砾石单元法与SPH耦合模型在数值波浪水槽中的应用研究

为研究以流体粒子描述波浪运动,以固体单元描述砾石运动的两相介质大变形运动,在港口、海岸工程科学研究中具有重要意义。本文提出砾石单元法（GEM）,介绍了光滑粒子动力学方法（SPH）和GEM的基本原理,阐述了GEM与离散单元法（DEM）的异同之处,说明了采用SPH方法与GEM构建波浪砾石耦合运动数学模型的方法和过程。应用SPH方法建立数值波浪水槽,用GEM模拟波浪作用下堆积砾石的滚落、坍塌变形,构建了SPH方法与GEM耦合数学模型。模拟了水槽造波和波浪生成过程和波浪作用下砾石的滚落、坍塌变形,并与物理模型试验成果进行了比较,结果基本吻合。本文提出的GEM法具有模拟单相堆积砾石运动和堆积砾石与流体粒子耦合多相介质运动的功能,是对DEM法的补充和改善。本文提出的堆积力学球概念和拟序排列求解方法是砾石单元法的重要组成部分。     

基于热红外图像的海面油膜面积的测算方法

针对现有油膜检测技术难以准确测算油膜面积且检测精度受天气条件影响大的问题,本文提出了一种基于热红外图像的海面油膜面积测算方法。采用波段为 8耀14 滋m 的红外热像仪获取海面油膜的热红外图像,对采集的油膜图像进行预处 理 （灰度化、中值滤波和锐化）;基于图像灰度分布特征分割油膜区域 （感兴趣区域,ROI）,采用形态学操作对 ROI 进行填充、腐蚀与膨胀,并对 ROI 进行数学表征;通过像素面积法计算 ROI 实际物理面积。实验结果表明：在不同的外界天气环境下 （如海浪、海风、海雾、不同光照等环境）,该方法对不同黏度的石油样品在海面形成的油膜均有良好的检测精度, ROI 面积计算平均误差为 3.77%。     

两种测高重力异常反演海底地形方法比较

针对基于测高重力异常反演海底地形理论众多、选取标准无法确定的情况,利用中国南海海域内的测高重力异常和船测水深数据研究比较了重力地质法(GGM)和SmithSandwell (SAS)法两种精度高、计算速度相对较快的海底地形反演理论。其中,GGM方法的密度差异常数Δρ由向下延拓技术确定为2.15 g·cm-3,SAS方法采用移去-恢复技术得到反演波段内重力异常和水深数据。结果表明:测线分布条件一定时,水深多在-1 000 m左右或反演区域岛礁、海山等复杂海底地形较多时选取SAS方法,水深主要在-3 000 m以深的区域或海底地形复杂程度不高时选取GGM方法则能获取更好的效果,其效果最优处与船测水深在检核点处的差值最优平均值能达-0.61 m,标准差可达14.67 m。     

大跨径桥梁挠度变形监测技术应用实践

在大跨径桥梁的静载试验过程中,挠度是重要的技术参数,为确保挠度变形监测成果的可靠性,以某斜拉桥为例,综合应用精密水准测量法、连通管式挠度监测法和全站仪三角高程法,相互检核验证,分析评价内符合精度和外符合精度。结果显示,在封闭交通和温度相对恒定的环境下,几种方法的挠度监测结果均满足规范要求,但各有不足。由于受监测环境温度、车辆荷载、仪器自身精度等诸多因素制约,精密水准和连通管法结果较为接近,三角高程法则略有差异,应结合有限元模型和控制截面应力应变结果综合分析。3种方法相互检核,实现不同挠度测量方法的有益补充。     

石崆山Ⅱ段岩质高边坡稳定性的工程地质系统分析研究

岩质高边坡稳定性的分析评价涉及工程地质学、岩体力学、计算科学等多学科交汇的问题,是一较为复杂的系统工程问题。在系统分析岩质高边坡赋存的地质背景和环境条件的基础上,采用系统分析评价、综合集成的方法应是研究分析和解决该问题的有效和最佳方法。针对漳龙高速公路石崆山Ⅱ段岩质高边坡工程,在系统分析边坡工程地质特性的基础上,采用赤平极射投影法和有限单元(FEM)法等,进行综合评价和系统分析,获得的稳定性结论,已正常运营使用若干年,反映了系统分析,综合评价方法是成功和有效的。它表明,综合评价、系统分析应是岩质高边坡稳定性评价分析的重要途径;它的综合内容和集成方式及其完善与工程实用性,有待进一步深入的研究和工程实践的运用及其经验的积累。     

软土地区人工冻土无侧限瞬时抗压强度的试验研究

冻结法施工在上海隧道建设中(如隧道旁通道、地下泵房等的设计与施工)得到广泛应用,也曾引发过严重的地质灾害(如上海地铁4号线外滩段的地质灾害)。因此安全、经济、合理地将冻结法用于上海软土地区隧道建设中已经成为上海工程建设中的一个重要的研究课题。本文以上海复兴东路越江隧道旁通道冻结法施工中遇到的第⑥层粉质粘土及第⑦层粉细砂为研究对象,针对设计冻结壁重要强度参数无侧限瞬时抗压强度,进行了室内试验研究,揭示了两种土的冻结强度随温度的变化关系,同时研究了粉细砂的冻结强度随含水率的变化规律。     

柴达木盆地北缘结绿素-红山地区古新统至中新统沉积相

根据柴达木盆地北缘露头剖面、钻井剖面的地层学和岩石学研究所取得的各种定量及定性资料,采用冯增昭教授倡导的单因素分析多因素综合作图法,编制了柴达木盆地北缘结绿素—红山地区古新统—始新统、渐新统和中新统的各种单因素图和沉积相图。这是首次将定量的沉积相研究方法应用于柴达木盆地的古新统至中新统。结绿素—红山地区古新统至中新统发育2种沉积相类型,即冲积扇和辫状河。其中辫状河可划分为砾质辫状河和砂质辫状河。古新世—始新世发育冲积扇—辫状河—湖泊沉积体系,渐新世—中新世发育辫状河—湖泊沉积体系。从古新世到中新世,柴达木盆地北缘经历了由大规模冲积扇沉积到辫状河沉积的演化过程。     

洱海流域生态系统质量变化及其对气候因子的响应

利用多源遥感数据和气象观测数据,基于生态系统生产力指数(EPI)、稳定性指数(ESI)和承载力指数(EBCI),构建遥感综合评价模型,就洱海流域2005—2020年的生态系统质量进行量化研究,并分析其变化与气候因子的相关性。结果表明：洱海流域生态系统质量综合指数(EQCI)均值为56.49(总分100),EPI、ESI和EBCI三项指数均值分别为49.05、74.16和56.97,可见洱海流域生态系统稳定性较好,16 a间EPI、ESI、EBCI和EQCI均呈上升趋势。不同生态系统间,生态质量水平从大到小为：森林>草地>农田>城镇>湿地>水体。当土地类型转变为城镇类型会对生态系统质量带来一定负面影响。草地、森林和农田生态系统中气温和降水与EQCI多呈正相关关系,城镇生态系统中气温与EQCI多呈负相关关系。     

1961—2020年辽宁省气候年景分析及综合气候年景评价

选用1961—2020年辽宁省61个国家级气象站逐日降水、气温和天气现象数据,根据辽宁省气候特点,分别建立雨涝年景、干旱年景、低温年景、高温年景和暴雪年景评价指标,构建辽宁省综合气候年景评价模型,实现辽宁省雨涝、干旱、低温、高温、暴雪单要素气候年景以及综合气候年景的量化评估。结果表明：近60 a辽宁省高温年景显著增强,低温和暴雪年景显著减弱,干旱和雨涝年景无显著变化趋势。综合气候年景存在15 a左右的年代际振荡周期,20世纪80年代后为显著的准3 a年际振荡周期。经历史重大天气气候事件、灾情以及业务实际应用对评估结果检验表明,建立的年景评估方法较为合理,可用于辽宁省气候年景评价。     

基于模型试验的富水砂层新意法变形控制研究

为了研究富水砂层中新意法施工的变形控制,本文以青岛地铁3号线保河区间隧道为研究对象,采用自行设计的模型试验,通过对孔隙水、土压力、核心土变形与地表变形的监测,开展新意法在富水砂层中隧道开挖中的变形机理研究。试验中进行了对新意法施工过程的模拟,以循环进尺4 cm进行开挖。结果表明,在全支护条件下的第1～2循环,新意法对围岩及地表变形有很好的控制作用,但由于巨大的水压力,加固薄弱处可能出现管涌现象;在极限破坏状态试验中,水压的加大及钢拱架、喷层的缺失导致在第6循环开挖时,隧道于小导管注浆加固尾端发生了小规模土体塌落;当水压力达到一定程度时,砂层发生瞬时坍塌。表明新意法适用于富水砂层隧道的施工,在施工过程中,应注重加固效果和旋喷桩间的搭接,且在拱脚部位也应具有一定厚度的加固体;富水条件下砂土性质非常不稳定,砂土从变形较小到大变形几乎是瞬间发生的。