地表过程研究进展与趋势

地表过程复杂多样、涉及广泛。针对当前地表过程研究现状,从地球系统科学和全球变化的视角讨论了与地表过程相关的一些概念及研究内涵。在分析单要素地表过程和多要素地表过程的基础上,从研究内容的综合性、多国合作的国际性、针对区域突出问题的区域性、以过程变化为核心的动态性及研究方法的多样性等方面论述了地表过程研究的特点,总结性地给出了国内外研究的总体趋势。在上述分析基础上,进一步从国际科学发展趋势、国家需要和信息、技术等方面分析了中国地表过程研究所面临的机遇;从多学科交叉、自然与人文过程的定量与有机耦合等方面讨论了地表过程研究所面临的挑战。     

钎焊金刚石钻头制造过程热动力学仿真

本文以钎焊金刚石钻头为研究对象,对它在高温钎焊炉中的生产升温过程和降温冷却成型过程热动力学理论进行了分析总结,对整个实体模型从钎焊炉中取出后的降温冷却过程进行了数值仿真模拟。分析了钎焊金刚石钻头及石墨模具装配体降温过程的温度场,及其对钎焊钻头应力场的影响,分析了石墨心模与钎焊金刚石钻头之间的应力,并把仿真数据与解析解理论计算值进行比较,验证了钎焊金刚石钻头降温冷却过程数值仿真与理论解析值具有较好的一致性。     

基于ArcGIS和DEM在水文流域模拟中的应用

利用ArcGIS软件中的水文分析工具,在DEM表面之上再现水流的流动过程,最终完成水文分析过程。列举实例对ArcGIS与DEM数据进行提取河网、河网分级、生成流域边界等水文分析工作,对形成的水文模型与真实地形进行比较和分析误差。实验结果表明模拟出的河网与水利部门提供的地形资料基本相符,后续研究可利用更高质量的DEM影像进行提取。     

脆性岩石破坏的能量跌落系数研究

从能量角度出发,分析了脆性岩石的整个变形破坏过程。列举出岩石破坏过程的各种能量类型并对其分类,通过分析机械能和热能在岩石破坏过程中的不同影响,提出了用能量法分析岩石破坏过程必须区分热能与机械能。根据循环加、卸载曲线讨论了在岩石变形破坏的不同阶段输入的机械能?W与可释放应变能增量e?U以及耗散能增量d?U之间的关系及变化规律。分析了应力脆性跌落系数存在的不足,提出了一个新的表征岩石破坏的参量,即脆性岩石的能量跌落系数。对不同围压下大理岩和花岗岩破坏过程的应力-应变曲线分析计算,得到了能量跌落系数与围压的关系,以及损伤程度和泊松比对其影响。并通过与现有的应力脆性跌落系数进行对比,说明了本模型的合理性,并认为用其描述岩石的脆性程度在更广泛的围压条件下的适用性。     

大尺度水文模型参数不确定性分析的挑战与综合研究框架

水文模型是对自然界复杂水文现象与过程的一种综合近似描述,在水旱灾害防治、水资源管理与开发利用等方面应用广泛。本文分析了大尺度水文模型应用的难点,总结了参数不确定性研究的主要进展,介绍了参数不确定性分析框架“敏感性分析—参数优化—参数区域化”(SOR)的基本概念、重要性与应用情况。论文基于已有认识,建议在水文建模优化过程中引入更全面的参数不确定性分析SOR框架,并加强新一代分布式水文模型与更加成熟的水文气象数据观测系统的开发,以减少来自模型结构与模型驱动数据的不确定性,提高全球变化背景下大尺度水文模型水循环过程模拟和预测的准确性。     

边坡失效概率估计的高斯过程动态响应面法

针对传统响应面法在求解具有高度非线性隐式功能函数边坡可靠性问题上的局限性,采用适用于处理高维度、小样本、非线性回归问题的高斯过程回归模型构建隐式功能函数的响应面,将高斯过程响应面与蒙特卡罗模拟法相结合,通过构造合理的迭代方式,在利用高斯过程回归模型的不确定性评价功能获取最优采样点的基础上,实现了高斯过程响应面动态更新,由此提出了边坡失效概率快速估计的高斯过程动态响应面法。利用数值算例验证了该方法的有效性,在此基础上对3个边坡算例进行了可靠性分析。结果表明,与传统响应面法相比较,该方法计算精度与计算效率明显较高,易于与既有的边坡分析软件相结合,且实现容易,适用于边坡可靠性的快速分析。     

沉积盆地动力学与模拟研究

沉积盆地动力学过程与模拟研究是当前地球科学研究的前沿领域。盆地形成演化的动力学机制、盆地沉积充填过程与模拟、盆地规模的流体动力学等方面的研究近年来取得了重要进展。从定性的静态描述分析转向定量的动态过程研究是当前盆地动力学研究的主要发展趋势。盆地形成机制研究在深部过程控制、多重机制联合作用、幕式裂陷和反转过程等方面取得显著进展。前陆盆地构造—充填过程和模拟、构造活动盆地层序地层学、盆地充填过程分析与模拟等研究代表了盆地充填动力学研究的最新成果。盆地流体过程和模拟是当前的一个研究热点,盆地流体的识别、追踪和盆地规模的流体动力学分析与模拟获得突出性进展。     

承压水底板突水失稳过程的数值模型初探

利用自行开发的岩石破裂过程渗流与应力耦合分析系统F-RFPA2D,对承压水底板破裂失稳过程进行了数值模拟。在这个数值模型中,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现。根据模拟结果,分析了承压水底板失稳的机理,对承压水底板的突水部位的预测进行了探讨。得出了与实际基本一致的结果,说明了F-RFPA2D作为一种新的数值模拟方法,可以用来研究承压水底板突水问题。      

塔里木盆地高频波识别及其意义

以测井资料为纽带,把小波分析与米兰柯维奇旋回结合起来,实现了地层持续时间的精确确定,进而计算了研究层段的沉积速率。利用滑动窗口和小波分析的方法找到了控制和影响盆地沉积演化的两种高频波动过程,高频波的识别为波动过程与层序地层学、与储盖组合的结合奠定了基础,提高了与波动分析有关的各项研究的精度,为其在生产实践中的应用开辟了道路.     

沉积波动过程分析在地层层序分析中的应用--以塔里木盆地为例

沉积波动过程是地壳波状运动的具体表现,它是各种天文因素、地质因素共同作用的结果,沉积波动过程的时空演化控制着地层层序的时空展布特点。在介绍沉积波动过程分析概念、技术思路、工作方法的基础上,利用沉积波动曲线在剖面上的预测功能及对沉积－剥蚀过程起止时间、不整合的研究成果,分析了塔里木盆地震旦系至第四系各主要构造层的地层展布特征,并对其形成过程及成因进行了分析,在理论和方法研究方面,试图将沉积波动特征的研究与层序地层学的研究结合起来,提出了地层格架－沉积波动特征连井对比图的概念和编制方法,该类图件能直观地反映多期不整合的存在及不整合间断的时间,并能直观地反映各层序的时空分布,而且能够解释地层格架的形成过程,进而进行成因分析,是沉积波动过程分析方法与层序地层学结合的一种具体、有益的偿试。     

深基坑施工变形预测VAR建模与应用分析

在实际施工过程中,基坑变形发展与多种因素有关,很难用力学模型进行定量分析,而根据已有的监测数据建立模型预测未来一段时间内的变形发展趋势,进而对当前施工方案进行评价、调整,方法更可靠。首先,分析深基坑施工实际监测数据的发展规律,由经济预向量自回归测VAR模型（vector auto regression,VAR）建立基坑施工变形预测VAR模型,并结合监测数据进行模型精度评价和预测比分析。根据分析结果,模型精度排序为：VAR模型＞新陈代谢模型＞神经网络模型＞GM(1, 1)模型,模型预测比排序为：VAR模型＞新陈代谢模型＞神经网络模型＞GM(1, 1)模型。     

土石混合体填筑路堤中的非线性蠕变模型探析

针对土石混合体填筑路堤工后沉降的非线性蠕变特性,提出了一种能考虑材料非线性黏弹性变形的蠕变模型。基于目前对土石混合体蠕变机理研究,将路堤工后的蠕变沉降部分考虑为非线性的衰减蠕变过程,建立了修正的Kelvin模型、广义修正模型,且得到了模型参数的识别方法;通过对修正模型分析表明,非线性常数取值对蠕变曲线变化有较大影响,修正模型的蠕变长期应变值比Kelvin模型要小;结合相关文献中对土石体填料的蠕变试验研究资料,用修正Kelvin模型对试验结果进行拟合,并对参数进行了反演,反演效果良好。修正模型的建立可为编制非线性黏弹性数值计算软件提供理论基础。     

Simulation of groundwater flow in fractured rocks using a coupled model based on the method of domain decomposition

Groundwater flow in fractured rocks is modeled using a coupled model based on the domain decomposition method. In the model, the fractured porous medium is divided into two non-overlapping sub-domains. One is the rock matrix, in which the medium is described using a continuum model. The other consists of deep fractures and fissure zones, where the medium is described using a discrete fracture network (DFN) model. The two models are coupled through the continuity of the hydraulic heads and fluxes on the common boundaries. The coupled model is used to simulate groundwater flow in a hydropower station. The results show that the model simulates groundwater levels that are in agreement with the measured groundwater levels. Furthermore, the model’s parameters relating to deep fractures and fissure zones are verified by comparing three different models (the continuum model, coupled model, and DFN model). The results show that the coupled model can capture and duplicate the hydrogeological conditions in the study domain, whereas the continuum model overestimates and the DFN model underestimates the measured hydraulic heads. A sensitivity analysis shows that fracture aperture has a considerable effect on the groundwater level. So, when the fracture aperture is large, the coupled model or DFN model is more appropriate than the continuum model in the fracture domain.     

强度折减有限元法中锚杆计算模型研究

针对目前岩土工程中锚杆数值模型存在的局限性,受商用软件中锚杆强度模型的启发而提出了一种适用于强度折减有限元法的锚杆强度模型,并建议了考虑锚杆强度折减的强度折减方法,研制了相应程序。该模型应用于岩坡锚固计算,计算结果说明了模型的有效性;应用于土质边坡稳定性评估计算,结果表明模型方便可行。     

基于旁压试验土体弹塑性本构模型初探

在大量旁压试验数据分析的基础上,通过曲线拟合,建立了旁压试验弹塑性阶段曲线的椭圆方程,利用土体SMP屈服准则和Rowe流动法则,推导出土体塑性阶段应力增量与应变增量间关系矩阵。在弹性阶段,假设土体应力-应变服从广义虎克定律,建立了基于旁压试验的土体弹塑性本构模型。编制了相应的计算程序,将文中模型计算结果与实际旁压试验曲线进行对比,初步验证了模型的正确性。将本构模型编译为ABAQUS自定义材料子程序UMAT,通过有限元对比分析,文中模型计算变形较弹性模型小,较摩尔-库仑模型大,与模型建立的假设一致。基于旁压试验的土体弹塑性本构模型参数少,且易于获取,便于在实际工程中应用。     

上海地区基坑开挖数值分析中土体 HS-Small模型参数的研究

数值分析方法已成为分析敏感环境下基坑开挖对环境影响的最重要手段,其关键是选择合适的土体本构模型和计算参数。HS-Small模型可以同时考虑土体剪切硬化和压缩硬化,而且还可以考虑土体剪切模量在微小应变范围内随应变衰减的行为,因此,HS-Small模型在基坑开挖数值分析中具有很好的适用性。但HS-Small模型的参数较多,不仅包含了HS模型的参数,还包含了小应变参数,因此,获取完整的HS-Small模型参数存在一定困难。通过上海地区5个基坑开挖数值分析的实例对基于室内试验得出的上海典型土层HS模型参数进行了检验。通过参数的敏感性分析,对HS-Small模型的部分参数的确定方法进行了修正。在此基础上,采用反分析法确定了敏感性最强的小应变参数,从而初步完整地获取了上海典型土层土体HS-Small模型参数。采用文中确定的上海典型土层HS-Small模型参数对该地区若干典型基坑工程实例进行计算,结果表明,计算值与实测值吻合得较好,从而验证了确定的上海典型土层HS-Small模型参数的适用性。     

3D GIS支持下盐腔围岩三维计算模型的生成

目前盐腔围岩蠕变模拟中计算网格生成多是理想化的,并没有充分利用真实探测数据。针对这些问题,提出了一种新的三维计算模型生成方法。借助HalfEdge数据结构,基于研究区域边界、DEM（digital element model,数字高程模型）和钻井数据,构建了研究区域地层三维模型;基于声纳测腔数据构建了盐腔三维模型,并对其进行了拓扑检查与修正;将地层三维模型与盐腔三维模型进行三维空间布尔运算,获取盐腔围岩三维模型;通过对该模型进行三维空间网格离散,得到盐腔围岩四面体网格单元,即数值模拟计算模型。通过该方法构建的三维计算模型,可以为后期盐腔围岩蠕变数值模拟过程提供有效的计算网格,进而可以为盐腔的建造,尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。     

矿石体重不同分析方法的对比探讨——以长山锌金多金属矿床为例

矿石体重的准确获取,对降低矿床储量计算误差十分重要.文章以长山锌金多金属矿为例,建立矿石体重与Cu、Pb、Zn、S等元素之间的数学模型.首先探讨矿石体重和元素之间的数学关系,并证明当矿石中有多种硫化物建立回归模型时,不需要对全硫进行扣减;在此基础上,分别建立2种多元线性回归模型和1种神经网络模型,并对3种模型拟合精度进...     

层状边坡各向异性岩体渗流-应力耦合模型及工程应用

岩体渗流-应力耦合作用的研究是国内岩体渗流领域研究的热点问题,该问题在层状边坡工程中尤为常见。考虑到层状边坡岩体普遍存在的各向异性特征及渗流-应力耦合问题,基于等效连续介质模型和Louis经验公式,建立了层状边坡各向异性岩体渗流-应力耦合模型,应用COMSOL多物理场耦合软件对模型进行了数值计算。结果表明：该模型能够反映层状边坡岩体的各向异性变形及地下水渗流的非均匀性和各向异性特征。依托抚顺西露天矿南帮工程实例,通过采用不同的模型进行对比分析,研究了该边坡E800剖面地下水渗流情况。结果表明：采用该模型计算的潜水面与实际情况吻合较好,显示了该模型在层状边坡工程中良好的应用前景。     

地下水管理模型响应矩阵法应用中的局限性

地下水管理模型的响应矩阵法在应用上存在一定局限性,不少城市不具备模型应用要求的各种条件,使模型结论与实际情况不符,作者认为这是目前国内管理模型应用进展迟缓的原因之一。文章结合我国国情提出地下水管理模型,资源预报模型与模拟模型三位一体“广义地下水管理模型”新概念。使地下水管理与我国生产上最关心的问题“地下水优化最大可采量”紧密结合在一起．