起动机理研究

为揭示内部渗流对海岸冲流带泥沙起动的影响,系统地开展了斜坡海床冲流特性与泥沙起动机理研究。通过室内水槽开展了孤立波在可渗透和不可渗透斜坡海床上的冲流试验,测试了冲流过程中波高、波速等变化规律;建立了渗透海床冲流数值模型并通过试验结果进行验证;深入分析了床面渗流对其波浪流场动态特征以及床面泥沙起动的影响机理。研究表明,床面渗流作用加剧波浪的不对称性,在波浪上冲过程中因床面强入渗作用而增大了床面切应力;回流过程因入渗所造成流量损失而导致床面切应力减小。床面渗流引起床面颗粒有效重度和切应力变化而导致泥沙希尔兹数大大增加,加剧了泥沙起动现象,且床面切应力改变是引起泥沙希尔兹数变化的主要因素。     

Characteristics of sediment in transport in the swash zone of a steep estuarine foreshore

Cross‐shore grading of sediment has been observed on the surface of estuarine beaches but the swash zone processes responsible for this grading have not been measured. This study was conducted to provide an explanation for the cross‐shore grading of sediment on a predominantly sandy estuarine foreshore. Data on wave and swash characteristics and sediment trapped in the uprush and backwash during 25 swash events were gathered from mid‐rising to mid‐falling tide on a small transgressive barrier in Delaware Bay, New Jersey, USA. Sediment is predominantly quartz and feldspar, medium to coarse sands with a gravel fraction of granules and pebbles. Wave energies increased with tidal rise. The percentage of gravel in transport in the uprush and backwash is similar (11% and 13%) during the rising tide when the swash zone is at mid‐foreshore, decreases in the uprush (9%) and increases in the backwash (18%) when the swash zone is on the upper foreshore. When the swash zone is at mid‐foreshore on the falling tide, the quantity of gravel in the backwash (30%) is greater than in the uprush (24%). The low proportion of gravel within the foreshore prior to trapping, and the increase in the percentage of gravel when the waves and swash are on the upper foreshore, suggests that the step is the primary source of gravel high on the foreshore. The size of the step increases as wave heights increase with tidal rise. The rate of delivery of gravel into the swash is enhanced by sediment entrained during wave breaking and interaction of the uprush with the previous backwash. The lag in the rate of step migration relative to breaker migration during the falling tide increases the likelihood of mining gravel from the step and subsequent transport in the uprush and backwash. These findings are important for low energy estuarine beaches sensitive to small changes in tidal range and wave energy that cause sedimentological change across the foreshore.     

行波激励下防波堤地震动力响应分析

考虑到行波效应对防波堤地震动力响应的影响,建立了基于弹塑性本构的防波堤-地基系统三维有限元模型。分析中考虑了结构间的动态接触作用,并采用基于接触负载均衡的显式并行计算方法,解决了大规模非线性有限元问题的求解困难。计算给出了不同视波速下行波效应对防波堤挡浪墙沉降、防波堤残余变形以及挡浪墙截面弯矩的影响程度及规律。结果表明：挡浪墙震后沉降随视波速增大而增大,并逐步逼近一致激励响应;行波效应对防波堤残余变形模式几乎没有影响,行波激励与一直激励下所得的残余变形模式基本一致,横波地震动输入下引起的震后残余变形要大于纵波输入下的残余变形;多数情况下,行波激励下的挡浪墙弯矩会比相应的一致激励下的响应大。分析方法及结果为防波堤三维整体抗震设计提供了参考。     

复合加载下软基上半圆堤结构稳定性分析

半圆堤是适用于软土地基的一种轻型重力式的新型防波堤结构,复合加载模式下软基上半圆堤的稳定性计算和结构破坏模式尚需建立合理的分析和计算方法。将加载模式与软基上大型海岸结构稳定性分析的有限元模拟方法相结合,同时考虑半圆堤在不同荷载组合时可能发生沿底板或抛石基床底部的滑动破坏及地基竖向承载力破坏,建立了复合加载模式下软基上半圆堤的稳定性分析方法,得出了结构的稳定性破坏模式和破坏包络线（面）,并分析了箱内填砂量、抛石基床宽度及地基加固深度对半圆堤稳定性的影响。计算结果表明：半圆堤结构在复合荷载作用的破坏包络线（面）均由一定区域的结构滑移破坏面和地基承载力破坏线（面）组成,并将整个荷载组合区分成4个区域：稳定区、只发生滑移破坏区、只发生地基承载力破坏区和同时发生滑移和地基承载力破坏区;荷载与位移组合加载模式得到的地基承载力破坏包络线位于Swipe加载方式得到的破坏包络线之外,但对每种加载方式得到的地基承载力破坏包络线变化趋势基本一致;随着箱内填砂高度的增加沿沉箱底部和抛石基床底部的抗滑安全系数均增加,但地基承载力安全系数减小;随着抛石基床宽度或地基加固深度的增加,地基承载力安全系数明显增大。     

Effect of a submerged bay-mouth breakwater on tsunami behavior analyzed by 2D/3D hybrid model simulation

The hybrid numerical model had been developed to simulate a complicated 3D flow around structures generated by tsunami. In the model, the conventional 2D model is adopted for the wide region far from structures and the 3D non-hydrostatic pressure model is used in the limited region adjacent to structures. The applicability of the model is shown by comparisons of the numerical results with the experimental results of the laboratory model tests and the numerical analysis results of the conventional whole 2D simulation. In addition, the effect of a submerged structure at the opening of a breakwater is discussed from the numerical simulations by the hybrid model. The submerged structure improves the stability of the rubble mound and reduces the tsunami inflow into the bay, while it increases the water surface velocity around the opening of the breakwater. The increase of surface velocity causes the increases of impulsive forces by collision with drafts and so on.     

加筋垫层土工织物中应力现场测试分析

如何测定加筋垫层中土工织物中的应力,对于研究土工织物的加筋效果是非常重要的,也是目前工程中急待解决的问题,也是非常困难的课题。结合实际工程,介绍了某防波堤土工织物加筋垫层现场应力测试中的仪器布置、埋设方法和测试结果。分析防波堤堤基土工织物拉应力分布大小、特点以及与堤底地基的沉降关系。实测结果表明,拉应力发挥水平远低于设计拉力值,这对土工织物加筋垫层稳定分析中如何考虑拉应力大小提出了新的问题。     

港珠澳大桥人工岛对水沙动力环境的影响

为了评估港珠澳大桥人工岛建设对周边海区水沙动力环境的影响,针对人工岛设计及工程海区水沙特性,建立了整体潮流泥沙物理模型,系统研究了人工岛建设引起的动力地貌演变效应。试验结果表明,受岛体阻水影响,潮流在人工岛两端分别形成双向绕流,流速明显增大,并在岛桥结合部与岛隧结合部发育局部冲刷坑;人工岛背水面同时存在多个大小不一的强紊动小尺度回流,并具有不断形成、发育、发展到消亡的周期性变化过程。受人工岛自身位置、形态、尺度以及工程海区地形、水流、泥沙等因素影响,港珠澳大桥东、西两个人工岛引起的动力地貌演变效应,既在变化规律上具有较好的一致性,又在影响形式与程度上存在明显的差异性。     

侧压系数对圆孔周边松动区破坏模式影响的数值试验研究

利用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,对岩体中的圆孔周边的变形及非线性渐进破坏特征、巷道周边关键部位的应力变化进行了分析,研究了应力场中侧压力系数对围岩应力场分布的影响。研究指出,侧压系数 对应力场分布及圆孔周边松动区的破坏特征起决定作用。当 ≤1时,顶板的塑性区和卸压范围较大,但顶板挠度却较小;当 时,顶板的塑性区和卸压范围较小,但顶板挠度却较大。对于进一步深入理解深部岩体中巷道破坏失稳机制并采取有效的加固措施等具有重要的理论和实践意义。     

倒T型导管墙桩基防波堤稳定性简化计算方法

倒T型导管墙桩基防波堤是一种重力式和桩基式混合而成的新型防波堤,具有复杂的承载机制和破坏模式。建立倒T型导管墙桩基防波堤稳定性分析的三维弹塑性有限元模型,分析极限状态下结构的位移场分布,得出其失稳模式为绕底板下且偏离桩基轴线一定距离的某点发生转动失稳。结合有限元法和极限平衡法,建立该新型防波堤的抗滑稳定性、抗倾稳定性计算的简化方法。与有限元计算结果的比较表明,建立的简化计算方法是可靠的。     

水位波动下包气带透镜体影响LNAPL迁移的数值模拟研究

轻质非水相液体（LNAPLs）在土壤包气带中具有多相态特征,非均质性、地下水位波动等因素将显著增加包气带内LNAPLs污染的复杂程度。已有研究多关注于揭示包气带内自由相LNAPLs的污染过程,少有更为深入地探究水位波动时非均质结构对LNAPLs迁移及各相态分布规律的影响。基于TOUGH2程序构建包气带多相流数值模型,以揭示透镜体结构与地下水位波动共同作用下LNAPLs迁移过程及相态分布。研究结果表明：（1）含水率变化是LNAPLs迁移分布的主要控制因素,包气带内受透镜体介质岩性、水位波动影响所呈现的含水率变化直接控制LNAPLs迁移规律及分布特征;（2）水位恒定时,细砂透镜体使LNAPL呈“蓄积穿透-横向扩展-绕流”迁移,粗砂透镜体则是LNAPL垂向迁移的“优势通道”,水位波动引起的细砂透镜体含水率变化使“绕流”显著增强,粗砂透镜体则进一步呈现“优势空间”作用;（3）水位恒定时,细砂透镜体模型中LNAPL滞留于透镜体内部,粗砂模型中LNAPL则集中于透镜体下方,水位波动下透镜体附近LNAPL分布范围扩展,两模型LNAPL分布面积较水位恒定时分别增大51%、63%;（4）两模型中LNAPL挥发通量均呈“先减小-后增大”规律,并受LNAPL-气体接触条件及LNAPL分布状况共同作用,水位波动打破三相平衡状态,主要表现为水位抬升阶段LNAPL挥发增强,此时两模型中平均挥发量较水位恒定时增大124%～126%。研究为非均质石油污染场地中的LNAPL污染过程认识提供了科学的理论依据。