应用Level Set方法模拟三维气泡与液滴的运动

将Level Set方法与ICE数值格式相结合,建立了求解含有运动界面的不可压缩气液两相流动问题的三维模型及数值解法。应用所建立的模型和算法三维模拟了4种典型气泡和液滴的运动过程,包括气泡从单个喷嘴生成和上升的过程,两个大小不同的空气气泡在水中自由上升时的相互作用过程,水滴下落冲击水面的过程和水滴与颗粒正向等温碰撞过程。模拟结果表明,所建立的模型与算法能准确方便地捕捉到三维气泡和液滴界面的破碎与融合等拓扑结构的变化,说明Level Set方法是一种行之有效且大有前途的处理气液运动界面问题的方法。     

长江口动量系数分布特征研究

基于长江口1996年3月和9月共23个测点实测水流资料,计算了动量系数的时空变化,并应用线性回归法,计算了特征时间段内的平均动量系数,获得了长江口动量系数时空分布的基本特征:时间上,涨潮大于落潮,洪季大于枯季,而大、中、小潮则依次递增;空间上,自口外向口内,北支呈逐渐增大,而南支呈先增大后减小、口门附近最大的基本特征.由动量系数分析了潮流的摩阻特性,为数值模拟合理选取曼宁系数提供参考.     

Impact of Wind on Tide-Induced Advective Salt Transport in A Well-Mixed Estuary

The tide-induced net advective salt flux in well-mixed estuaries consists of five terms according to the method from Kjerfve.The term resulted from the vertical variation in salinity can be negligible in well-mixed estuaries with four tide-induced salt flux terms,known as F1?F4.To explore the effects of wind on these salt fluxes,the current-salinity analytical model combined with the perturbation analysis is extended by including wind.Analytical expressions for the four salt fluxes are derived separately in the present model.Under the assumption that only the M₂ tidal component is accounted for and the salt flux generated by diffusion is not studied,the tide-induced net advective salt flux Q_sx is in the seaward direction without the wind effect.By applying the Western Scheldt estuary case,the wind influence on the tidal advection salt flux(TASF)distribution in the F4 term was investigated.The phase difference between zero-order velocity and first-order salinity(Δφ)at the surface layer of the estuary is larger than 90°and smaller than 90°at the bottom layer,which leads to landward TASF in the surface layer and seaward TASF in the bottom layer.The distribution ofΔφis not uniform in the horizontal direction with wind included,which differs from the result without wind.In the case of seaward wind with the speed of 18 m/s,the decrease in the zeroth-order velocity phase(φu)at the surface layer is larger than that of the first-order salinity phase(φs)downstream,which leads to an abnormal seaward TASF in this region.Owing to the surface stress caused by wind,the Stokes compensation flow in the middle and lower reaches increases/decreases with the increase of the landward/seaward wind,while the upstream situation is opposite.Thus,the first-order velocity in the middle and lower reaches increases/decreases with the increase of the landward/seaward wind,while the upstream situation is also opposite.The first-order salinity also increases/decreases with the increase of landward/seaward wind,while the upstream salinity tends to zero.Therefore,the tide-induced net advective salt flux Q_sx increases/decreases with the increase of the landward/seaward wind,which is contrary to the usual recognition.     

三维城市地球物理数据管理与服务系统框架

为实现地球物理数据对城市发展提供数据支持, 以3D GIS作为基础平台, 从数据与信息管理、多方法综合处理与显示、成果的三维可视化表达及信息发布等4个层次阐述了三维城市地球物理数据管理与服务系统框架的构建; 数据与信息管理子系统是整个系统的基础, 提供数据基础.GIS支持下的第2层次作为数据显示和多方法交互综合处理的工具而存在, 并为成果信息表达提供基础.后2个层次实现城市地球物理成果数据的展示功能.第3个层次是对成果数据的三维再现, 而第4个层次则通过Web来发布成果信息.在构建三维城市地球物理数据管理与服务信息系统时, 存在2个方面需要解决的问题: (1) 要实现多期次海量的城市地球物理数据的一体化管理问题.提出了以地球物理勘探点、线作为多方法数据融合的基础, 分层次、专题按要素的方式建立多维数据库, 以达到对数据的统一管理. (2) 成果信息的可视化问题.为了在三维空间中再现成果数据, 将地球物理形式的数据转换成地质形式, 设计了一个以线框模型为基本思想来表达三维地质模型的数据模型.将提出的系统框架结合华北某地区进行了应用, 取得了较好的效果.      

米槠天然林转变成杉木人工林后土壤可溶性有机碳的变化

对中亚热带米槠天然林及其采伐迹地形成的36年生杉木人工林0～20cm层土壤可溶性有机碳（DOC,dissolved organic carbon）含量进行研究,分析米槠天然林改造成杉木人工林后土壤DOC平均含量及其季节的变化情况．结果表明：米槠天然林0—20cm层土壤DOC平均含量为60．79mg·kg^-1,比杉木人工林（41．24mg·kg^-1）高47．41％;2个林分0～10cm、10～20cm层土壤DOC平均含量差异明显（P〈0．05）,且都是0—10cm层大于10～20cm层;米槠天然林和杉木人工林土壤DOC含量在季节变化中都表现为秋季最大、冬季最小,但是两者的季节变化模式不完全一致;米槠天然林和杉木人工林土壤DOC的差异和人为干扰因素有关．     

主应力对巷道交岔点围岩稳定性影响研究

为研究主应力对交岔点围岩稳定性的影响,以某矿为工程背景,建立5组交岔点数值计算模型,研究了交岔点开挖前的扰动应力场偏转规律,并引入点安全系数法研究了主应力和交岔角度对交岔点围岩位移场、扰动破碎区的影响规律。研究结果表明：在交岔点开挖之前,交岔点附近围岩的主应力方向发生偏转,偏转后的应力场类型由σh型变为σv型,交岔点开挖过程中围岩受σv型应力场影响;交岔角（α≤90°）越大,交岔点越稳定;交岔角度相同时,新掘巷道轴向较靠近最大水平主应力方向的交岔点更稳定。交岔点现场实测数据验证了研究结果。     

细沟侵蚀中泥沙含量及其粘粒流失量的试验

通过室内模拟试验，对细沟侵蚀中不同坡度和不同流量条件下一定坡长的泥沙含量及其粘粒含量进行了测定。分析试验结果表明，含沙量随着坡度增加而增加，而流量影响极小；随沟长的延伸，由于径流速度趋于稳定，含沙量增加幅度减少。粘粒流失量分布是坡度、流量、细沟发育过程、流速的垂直分布等因素共同作用的结果；粘粒迁移伴随着土壤剥蚀和粘粒沉降，使得不同流量的粘粒流失量相近，粘粒流失量沿细沟沟长呈波状分布。     

挟沙能力公式系数的最佳确定

水流挟沙能力反映了运动水体所能挟带泥沙的最大能力,确定水流挟沙力公式对于泥沙数学模型的发展具有重要意义,而关键是其系数的最佳确定。基于最小二乘法原理,对目前广泛应用的水流挟沙力公式中的系数确定提出了一种新的方法——枚举法。枚举法直接应用最小二乘法,有别于常用的先取对数后再进行回归分析的传统方法,通过误差分析和结果比较,表明枚举法确定的系数更合理,也提高了公式的精度,使公式能更客观地反映水流挟带泥沙的实际能力。枚举法简单实用,是目前确定水流挟沙力公式系数的最佳方法。     

树根桩加固边坡的稳定性分析与评价

参考树根桩应用于托换工程的设计计算方法,根据树根桩的实际特征,详细地推导了树根桩加固边坡后树根桩与土均质化复合“土体”的本构模型,研究了树根桩应用于边坡加固后的应力场、位移场的变化及边坡的稳定性情况。最后,比较了两种本构模型在评价边坡稳定性方面的优缺点,得出采用复合本构模型评价树根桩加固边坡的稳定性是完全可行的。     

考虑剪力环、泥皮和防腐涂层作用的钢管复合桩工作性能模型试验研究

依托港珠澳大桥建设,通过5组不同组合的钢管复合桩模型试验,其中2组试件设有剪力环,开展了内置剪力环、泥皮和防腐涂层对钢管复合桩工作性能影响的研究,比较和分析试件的荷载-变形曲线、截面变形规律、钢管与剪力环变形等。试验结果表明,剪力环、泥皮和防腐涂层对钢管复合桩的工作性能具有一定的影响;泥皮和防腐涂层使钢管复合桩的黏结强度降低,而剪力环加强了钢管与核心混凝土的联结,钢管的受力及变形显著增加。在泥皮、防腐涂层和剪力环共同作用下,桩截面变形呈"倒v"或"m"型,不再满足经典力学的平截面变形假定。在泥皮、防腐涂层和剪力环间距S≤2D(D为桩径)的条件下,剪力环的嵌固作用可以完全克服泥皮和防腐涂层的不利影响。在试验结果研究的基础上,进一步探讨泥皮、防腐涂层和剪力环不同组合下钢管复合桩的刚度计算问题,并给出了在弹性阶段范围内钢管复合桩刚度计算公式,泥皮(厚度0.1 mm)和防腐涂层使其刚度降低,剪力环则使其增加。其研究结果可为钢管复合桩基工程设计提供重要的参考。