透射边界高频耦合失稳机理及稳定实现——SH波动

就大型近场波动的高效数值模拟而言,稳定实现高阶人工边界是一个尚未圆满解决的问题.本文针对使用多次透射公式的SH波动集中质量有限元模拟,依据GKS定理的群速度解释,进一步阐明了人工边界与内域离散格式耦合所导致高频失稳的机理,即两者支持群速度指向内域的外行高频平面谐波,波动能量自发地从人工边界进入內域,从而导致失稳,而这类谐波是由集中质量有限元离散引入的.本文提出了消除此种耦合失稳的一种方法:通过修改有限元刚度阵来改变内域离散格式,并保证修改格式的精度不低于原有格式的精度.理论分析和数值实验表明此法能稳定实现透射边界.本文研究结果具有推广应用前景.     

Coupled wellbore erosion and stability analysis

This paper extends earlier work on sand erosion and presents an attempt to couple sand erosion to mechanical damage of rock around a wellbore. Porosity which evolves in time and space as surface erosion progresses, is chosen as the coupling parameter. Both rock elasticity and strength (cohesion) are assumed to depend on porosity in such a way that the material becomes weaker with increasing porosity. The mathematical model, consists of erosion equations, mixture flow equations and stress equilibrium equations, is solved numerically by Galerkin finite element method. Numerical results suggest that erosion, resulting in sand production, is high close to the free surface. Erosion is accompained by changes in porosity and a significant permeability increase. Erosion in the vicinity of the wellbore induces alterations in the mechanical behaviour of the medium. Weakening of rock stiffness leads to severe alteration of both effective stresses and pore pressure near the cavity. Since cohesion decreases with increasing porosity, one can also identify the time instant at which rock mechanical failure starts. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

冰川运动速度研究： 方法、 变化、 问题与展望

冰川运动将积累区获得的物质输送到消融区, 维持着冰川的动态平衡。近年来, 随着气候变化, 全球大部分冰川面临着剧烈的退缩, 而冰川运动变化则较为复杂, 引起了学者们的广泛关注。文章系统总结了近年来冰川运动速度的提取方法、 冰川运动速度时空分布与变化及其影响因素的相关研究进展。另外, 还探讨了目前冰川运动速度研究中存在的问题和未来的发展趋势。结果表明： 基于测杆的方法能够获得精度较高的测量数据, 但存在时间和空间上的局限性; 基于遥感数据自动化提取的方法应用广泛, 但影像之间的配准以及海量数据的计算是当前阶段制约冰川运动速度研究的主要问题; 近年来, 无人机和地基合成孔径雷达的应用为冰川运动速度研究提供了高精度的数据支撑, 但二者在冰川运动研究中的应用还不够广泛。冰川运动速度的分布及其变化在空间上存在明显差异, 冰川厚度的变化可能是全球大部分冰川运动速度变化的主要原因, 但在单个冰川系统上, 冰川运动速度变化较为复杂, 其原因还需要进一步探讨。遥感数据的不断丰富, 云计算平台的使用, 物联网、 无人机和地基合成孔径雷达等技术的不断普及, 以及星、 空、 地协同观测的出现将会极大促进未来冰川运动速度研究的发展。此外, 冰川动力学过程也将备受关注, 成为未来冰川运动研究的热点问题。     

龙马溪页岩弹性各向异性与矿物分布之间的关系探讨

岩石弹性各向异性特征是普遍存在的,但导致岩石弹性各向异性的原因复杂且仍然存在一定争议.本研究以龙马溪页岩为例,试图建立页岩弹性各向异性和矿物分布之间关系.研究使用无损超声波探测获取岩石弹性各向异性参数,并使用背散射技术获取岩石矿物分布特征.研究通过引进变异系数来描述矿物或孔裂隙在不同方向的差异性,并通过2个正交方向的变异系数建立微观异质性指标,用于表征微观尺度上矿物或孔裂隙在不同方向的差异程度.微观背散射图像显示,龙马溪组页岩主要由石英和伊利石构成,且这两种矿物和孔裂隙在X和Y面上都有定向排列特征.相应地,它们的变异系数在X面和Y面上均表现出随角度增大而降低的特征;而在Z面,石英、伊利石和孔裂隙变异系数变化不明显,这与Z面上矿物和孔裂隙无明显方向性的特点一致.无损超声波探测结果显示,波速在X和Y面上随角度增加而减小,这与主要矿物和孔裂隙变异系数变化趋势相同;而在Z面,波速变化不大,与主要矿物和孔裂隙变异系数变化不明显的特征一致.以上观测结果说明,宏观波速与矿物的微观变异系数明显相关,暗示岩石弹性各向异性与矿物分布直接相关.     

Response of A Gravel - Bed River To Dam Closure: Insights From Sediment Transport Processes And Channel Morphodynamics

This work deals with the impacts of dams on large gravel -bed rivers in terms of altering coarse transport regimes and the relationship with river morphodynamics. Using data collected by a tracer -based monitoring programme carried out in a 4 -km -long study sector of the Parma River (Italy), located downstream from a relatively recently established dam, we applied a virtual velocity approach to estimate the coarse bed material load at four river cross -sections. Monitoring and calculation results provided new insights into the impacts of the dam on streambed material mobility and the sediment regime over the 17 -month calculation period. A longitudinal gradient of effects was observed along the study sector. Sections located closer to the dam are characterized by more evident impacts due to deficits in coarse sediment input from upstream. Sediment mobility here is strongly altered, especially in the highly armoured main channel, and the overall bed material load is extremely low. A partial recovery of sediment dynamics was observed at the sections located further from the dam, where estimates indicate higher sediment yield. The observed longitudinal trend in the coarse sediment transport regime matches the morphology, as the river shifts downstream from a sinuous configuration with alternate bars to a wandering one. The novel insights into alteration of coarse sediment dynamics and the relationship with river morphodynamics are potentially applicable to many other fluvial contexts affected by similar impoundments. © 2019 John Wiley & Sons, Ltd.     

汶川地震震前龙门山以西地壳垂直隆升机理分析

结合流动GPS观测速度场及层析成像结果,构建跨龙门山断裂剖面的二维有限元分层模型,分两种情况讨论汶川地震前龙门山前缘地壳垂直隆升的物理机制,以及中、下地壳软物质垂向和横向的不均匀性对地壳隆升作用的影响。分析认为：川西高原相对四川盆地的差异抬升和龙门山以西地壳缩短的共同作用是汶川地震震前龙门山前缘地壳垂直隆升的可能原因。     

非饱和土中剪切S波的传播特性分析

基于对非饱和多孔介质的研究成果,考虑孔隙中的液相和气相的相互影响,研究非饱和土地基中剪切S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,建立问题的弹性波动方程,经过理论推导给出非饱和土中剪切S波的弥散特征方程。通过数值算例分析剪切S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,剪切S波的波速几乎不受饱和度的影响,但其随着频率的增大而减小,随着固有渗透系数的增大先不变后增大;剪切S波的衰减系数随着饱和度和频率的增加均增大,而随着固有渗透系数的增大先不变后增大最后减小。     

利用爆破事件分析不同速度模型下常规定位方法定位结果

地震定位对速度模型的依赖性很强.四川地区地形复杂,常规工作中可选取多种速度模型进行定位.川西龙门山断裂带为东南部四川盆地和西北部青藏高原东部山区的明显分界线,近年在此断裂带上发生多次较大地震.对发生在该断裂带附近的6个爆破事件和15个天然地震重新定位,并对比结果.研究表明,相同台站包围情况下,川滇3D速度模型稳定性最好,但对浅表爆破不太准确.相比HypoSat(一维速度模型)组合,台站分布对Hypo2000(一维速度模型)和Hypo2000(赵珠速度模型)组合的定位结果影响较大.     

水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响

氧环境决定了水体沉积物中各种生命所需元素的最终归趋,沉积物-水界面是水相与沉积物相氧传递的重要场所,而水动力条件是影响沉积物-水界面氧传递的重要因素.选择三峡库区一级支流御临河为研究对象,根据长年监测数据建立实验室模型,采用声学多普勒流速测试仪及微电极测试系统构建了非侵入式涡度相关测试系统,探究了不同水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响.结果表明：水体静止状态下沉积物-水界面溶解氧浓度随时间的增加而减少,非静止状态下随时间的增加而增加;沉积物-水界面氧通量随水体流速的增加而增加.根据氧通量求解对应流速下垂直涡动扩散系数并进行线性拟合,当水体流速为0.01~0.14 m/s时,垂直涡动扩散系数与水体流速的相关性最好,此时沉积物-水界面氧通量的传递以涡动扩散为主导.