基于自适应松弛Picard法的高效非饱和渗流有限元分析

有效地模拟非饱和渗流过程对土质边坡稳定性分析、土石坝渗流、污染物迁移等众多领域有着重要的意义。描述非饱和渗流的Richards方程是具有强烈非线性的偏微分方程,通常需要采用有限元等数值方法并结合有效的迭代方法进行求解。Picard迭代法是实用的非线性计算方法,在非饱和渗流领域应用广泛,但经常会出现收敛震荡、速度缓慢和精度降低的问题。为提高计算性能,结合有限元法提出了一种高效的自适应松弛Picard法。通过模拟一维和二维渗流算例,并与传统方法的结果进行对比,对算法和程序的准确性、高效性和鲁棒性进行了验证。测试结果表明,该方法可以在保证计算精度的同时有效地减少数值震荡,提高收敛速度。研究成果对非饱和渗流有限元程序的开发和应用有一定的参考价值。     

裂隙岩体渗流-传热耦合的复合单元模型

基于复合单元法建立了裂隙岩体渗流-传热耦合的复合单元模型。该模型前处理简便快捷,网格剖分不受限制,可依据裂隙的真实信息自动将其离散在单元内。其次,采用交叉迭代算法,对裂隙岩体的渗流场和温度场进行耦合分析,耦合算法不仅考虑了温度对流体运动黏度的影响,而且可计算裂隙中流体与相邻岩块间渗流-传热过程以及两者间的渗流量和热量交换。通过与已有近似解析解相比较,验证了复合单元耦合算法的可靠性。算例分析表明,渗流-传热耦合作用对裂隙岩体的渗流场和温度场均有一定的影响。分析了不同岩块热传导系数和裂隙开度对热能提取效率的影响,结果显示,岩块热传导系数越大、裂隙开度越大,低温流体从高温岩块中吸取的热能会较多,出口处流体温度下降得较快。     

X形冻结管温度场变化规律研究

为解决现有冻结管单管冻结能力不强致使增加循环冷媒介质用量和施工耗电的问题,可将传统圆形截面设计成异形截面。对X形截面冻结管作一简单介绍,运用有限元软件对X形截面冻结管单管冻结时的温度场变化规律进行研究,同时与圆形、方形、工字形、T形和Y形冻结管单管冻结时的温度场进行对比分析,主要得出结论为：虽然X形等异形冻结管为非圆形截面,但其冻土帷幕温度也是以冻结管为圆心呈同心圆分布,离冻结管越近温度越低;冻结20天时,X形冻结管-10 ℃圆形冻土帷幕半径发展到200 mm,冻结30天时发展到240 mm,冻结40天时达到约300 mm;与圆形冻结管相比,异形冻结管在保证冻结效果的基础上可大大减少施工耗电量,经济效益显著。     

城市生活垃圾卫生填埋场沉降变形分析

城市生活垃圾填埋场地基沉降和垃圾堆体沉降受到的影响因素多,现行规范的计算方法直接采用与实际相差较大,为减少不均匀沉降对垃圾防渗层的影响、准确确定垃圾储量和保证垃圾堆体的稳定,开展垃圾填埋场沉降研究具有重要意义。垃圾填埋场沉降变形包括地基沉降和垃圾堆体沉降,垃圾堆体沉降又分为主沉降和次沉降,主沉降完成时间短于次沉降。通过对陕西省宝鸡市垃圾填埋场地基土进行沉降计算,最大沉降差超过100 mm,对垃圾防渗层不利影响较大;而对垃圾堆体沉降计算,修正后的计算值与沉降观测值非常接近。考虑不同地区地层差异和垃圾成分差异,积累沉降观测资料具有重要意义。     

北京市大兴新城水源地保护区划分

北京地下水资源持续超采,已出现水资源枯竭和浅层地下水大面积污染问题,建立饮用水源地保护区是保护地下水水源的有效手段。本文应用数值模拟法和公式法,对北京大兴新城水源地保护区进行划分。考虑大兴水厂所在地水文地质条件,分别对第四系和基岩进行保护区划分,对不同分区进行叠加,得出水源地保护区范围。通过两种方法计算出的保护区面积相差不大,但是数值模拟法计算出的二级保护区面积比公式法计算的结果小5.5km2,主要因为公式法计算时没有考虑地下水含水层边界条件和岩溶地下水富水性不均一等因素,而数值模拟模型在水文地质条件的基础上进行水源地保护区划分,比较符合水源地所在区域实际的水文地质条件。通过对划分结果的对比和分析可以看出,公式法划分水源保护区的方法简便易行,但是概化结果与实际地质条件差异较大。数值模拟法对含水层结构和水文地质条件的概化相对客观、详尽,但是该法应用过程较复杂。在实际划分水源保护区的工作中,应将公式法和数值模拟法结合应用。     

北京市房山区三合庄村泥石流活动特征分析

2012年7月21日,北京地区发生了61年以来的最大降雨,特大强降雨引发房山区三合庄村泥石流地质灾害。为了最大限度的减少房山区三合庄村泥石流所带来的损失,本文选取该泥石流作为研究对象,采用了遥感解译和灾害地质实地调查等方法,确定了三合庄泥石流基本特征,从地形、物源和水源三方面研究了三合庄泥石流的成因,依据泥石流相关的防治工程勘查设计规范,采用雨洪法计算出三合庄村泥石流的活动特征,使用综合评分法判断了三合庄泥石流的易发性。     

利用监督分类快速提取分层设色图件中数据的方法

为了快速将分层设色图件中象元的颜色值转化为具有实际意义的属性标识或物理、化学参数值,从而提取分层设色图件中包含的数据,作者提出了根据不同颜色分量(RGB)构建颜色特征空间,基于最小距离监督分类方法快速提取分层设色图件中数据的方法。使用该方法对东半球海域海面水汽分布数据进行提取,取得了良好的效果。该方法可以广泛应用于物理海洋、环境科学、地质调查、地理信息系统建库等多个行业领域的数据提取工作中。     

海岛统计报表制度研究与实践

按照《中华人民共和国海岛保护法》相关要求,开展了海岛统计报表制度的研究和建立工作,统计内容包括海岛生态保护、海岛开发利用、海岛人居环境、特殊用途海岛保护和海岛管理5个方面,共15张表,386个统计指标。该制度具有依法设置报表指标、充分考虑跨部门数据获取的可行性、历史数据与变化数据有机衔接、分级填报、逐级汇总等特点。通过对海岛保护法条文的研究以及报表制度分析和实践验证,该报表内容丰富全面,指标设置科学合理,将为国家各级海洋管理部门实施科学有效的海岛保护与管理提供基础数据支撑。     

离岸式振荡水柱气室参数CFD优化设计

采用计算流体动力学分析(CFD)技术研究离岸式振荡水柱波能转换装置的设计参数优化问题。首先,借助FLUENT软件用户自定义函数功能(UDF)并运用动边界造波及多孔介质消波方法建立基于线性波浪理论的二维数值波浪水槽,然后,将水槽的分析方法应用于振荡水柱气室仿真研究。结果表明:离岸式振荡水柱气室在发生共振时转换效率最高,气室内液面升降幅度随着波能转换装置的前墙入水深度、厚度以及气室宽度的减小而产生较明显的增大;相对于前墙尺寸,气室宽度对波能转换装置的能量转换功率影响较大。     

船舶测报标准存在的问题及修订建议

文章根据《船舶海洋水文气象辅助测报规范》(GB/T 17838—1999)的使用情况和海上观测技术的发展,针对目前存在的主要问题,提出修订标准的几点建议,探讨进一步完善修订的思路和方法,为标准的修订提供参考。