桩-承台-土复合受力体的拟静力模型试验

在1.2 m×1.2 m×1.2 m小型土工箱中完成了4组采取不同桩头连接构造的单桩-承台-土复合受力体缩尺模型的低周往复水平加载抗震试验,获得了试件破坏形态、荷载-位移滞回曲线、刚度退化曲线、桩身弯矩及桩侧土压力等数据,研究了不同桩头连接构造对试件水平受力性能的影响。研究表明：桩头部位采取不同的节点连接构造措施对桩头破坏形态和破坏程度、体系耗能能力和水平极限承载力及桩身弯矩分布规律均有一定的影响,但对桩与承台侧面的土压力分布规律和大小的影响并不显著。对于桩头普通连接的情况,以桩头嵌入深度为0.5D（D为桩径）为宜。桩头加强环连接与桩头嵌入深度1.0D时的连接具有大体相当的桩头约束效果,但加强环的制作相对复杂,其约束效果和破坏形态与加强环的截面尺寸、混凝土强度及配筋参数均有关系,应进一步深入研究。     

基于应变软化的岩土工程单元安全度评价方法研究

针对大多已有岩土工程局部安全评价方法未考虑拉伸破坏和屈服、破坏阶段的问题,对围岩的局部安全评价方法进行了相应的改进。基于Mohr-Coulomb屈服准则和应变软化模型建立了单元安全度的评价方法和新的定义,综合考虑剪切和拉伸破坏模式,定义一个统一的变量ZSD来表征和量化岩土体单元从弹性、屈服到破坏的安全程度,实现复杂应力状态下岩土体渐进破坏过程的局部安全性定量评价。推导了ZSD的各阶段表达公式,利用FISH语言在FLAC3D平台编写程序。通过相应的实例和工程进行了ZSD计算,验证了该方法的正确性与有效性。该方法具有参数表达简单,易于在程序中实现,可通过ZSD所在值域判断单元所处的状态,可直观揭示岩土体渐进破坏过程等诸多优点。该方法为分析和预测岩土工程中危险区域的演化和描述渐进破坏过程提供了有效的手段。      

台湾以东黑潮的低频变化及机制研究

本文基于AVISO（Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data）1993-2015年间的海表面绝对动力高度数据,研究了台湾以东黑潮的低频变化特征,并探讨了影响其变化的机制。结果表明,台湾以东多年平均的黑潮流幅值约为136 km,表层流量值约为7.75×104 m2/s,对应的标准差分别为28 km和2.14×104 m2/s。台湾以东黑潮不仅具有显著的季节变化特征,还具有显著的年际变化特征。功率谱分析结果表明,台湾以东黑潮表层流量具有1 a和2.8 a的显著周期。空间上,台湾东南部黑潮的年际变化幅度比东北部强烈。相关性及合成分析结果表明,台湾以东黑潮的年际变化与PTO（Philippines-Taiwan Oscillation）之间存在显著的相关性。PTO年际震荡所导致的副热带逆流区反气旋式涡旋与气旋式涡旋的相对强度是影响台湾以东黑潮年际变化的主要动力因素。     

中尺度涡冷暖特征的推导

为了从理论上解释中尺度涡旋冷暖性质与涡旋旋转方向的关系,本文基于中尺度涡的几何特征,做出如下假设：中尺度涡具有对称的几何形态,涡旋中海洋要素沿径向具有线性化变化的特征。从原始方程组出发,利用柱坐标系和上述假设条件,略去耗散力,推导出了中尺度涡的一些冷暖特征,论证气旋式中尺度涡对应冷涡和反气旋式中尺度涡对应暖涡的涡旋冷暖特征与部分涡旋的观测不符的现象。结果表明,中心对称的形式可以作为对中尺度涡的几何特征的一个理想的形态近似,在考虑上述假设条件的理想环境下,柱坐标系在研究中尺度涡的几何性质上具有一定的优势。     

台风“海马”对吕宋海峡附近暖涡的影响及其动力机制

台风和海洋涡旋相互作用,对台风路径和强度的预报和预警具有重要的意义。本文根据2016年第22号超强台风"海马"登陆前后在吕宋海峡附近海域的水文要素现场观测,结合卫星遥感资料,分析了台风过境前后位于吕宋海峡北部的中尺度暖涡内海洋物理要素的分布及其对台风的响应特征。结果表明,处于台风边缘的暖涡并没有因为台风过境产生的强冷抽吸作用而被削弱;反而因台风边缘产生的较强的负风应力旋度异常,导致此区域上层暖海水辐聚下沉、混合层厚度增加,从而增强了该暖涡。台风过境前后,暖涡内热含量的变化也证实了该涡旋的增强。而离台风中心较近的暖涡,则受到强的正风应力旋度产生的冷抽吸作用而被削弱。此次观测研究丰富了台风和涡旋的相互作用物理机制探索,为台风预测预警提供了现场观测数据支持。     

海底边界层溶解氧通量原位观测技术方法研究

海底边界层是溶质和悬浮颗粒物在海床与水体间交换的重要场所,也是沉积物质的主要成岩作用区,对海洋、湖泊有着重要的生物、化学、地质学意义。底栖溶解氧消耗速率是评估早期碳矿化作用的重要指示剂,也是研究元素循环周转的重要指标。溶解氧通量原位监测技术是获取底栖溶解氧消耗速率、了解化学物质输运机制,进而研究底栖生态系统、环境污染影响、生物地球化学进程的重要手段。针对传统溶解氧观测方法在效率和准确度上的局限性,介绍了目前底边界层原位氧通量测量技术的发展现状,对包括底栖培养室、微电极剖面、涡动相关技术和平面光极系统在内的观测特点进行了对比分析,讨论了各自的不足与局限,提出了今后需要关注的改进方向。     

涡激振动实验中的流速增大装置研发与性能研究

拖曳水池中进行立管涡激振动实验时,为了保证采样时间长度,难以达到较高的Re数。流速增大装置可以在不提高拖车车速的情况下增大立管外的流速。利用这种流速增大装置还可实现流速分层流场中细长柔性立管涡激振动实验。经过对流速增大装置中的进流段曲线进行优选,发现Witozinsky曲线的总体性能最好。在对流速增大装置进行水池实验和数值模拟后,发现流速增大区域的流速增大倍数接近进流段收缩比,流速增大区域流场比较稳定、均匀,流速增大装置对其外的流场影响很小。此流速增大装置不但可应用于拖曳水池中的立管涡激振动实验,还可以应用于对流速要求较高的水下航行体的水池试验,如鱼雷、水下机器人等。     

风向对航母甲板风影响的大涡模拟

采用低速气流运动控制方程组和湍流大涡模拟方法,研究了来风风向对航母甲板风的影响,得到了不同来风风向条件下,艏艉对称面附近、甲板上方低场及航母后方某点处压力和垂向速度随时间的变化关系。结果表明:航母有一定角度的侧向风对舰载机起飞有利,右舷风比左舷风有利;从有利于舰载机着舰角度看,右舷来风较左舷来风有利;从舰载机着舰下滑稳定性上看,来风风向角度越小越有利。     

不同类型DDM相互应用的质量分析

数字水深模型的应用通常可分为航海和非航海两大类型。从航海与非航海DDM的不同应用需求出发,分别构建了航海和非航海DDM,比对分析了不同类型DDM相互应用时的质量情况。实验证明,航海DDM的模型中误差相对较大,模型产生了系统性偏移,应用于非航海时模型质量会相对降低,且这种降低的程度随着比例尺的缩小而增大;非航海DDM未考虑航海安全性需求,会引起模型深度保证率指标明显偏低,且随比例尺不断缩小而偏低更明显,从而不能直接应用于航海。     

沙漠下垫面地面温度及能量收支的BATS模式参数化改进

利用陆面过程模式BATS,引入地表发射率及两种大气发射率参数化方案,同时引入不同的地表粗糙度参数化方案,对比各种参数化方案对沙漠下垫面地面温度及能量收支的模拟状况。结果表明：采用Van Bavel等发展的地表发射率及Chung等发展的大气发射率方案可以明显改进地面温度及向上长波辐射的模拟,Chung等方案在夜间与正午的模拟效果更好,减小了1 ℃左右的地面温度模拟偏差,减小了10 W·m^-2左右的向上长波辐射模拟偏差。晴天地面温度及向上长波辐射的模拟结果优于阴天。利用Zhang等发展的裸土粗糙度参数化方案也会提高模式对地表感热通量模拟的准确性。