熵的演化与暴雨形成和落区的探讨

应用耗散结构理论，提出了大气中“湿滴”的具体计算公式和“相对湿滴”的概念，推导了便于在大气中实际应用的总熵流表达式。结合湖北省两次暴雨及特大暴雨天气过程，初步分析归纳了熵的演化与强对流暴雨和落区的关系；熵的演化与台风低压引发的暴雨和落区的关系，指出了两种暴雨过程的共同点和不同点；对台风低压的移动规律得到了某些有益的认识。     

断层力学科学范畴、发展脉络评论及未来发展思考

为了看清断层力学的理论全貌,文章研究了断层力学的发展脉络、应有体系、框架性缺失,总结了学术各界关注点及研究内容差异。结果表明断层力学关联领域存在尺度差异和目标差异,断层力学是多学科纽带,却是"三不管"地带。岩石裂纹和含内部构造的断层之间存在尺度差异和变形速度差异。断层力学的百年发展经历了从外力研究断层-构造应力场-滑移线场研究断层三个阶段,这三个阶段总的发展方向就是逐渐简化、实用化,阻碍了定量理论的发展。"Mohr范式"是支撑,带有实用化、简单化特点,也阻碍了断层力学向机理化和定量化方向发展。断层研究存在正演和反演两类方法,正演主要包括实验断层力学和理论断层力学两类途径,正演和反演结合是未来发展方向。"地质力学"秉承"力学统一律",体现断层空间联系和力学联系,属于"广义断层力学"范畴。"广义断层力学"体系适用"统一发展,关注联系"发展途径,"狭义断层力学"体系适用"分散发展,各自攻克"发展途径。先存断层或薄弱带控制后生断层,并影响应力展布,"应力制约论"是重要方向。未来将产生"流变摩擦学"和"断层岩组构摩擦学"两个方向,"断层岩组构摩擦学"应整合显微构造学成就,研究岩石组构稳定特征、流变特征、广义摩擦特征等,需要将显微构造学唯象理论上升到大尺度断层力学理论中,将岩石组构引入到岩石力学实验中。不同尺度关注点不同、理论不同、取用参数不同,加剧了研究群体的隔离。断层内泥粒是可以迁移的,由此产生"断层泥粒迁移学"。断层闭锁的概念需要重新考虑,未来研究应立足"慢应变"和"大尺度"的断层摩擦延展力学。      

岩体裂隙模拟的扩展有限元法应用研究

岩体中普遍存在着断层﹑节理和裂隙等结构面,这些结构面的存在和发展对岩体的整体强度﹑变形及稳定性有极大的影响。因此,研究岩体中原生结构面的萌生﹑发展以及贯通演化过程对评估岩体工程安全性和可靠性具有非常重要的理论与现实意义。扩展有限元法（XFEM）作为一种求解不连续问题的有效数值方法,模拟裂隙时独立于网格,因此,在模拟岩体裂隙扩展﹑水力劈裂等方面具有独特优势。针对扩展有限元法的基本理论及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用展开了研究,建立了扩展有限元法求解岩体裂隙摩擦接触、岩体裂隙破坏等问题的数值模型,并将计算模型应用于岩质边坡稳定性分析和重力坝坝基断裂破坏等工程问题。     

低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

低弗劳德数水流条件下,二级消力池是解决消能问题的一种有效途径。但至今为止,有关二级消力池的工程应用研究较多,而在体型参数和消能机理方面研究较少。为此,采用理论分析和物理模型试验相结合的方法,研究了低弗劳德数水流二级消力池体型参数及其敏感性。结果表明:消力池的长度、深度和尾坎高度等参数都存在界限值,超出界限值时第一级消力池易于产生波状或远驱水跃,而第二级消力池出池水面波动显著增大。池长小于界限值时,消力池池内流态恶化,消能率明显降低;尾坎高度越低,消波效果越好。优化后的二级消力池消能率明显提高,且二级消力池对尾水位的适应性也显著扩大。引入尾坎高度修正系数ωi,提出了各级池长和尾坎高度的计算公式。     

城市耗水计算模型

快速城市化背景下,城市人工供水的比例迅速增加,由此产生的耗水不可忽视。传统水文模型在计算耗水时一般只考虑降水产生的蒸发,忽略人工耗用蒸发。为解析城市耗水过程,探究城市耗水机理,在观测城市耗水过程的基础上,划分城市耗水类型,建立城市耗水量计算模型。以北京市某区域为例,采用调查统计、实验监测和模型计算结合的方法,计算该区域2014年的耗水量为820.0 mm,明显高于传统水文模型的计算结果（多年平均值为494.0 mm）。分项结果显示:研究区绿地耗水贡献率为40.58%,建筑体耗水贡献率为38.70%（其中内部人工耗水为31.22%,屋顶截留雨水蒸发为7.48%）,硬化地面贡献率为18.32%,水面贡献率为2.40%。结果表明:建筑体内部耗水量不可忽视,是人工用水消耗的主要组成部分,其耗水量与建筑体层数和居民数量成正比例关系。     

双圆盾构施工引起邻近桩基附加荷载的分析

应用“源汇法”理论,推导了双圆盾构隧道土体损失产生的三维附加应力计算公式。研究了双圆盾构机正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力以及土体损失在邻近桩基上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明：在双圆盾构开挖面前方地下桩基受到挤压力作用,在开挖面后方负值附加荷载逐渐增大产生拉力,同时双圆盾构机轴线深度附近的桩基部位处产生较大的拉应力和压应力;双圆盾构机与土体之间的摩擦力在附加荷载中特别是y方向的附加荷载起主导作用;垂直于管片方向的附加荷载值较推进方向大,但影响范围小;竖直方向的附加荷载较小,靠近隧道轴线附近的桩基部位受到的附加荷载方向与两端相反,曲线呈“弓”形分布。经与数值模拟、离心试验、现场实测结果对比分析,验证了应用解析解研究双圆盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。     

组合式棚洞结构优化及其计算方法

棚洞是山区公路常见的崩塌落石灾害防治结构。本文通过增设夹心层和增设薄壁管二次消能装置对组合式棚洞结构进行了优化。通过对夹层结构等效并采用薄板理论,建立了棚洞优化结构的内力计算式。利用圆柱壳冲击动力学分析二次消能特性,将组合式棚洞优化结构在落石冲击作用下的动力响应分为四个阶段,建立了三个临界冲击速度的计算式。实例分析表明,棚洞优化结构横梁和纵梁的上、下侧最大弯矩比优化前分别降低了19.7%, 23.7%和10.2%。第一、第二、第三界限冲击速度分别为6.24 m/s、13.50 m/s、15.20 m/s。研究成果对组合式棚洞优化结构的构件预制有指导意义。     

钻具切割用聚晶立方氮化硼刀具的摩擦学研究

在钻探工程中遇到孔内事故时,经常采用割刀来切割事故钻具,然而在切割事故钻具的同时也会涉及到切割周边岩石的问题。本研究针对刀具切割岩石的复杂工况条件,设计了不同退火温度下的聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride Compact,简称PCBN）复合片对磨Si₃N₄球的摩擦磨损试验,采用了光学显微镜和X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）等表征方法,分析了退火温度对PCBN的影响和PCBN对磨Si₃N₄球的摩擦学行为。结果表明：高于800 ℃退火处理,PCBN粘结剂氧化生成TiO₂。当800 ℃退火的PCBN对磨Si₃N₄球时,出现轻微的粘着磨损;900 ℃退火的PCBN对磨Si₃N₄球时,粘着磨损现象加重;然而,1000 ℃退火处理后,磨痕处磨粒磨损和粘着磨损共存。且PCBN对磨Si₃N₄球时,摩擦系数与退火温度有关。     

Local Imbalance of Turbulent Kinetic Energy in the Surface Layer

We utilize experimental data collected in 2002 over an open field in Hanford, Washington, USA, to investigate the turbulent kinetic energy (TKE) budget in the atmospheric surface layer. The von Kármán constant was determined from the near-neutral wind profiles to be 0.36 ± 0.02 rather than the classical value of 0.4. The TKE budget was normalized and all terms were parameterized as functions of a stability parameter z/L, where z is the distance from the ground and L is the Obukhov length. The shear production followed the Businger–Dyer relation for −2 < z/L < 1. Contrary to the traditional Monin–Obukhov similarity theory (MOST), the shear, buoyancy and dissipation terms were found to be imbalanced due to a non-zero vertical transport over all stabilities. Motivated by this local imbalance, modified parameterizations of the dissipation and the turbulent transport were attempted and generated good agreement with the experimental data. Assuming stationarity and horizontal homogeneity, the pressure transport was estimated from the residual of the TKE budget.     

过水土石围堰下游护坡的溢流设计风险率模型

系统分析河道来流和泄水建筑物结构尺寸的不确定性与过水围堰运行时下游护坡流速水头和设计抗冲流速水头不确定性之间的关系,以及影响围堰下游护坡安全运行的因素。在土石过水围堰最不利流量的分析方法基础上,提出了用围堰下游护坡的流速水头超过设计条件下最不利溢流工况所对应的抗冲流速水头的概率来刻划溢流工况设计风险率。运用可靠性理论的JC法,给出了过水围堰溢流时设计风险率的计算方法,为堰体下游护坡结构及消能防冲设计提供了理论依据。