颗粒沉降的格子Boltzmann模拟与PIV实验验证

在格子Boltzmann方法中引入大涡模拟,对球形颗粒在静水中沉降引起的紊动流场进行了数值模拟。数值模拟沉速与理论值以及粒子图像测速系统(PIV)实验结果吻合,验证了模型的合理性。同时分析比较了颗粒沉降过程中尾部紊动流场分布以及尾流流速值,发现数值模拟结果与实测结果趋势、数值基本一致,进一步说明了利用格子Boltzmann方法与大涡模拟技术相结合可以合理模拟泥沙颗粒在紊流区的沉降。     

四川兴文二叠纪风暴稳流场颗粒运动的分形研究

颗粒是一种分形介质,其尺寸大到若干米,小到若干埃。通过颗粒系统各种密度函数的研究,可以得到微观方面—分形颗粒的粒径分布分维对系统的影响,对表征颗粒流动性具有重要意义。根据分形介质DLK反映模型的一级反映扩散方程,把布朗颗粒的运动及热力学理论推广到风暴流场,得到Γ(t)-D模型,此模型把颗粒径的分布分维和颗粒的空间坐标(或位移)、密度(或浓度)等总体微观统计特征,及经过空间某一位置的速度、粒径随时间的动态变化行为和颗粒流动的不均匀空间分布结构特征等丰富的信息为作我们研究颗粒运动提供重要的理论依据。     

地下水对基坑开挖的影响以及防治措施的研究

基于地下水的不同类别及其特性,分析了包气带水、潜水以及承压水的影响及其预防措施。分析表明,对于包气带水和潜水其影响主要是引起基坑渗流,通过打隔水桩截断之即可收到很好的效果;对于承压水其影响主要是引起基坑突涌,分析了传统降水法（明沟排水、深井排水等）的效果及其存在的弊端。在新方法的研究中,基于球形颗粒理想化最松散堆积模型,研究了弹性条件下饱和土的力学特性。研究表明,基坑的破坏主要有两种方式,弯矩破坏和剪力破坏。利用材料力学原理分别计算出其最小隔水厚度hmin^s、hmin^w,理论分析表明,只要通过增设压板改变最大弯矩的值可以使hmin^s、hmin^w降到hmin。     

堆石料颗粒破碎特征的大型三轴试验研究

针对多个堆石料进行的大型三轴剪切试验,研究了颗粒破碎情况。结果表明,在试样制备过程所发生的颗粒破碎不可忽视。为了在固结开始前保持初始设计的级配,应将设计级配相应下调一定数值来制备试样。分析试验数据表明,大颗粒主要发生的是表面破碎,而整个试验过程中在剪切完成后的颗粒破碎率与围压之间呈线性增加关系,且风干样的颗粒破碎率小于饱和样的破碎率。     

锡林郭勒草地表层土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系

在锡林郭勒草地以400 m为间距均匀布设160个样点,采集各点表层0~1 cm土样,测定土壤机械组成,计算土壤粒度分形维数,分析锡林郭勒草地景观尺度土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系。结果表明：（1）分形维数越小,土壤质地越粗,分形维数与小于0.05 mm细颗粒含量显著正相关,与大于0.05 mm粗颗粒含量显著负相关;（2）分形维数随土地利用状况的变化趋势为禁牧>轻牧>中牧>重牧>耕地。在草地条件下,土壤容重值越大,分形维数越小;在耕地条件下,二者无显著相关关系;（3）分形维数越大,风蚀危险性越低,分形维数越小,风蚀危险性越高。     

BP神经网络遥感水深反演算法的改进

针对BP神经网络遥感水深反演算法（简称传统BP算法）的缺点,提出了改进型BP神经网络遥感水深反演算法（简称改进型BP算法）,其基本原理是在模型训练过程中反复运用粒子群算法对BP神经网络的权值和阈值进行优化以弥补传统BP算法的不足。试验表明：改进型BP算法的训练迭代收敛速度明显快于传统BP算法,浅水区的水深反演精度优于传统BP算法,且学习算法对初始权值和阈值不敏感。     

Hydraulic conductivity prediction based on grain-size distribution using M5 model tree

The hydraulic conductivity, K_s, is one of the most important hydraulic properties which controls the water and solute movement into the soil. It is measured on soil specimens in the laboratory. On the other hand, sometimes it is obtained by tests carried out in the field by a number of researchers. Therefore, several experimental formulas have developed to predict it. Recently, soft computing tools have been used to evaluate the hydraulic conductivity. However, these tools are not as transparent as empirical formulas. In this study, another soft computing approach, i.e. model trees, have been used for predicting the hydraulic conductivity. The main advantage of model trees is that, unlike the other data learning tools, they are easier to use and represent understandable mathematical rules more clearly. In this paper, a new formula that includes some parameters is derived to estimate the hydraulic conductivity. To develop the new formulas, experimental data sets of hydraulic conductivity were used. A comparison is made between the estimated hydraulic conductivity by this new formula and formulas given by other’s researches.     

PSO-GM(1,1,N,p,ξ)模型在变形预测中的应用

通过对传统GM(1,1)缺陷分析和改进的基于权的PGM(1,1)建模机理描述,顾及PGM(1,1)中背景值构造时取相同的参数不能充分降低模型的预测误差,对不同的时刻引入不同的参数来改进GM(1,1)背景值序列的计算公式,将这种背景值构造方法和灰元N引入GM(1,1)建立了新的白化方程。在建立的新的白化方程基础上,用龙格-库塔法以修正的初始值计算累加值的模拟序列。针对引入的参数较多问题,采用粒子群算法寻找满足相对误差均值最优的参数,从而建立了基于粒子群优化算法和加权灰色组合的PSO-GM模型。工程实例应用表明,新模型的拟合精度高,预测效果好,相对其他两种原有模型预测精度有明显提高。     

基于三维粒子系统的雪灾模拟与实时绘制方法

利用遥感影像反演积雪的范围与雪深是当前的主流方法之一,但是由于卫星影像获取的时效性约束,存在难以表示积雪动态信息、模型通用性弱、对遥感资料质量依赖程度高等问题。三维粒子系统作为一种优秀的不规则模糊物体模拟方法,可以大大提高自然现象三维场景的真实感。本文提出了一种基于三维例子系统的雪灾模拟与实时绘制方法,将降雪的物理属性及几何属性转化为雪粒子属性,并以物理引擎为基础,建立基于三维粒子系统的积雪模型和融雪模型,模拟降雪过程并计算积雪范围和积雪深度,真实再现雪灾场景和发展趋势,方法简单、可操作且约束较少。实验表明,该方法的模拟结果与实际灾情具有较强的一致性,算法具有可靠性,并能再现三维雪灾场景,具有实时性和逼真性。     

沟岸侧蚀对泥石流形成和运动过程的影响

沟岸被侧蚀掉的松散物质会通过动量交换将能量传递给龙头,从而影响泥石流的形成和运动过程。前人建立了许多模型来研究泥石流的侵蚀过程对泥石流形成和运动过程的影响,但是模型中大多以底蚀作用为前提条件。通过侧蚀模型和底蚀模型两种水槽实验的对比,针对泥石流的形成和运动过程展开研究。实验发现侧蚀作用更有利于泥石流的形成和运动,泥石流的龙头高度和速度都有波动特征,但侧蚀作用使得这种波动特征更加明显。侧蚀作用使得泥石流的龙身速度更快于龙头速度,龙身颗粒源源不断地堆积于龙头,使得龙头有较大的高度和附加坡降,因此,侧蚀条件下龙头的速度更快。