高阶非线性完全频散性波浪数值模型及应用

为更精确地模拟强非线性完全频散性波浪的传播,采用长波上非线性重力表面波传播高阶数学模型,综合参考此模式已有的研究成果,建立了一个高达五阶的完全频散性非线性数值模型。应用该五阶模式对斜坡地形、潜堤地形及正弦沙链地形进行模拟计算,并与已有的实验资料进行对比,结果显示五阶模式较低阶模式模拟结果的精度上有了明显提高,模拟波形与实验结果吻合度良好,证明高阶模式更适用于高频散高非线性波浪传播的数值模拟。     

完全非线性波浪与二维固定结构物作用的IGN-BEM耦合分析模型

为高效准确地对完全非线性波浪与二维固定结构物的相互作用进行模拟分析,建立了二维完全非线性时域耦合模型。耦合模型将计算域划分为靠近结构物的内域和远离结构物的外域,每个区域均采用满足完全非线性自由水面边界条件的波浪模型进行求解。在内域使用Laplace方程描述流体运动并采用高阶边界元法（BEM）对其进行求解;而在没有结构物的外域,波浪运动的控制方程为Irrotational Green-Naghdi（IGN）方程并采用有限元法（FEM）对其进行求解。内域和外域通过一段重叠区域进行耦合,从而实现模型间变量的传递。首先利用耦合模型分别对规则波的传播、直墙前立波的生成以及相关物理模型试验进行模拟,数值结果与精确解和试验结果的良好吻合验证了耦合模型耦合方式的合理性以及处理非线性问题的准确性;然后使用耦合模型模拟分析了波浪与固定结构物间的相互作用,并将结果与线性解析解以及完全非线性BEM模型的结果进行了对比分析,进一步证明了耦合模型的正确性与高效性。     

库木库里背斜活动性初步研究

库木库里盆地位于青藏高原北缘,与柴达木盆地一山之隔,是二者的过渡地带,也是高原主体部分向NE扩展的前缘地区;现今构造表现为被3条大型活动构造带(走滑的阿尔金断裂带、东昆仑断裂带和逆冲的祁漫塔格褶皱逆冲系)所夹持。因此,该盆地对于研究青藏高原北缘的构造活动性、活动历史,探讨高原的扩展模式具有十分重要的意义。虽然库木库里盆地南、北两侧均发育活动性很强的大型走滑断裂,但是在盆地中央发育1条大型背斜,走向NWW-SEE,与祁漫塔格褶皱逆冲系和柴达木盆地内的褶皱构造走向一致,说明盆地目前遭受NNE向的挤压。通过对盆地地形横、纵剖面和阶地展布形态的分析,得出背斜有自西向东扩展变形的特征;野外调查和测年结果显示,背斜东段冰川融水形成了大型冰水扇,形成年龄为(87.09±2.31)~(102.4±3.7)ka,进而获得背斜东段自晚更新世以来平均隆升速率的最大值为(2.78±0.28)~(3.28±0.28)mm/a。库木库里盆地整体的活动性很强,在构造上与其北边的柴达木盆地类似,都受控于阿尔金断裂南侧的NNE向的区域挤压作用。     

基于扩展有限元分析的页岩水力压裂裂缝扩展规律探究

水力压裂是开采地下页岩气资源的有效技术手段,探究页岩水力压裂裂缝的扩展规律,可为页岩气的高效开采提供科学的指导依据。通过运用大型有限元软件ABAQUS中的扩展有限元模块,针对不同地应力差工况条件下均质页岩中初始裂缝的位置、方位角、数量和含层理页岩中层理的构造方向、内部倾角、岩性对水力裂缝扩展的影响进行探究。结果表明：对于垂向扩展的水力裂缝,水平主应力增大使裂缝更不易扩展,裂缝扩展长度减小、起裂压力增大;在注液体积流量相同时,向初始裂缝两端同时起裂所形成的水力裂缝长度大于仅向一侧起裂;当初始裂缝处于页岩中部且呈45°方向时,裂缝会向最大水平主应力方向偏转,且偏转程度随最大水平主应力的增大而增大;分时多簇压裂时,裂缝间的扩展会相互干扰,且会较大地影响裂缝扩展的形态和起裂压力,但对裂缝注液点裂缝宽度的影响较小;对于含水平和竖直构造层理的页岩,改变层理内部倾角,水力裂缝会出现不同程度偏转,且其偏转程度随着层理内部倾角的增大而减小;对于含45°方向构造层理的页岩,水力裂缝在层理分别为砂岩、煤岩和泥岩中的偏转程度依次增大,且裂缝偏移比随着最大水平主应力的增大而增大。     

基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推导出准压缩波qP、准剪切波qSV和纯剪切波SH的复速度、相速度、能量速度以及品质因子的解析表达式.对模型的正确性进行了数值验证,并分析了qP,qSV和SH波在介质中的传播特性.数值试验结果表明：本模型能够实现理想的恒定Q行为,表现了品质因子和速度的各向异性特征,显示出黏弹性增强将导致能量速度和相速度的频散曲线变化剧烈;速度和衰减各向异性参数与传播角度之间的耦合效应对qP,qSV和SH波的速度和能量影响明显;qP,qSV和SH波的频散曲线和波前面随着衰减各向异性强度的改变发生显著变化,其中耦合在一起的qP和qSV波变化趋势相同,而SH波与它们呈现相反的变化规律.本研究为从常Q模型角度分析地震波在衰减各向异性黏弹性介质中的传播特征奠定了理论基础.

     

亚洲赤道地区大气动能的纬向传播

基于 1980～ 1997年 85 0hPa逐日NCEP/NCAR再分析资料讨论了亚洲赤道地区 (0°～ 5°N)大气动能的纬向传播特征。结果表明 ,在亚洲季风区内 ,赤道地区大气动能 (K)的最强中心位于 75°～ 90°E ,次强中心在索马里急流区 (5 0°E附近 )。在 0°～ 5°N ,90°E以东 ,平均的大气动能扰动和赤道上经向风扰动主要起源于西太平洋 ,并向西经南海传播到孟加拉湾。而在孟加拉湾动能中心与索马里急流区之间 ,动能传播方向比较复杂。以上事实说明赤道地区东亚季风系统确实是存在的 ,与印度季风系统中扰动的传播方向不同 ,东亚季风系统中动能和经向风扰动在东西方向上主要受西太平洋的影响。在亚洲赤道季风区 ,这两个系统的交界处约在 95°～ 10 0°E附近 ,比过去界定的偏西 5～ 10个经度。     

On the propagation of an in-plane shear fault with super-S-wave velocity

The speedv, especially the problem whether super S-wave velocity in the classical model (linear elasticity fracture mechanics) exists, of spontaneous propagation of a shear fault is investigated theoretically. An in-plane shear crack propagating in the crack plane is taken as the model of the shear fault. The results obtained firstly by Kostrov (1975) is extended from sub-Rayleigh wave velocity to super S-wave velocity, and the analytical expression for the stress intensity factorK ₂ in the case ofα>v>β is derived. It is proved that for Poisson mediumK ₂ is positive and real in the velocity range (β, 1.70β). This demonstrates that (β, 1.70β) is the velocity range which fulfils the conditions for spontaneous crack propagation. The existence, convergence and positiveness or negativeness ofK ₂ forv in individual sections are examined, and it is found that for an in-plane shear crack: 1. There are three sections forv, i.e., [0.v _R], (β, 1.70β), andα, respectively, and 2. There are two physically reasonable sections forv, the first is [v _R, β], and the second is [1.70β, α]. These two forbidden sections behave as barriers to fault propagation. The analytical expressions derived in this paper are not only suitable to classical model, but also to the other derivative models (e. g., the slip-weakening model and the renomalization model etc.). The model considered in this paper is more realistic than the static model employed by previous authors. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica, 15, 9–14, 1993.     

高阶边界元方法求解规则波在三维局部渗透海床上的传播

基于线性势流理论,利用高阶边界元法研究了规则波在三维局部渗透海床上的传播。根据Darcy渗透定律推导出渗透海床的控制方程,利用渗透海床顶部和海底处法向速度和压强连续条件得到渗透海床顶部满足的边界条件。根据绕射理论,利用满足自由水面条件的格林函数建立了求解渗透海床绕射势的边界积分方程,采用高阶边界元方法求解边界积分方程进而得到自由水面的绕射势和波浪在局部渗透海床上传播过程中幅值的变化情况。通过与已发表的波浪对圆柱形暗礁的时域全绕射结果对比,证明了本文建立的频域方法计算波幅的正确性和有效性。利用这一模型研究了三维矩形渗透海床区域上波浪的传播特性,并分析了入射波波长、海床渗透特性系数等参数对波浪传播的影响。