河道非平稳流的内摩阻损失

洪水波在运动中不变形,则没有内摩阻损失,即所谓运动波。波体在传统途中变形,则有加速项或惯性力,内摩阻力等于惯性力。动量没有内摩阻损失,能量有内耗,故在非平稳流情况下,动量方程要比能量方程多一项惯性波。     

渗透系数极端情况下饱和土中压缩波波速及其物理本质

目前对渗透系数取极端值情况下饱和土中两类压缩波物理本质的理解尚不够清晰,比如文献中对渗透系数无穷大情况下饱和土中两类压缩波波速的求解有不同的结果。结合Zienkiewicz给出的土动力学基本方程,深入讨论了流体运动方程的建立,推导了饱和土一维压缩弹性问题的动力控制方程及其 - 、 - 形式,进而得出渗透系数取0和取无穷大这两种极端情况下饱和土中压缩波的波速,解释了其物理意义。提出了惯性耦合力的概念,指出两相体动力分析时土骨架和孔隙水之间的相互作用包含渗透力和惯性耦合力两项,并重点讨论了衡量惯性耦合力的参数孔隙度对压缩波波速的影响。     

非饱和土中Rayleigh波的传播特性分析

基于对非饱和多孔介质的研究成果,考虑孔隙中液相和气相的相互影响,研究了非饱和土地基中Rayleigh波的传播特性。通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理,建立了问题的弹性波动方程。通过引入势函数及考虑自由透水（透气）的边界条件,经过理论推导给出了非饱和土中Rayleigh波的弥散特征方程。通过数值算例分析了Rayleigh波的波速和衰减系数随饱和度、频率和固有渗透系数等因素的变化规律。结果表明：不同饱和度下波速随频率和固有渗透系数的变化均是先不变,然后小幅下降,再急剧增加,最后趋于一致;衰减系数在不同饱和度下随频率的增大而增大,随固有渗透系数的增大而先增大后减小。     

Muskingum法及其分段连续演算的若干理论探讨

根据水力学原理和洪水波运动理论,通过对Muskingum法的关键参数X与特征河长、扩散波动力方程和运动波数值扩散之间关系的分析,给出了X更为全面的物理解释;证明了Muskin gum法槽蓄方程是扩散波动力方程近似的表达;指出了Muskingum法演算公式在一定条件下是扩散波方程的二阶精度解。讨论了Muskingum法的使用条件和分段连续演算的必要性;应用Z 变换方法导出了Muskingum法的分段连续演算的汇流系数公式。     

窄缝热浮力射流影响因素的数值模拟

对流动控制方程即连续方程、动量方程和能量方程进行坐标转化,将带有自由表面和不平坦底面的不规则物理区域转变为规则的矩形计算区域.应用大涡模拟Smagorinsky模型对控制方程进行模化,根据破裂算子法将动量方程和能量方程分解成对流、扩散和传播三步进行顺序求解.利用该模型对静止和规则波环境下二维窄缝热浮力射流进行数值模拟,比较了两种环境下速度场、温度场、轴线速度衰减规律、垂向流速的自相似分布等特性,分析了浮力的作用以及射流速度、窄缝宽度等因素对射流掺混过程中温度场分布的影响.数值模拟结果得到已有理论及试验成果的验证.     

河道不稳定流流量的模拟计算

根据河道洪水波的传播特征，忽略圣维南方程组能量方程中的惯性项，得到计算摩尔坡度的简化方程，根据稳定断面特性对方程中的水深坡度项进行模拟计算，并采用曼宁公式由已在的水位过程模拟不稳定流的相应流量过程。     

非饱和土中热弹性波的传播特性分析

基于非饱和多孔介质的研究成果,考虑热效应和孔隙流体迂曲度的影响,研究了非饱和土中热弹性波的传播特性。利用非饱和土中耦合热的固-液-气三相介质的质量平衡方程、渗流连续方程、动量平衡方程和广义非Fourier热传导定律,建立了问题的热弹性波动方程。通过引入势函数,经过理论推导给出了非饱和土中热弹性波的弥散特征方程。结合数值算例,分析了几类热弹性波的波速和衰减系数随迂曲度、热膨胀系数和介质温度等热物理参数的变化规律。结果表明：孔隙水迂曲度的增大将引起P1波、P3波和S波的波速增大,而孔隙气体迂曲度的增大仅使得P2波的波速增大;热膨胀系数的增大将造成P1波波速的增大和热（T）波波速的减小;介质温度的升高将引起各类热弹性波波速的增大;频率、热膨胀系数和介质温度的变化对各类热弹性波的衰减系数均有较大影响,不可忽视。     

三棱柱形网格下自由表面流的三维数值模拟

为了模拟自由表面流动问题,建立了基于三棱柱形网格的三维Navier-Stokes方程的半隐式动压离散模型。出流边界采用在动量方程右端附加线性衰减项的海绵层处理方式来消减波能。引入k-ε双方程紊流模型求解涡黏性系数,使方程达到封闭。用规则周期波通过淹没障碍物的传播变形和复合明渠流动算例,验证了当遇到短波高频问题时,所述模型模拟结果与测量值吻合良好,体现了模型的精确性和有效性。     

骤发性洪水的水位实时预报

为防止和减缓河道洪水灾害，作出可靠的洪水预报是十分必要的。人们业已提出许多方法并用于联机洪水预报，但大多数方法尚需进一步改进。为此Ｈｉｒａｎｏ等人（１９８６）提出了一个洪水位预报的动力模型。在本研究中，将该模型改进后用于多站系统，并用批处理去改正系统参数的初值。根据非恒定流的连续方程和动量方程用运动波理论求解，并引进单位线以估计坡面旁侧入流。当预报中所取的预见期等于或小于坡面汇流时间时，可不用降雨     

Rayleigh型与Love型槽波波场分离

煤矿井下采集到的槽波通常包括Rayleigh型槽波和Love型槽波,这两种类型的波场具有不同的偏振特点,由于目前现有的槽波处理软件和方法仅针对单一类型的波场,因此在数据处理过程中两种波场互为干扰,影响了后续频散分析和槽波成像的质量。从煤层槽波中Rayleigh型槽波和Love型槽波的基本偏振方程出发,利用两种波场的不同偏振特征,推导出一种时间域的波场直接分离方法,该方法具有经验参数少、算法稳健的特点;通过模型数据和实际数据的波场分离验证,取得了满意的结果。      

交通荷载作用下地基中Love波的传播特性

Love波的传播特性对动力响应和工程勘探都具有重要意义。运用解析法建立了交通荷载作用下双层地基中Love波的特征方程和位移表达式,并对方程进行了求解,得到了不同交通荷载情况下地基中Love波的弥散特性和位移分布情况。结果表明,交通荷载作用下Love表面波的传播速度不仅与土层的剪切波速度有关,而且与土层的压缩波速度有关。     

非饱和土中热弹性波的传播特性分析

基于非饱和多孔介质的研究成果,考虑热效应和孔隙流体迂曲度的影响,研究了非饱和土中热弹性波的传播特性。利用非饱和土中耦合热的固-液-气三相介质的质量平衡方程、渗流连续方程、动量平衡方程和广义非Fourier热传导定律,建立了问题的热弹性波动方程。通过引入势函数,经过理论推导给出了非饱和土中热弹性波的弥散特征方程。结合数值算例分析了几类热弹性波的波速和衰减系数随迂曲度、热膨胀系数和介质温度等热物理参数的变化规律。结果表明：孔隙水迂曲度的增大将引起P_(1)波、P_(3)波和S波的波速增大,而孔隙气体迂曲度的增大仅使得P_(2)波的波速增大;热膨胀系数的增大将造成P_(1)波波速的增大和热（T）波波速的减小;介质温度的升高将引起各类热弹性波波速的增大;频率、热膨胀系数和介质温度的变化对各类热弹性波的衰减系数均有较大影响,不可忽视。     

基于Biot方程的纵波波场高阶有限差分法模拟及波场分析

地球物理勘探中的含油气储层通常被认为是一种典型的双相介质,这种介质模型能更精确的描述含气性储层的特征,开展双相介质波场传播特性的研究具有十分重要意义。研究以Biot理论为基础,从双相介质中的纵波方程出发,导出求解双相各向同性介质中纵波方程的高阶差分格式,在此基础上实现双相各向同性介质中纵波方程的高阶有限差分法正演模拟,数值模拟结果表明:这种算法能在少量增加计算量的前提下大大提高精度,同时波场模拟结果与理论相吻合,波场快照快慢纵波的波场反映出不同速度、相位相反等特征差异,对将该理论应用于实际有重要的指导意义。     

横向惯性效应对基桩动测的影响分析

在桩的振动理论中,对大直径桩,不能把桩简单看成一维杆件,必须考虑其横向尺寸产生的横向惯性效应。通过横向惯性效应的运动方程进行拉氏变换,推导出桩顶在正弦激振力作用下的位移和速度的响应传递函数以及速度导纳表达式,并分析了横线惯性效应对基桩动测时域曲线的影响以及其影响因素。在不考虑材料阻尼、桩周土条件下,发现横向惯性效应会降低应力波速度,并产生衰减作用,同时脉冲宽度和桩径大小直接影响着横向惯性效应的强弱。     

层状非饱和土地基的轴对称稳态动力响应

考虑土颗粒、孔隙流体的压缩性及各相物质间的黏性、惯性耦合作用,采用理论上更加严谨的饱和度本构关系式,建立了非饱和土的动力控制方程。该组方程与饱和土的经典Biot波动方程完全兼容,因此,具有更广泛的适用性。通过引入一组状态向量,在圆柱坐标系下将非饱和土满足的波动方程转化为状态方程组,利用Hankel变换,求解状态方程组,得到了传递矩阵。结合边界条件及层间接触连续条件,求解了层状非饱和地基的稳态动力响应问题。数值算例表明：土层对地表动位移的影响主要集中在临界深度范围内;软硬土层的相对次序对地表动位移幅值有显著影响;饱和度增大会引起土的物理参数发生相应的改变,尤其是动剪切模量通常降幅较大,而动剪切模量是决定位移幅值的关键因素,最终的结果是导致地表动位移幅值明显增大。     

近岸波生流运动三维数值模拟及验证

开发建立了近岸波生流运动三维数值计算模式。模式中,引入了三维时均剩余动量、破波表面水滚、波浪水平与垂向紊动作为主要驱动力,同时考虑了波流共同作用的底部剪切力。推导了可综合反映底坡、能量传递率和密度影响的水滚能量传输方程;将Larson-Kraus的二维波浪水平紊动系数表达式拓展至三维。采用大量实测数据和文献资料测试验证了所建模式,表明所建模式可有效模拟波浪增减水、底部离岸流、沿岸流、裂流、堤后环流等不同维度的波生流现象。此外,研究也表明破波水滚效应可解释波生流峰值向岸推移的物理现象,从而在模拟中不能忽略;破波带内沿岸流速垂向较为均匀的现象与波浪附加垂向紊动有关。     

SH波作用下岩质边坡响应规律的解析探讨

基于弹性力学理论,推导了弹性波动方程,并给出了位移势函数的表达式.根据应力波传播理论建立了边坡中应力波传播模型,以SH波为例详细说明了边坡中不同部位的应力波叠加情况.将边坡的坡面和坡顶自由面解耦为2个相互独立的自由面,分别分析了2个自由面附近应力波场的叠加,并据此研究了边坡中波函数幅值变化情况,得到了边坡水平向动力放大...     

波流边界层水沙运动数值模拟——I:水动力模拟

波流边界层水动力模拟对研究波流相互作用和泥沙运动具有重要的理论意义和实践价值。开发了波流边界层1DV垂向一维水动力数值模型,可用于模拟漩涡沙波床面和平底床面水动力特征。模型的构建基于边界层控制方程,平底床面采用k-ε模型,沙波床面采用双层模型,提出了漩涡层和紊动扩散层交界面紊动动能和紊动耗散率表达式。试验资料验证表明,模型较好地模拟了波浪-水流-床面共同作用下的边界层水动力特征,包括波周期内不同相位流速分布、紊动动能、剪切应力等以及波致时均流速分布和波流相互作用下的时均流速分布等。根据所建模型,讨论了不同床面和波流组合条件下的水动力特征。该模型可为研究波流边界层内水动力特征提供工具。     

饱和冻土中弹性体波传播特性影响参数研究

基于Leclaire对饱和双相孔隙弹性介质Biot模型的扩展,研究含有两种不同固相组分的三相多孔弹性介质中体波的传播特性。以饱和冻土为例,分析了各相体积分数、颗粒形状,接触参数等因素对波动方程中惯性参数、黏性参数、刚度参数的影响;对该三相介质模型进行了退化,分析了孔隙中只含液态水或固态冰时体波的特性;以饱和冻土为例,通过数值计算,探讨了饱和冻土中体波的相速度和衰减系数与胶结参数、接触参数、频率、饱和度、孔隙率等参数的关系。结果表明：与一般的饱和土不同,饱和冻土中存在5种体波,即3种纵波和2种横波;5种体波均具有弥散性和衰减性,且P1波、S1波弥散性和衰减性远小于P2、P3、S2波;胶结参数、饱和度、孔隙率对5种体波的传播特性影响显著,接触参数对传播特性影响较小。     

瞬变弹性动力问题的一个边界元法

本文给出了瞬变弹性动力问题的一个边界元法。该法是利用威尔逊——θ法的差分公式,把运动方程化为椭圆型微分方程。根据贝蒂定理和动力点荷载的特解,可获得动力问题的边界积分方程。这个解法是在真实时间域内逐步求解的,不需要使用拉氏变换。一个应力波传播的数值算例证实了该方法使用方便,且解答精度较高。