三维高密度电阻率法在堤坝工程中的模拟试验

为检测堤坝中裂隙、洞穴及渗漏层等隐患的存在,利用三维高密度电阻率法对数字模型和物理模型建立的裂隙隐患进行探测,结果表明室内建立的物理模型在立体图和分层切片图中裂隙的形态有些变化,但其分布范围、位置与相对各自模型中实际的比例尺寸相差不大,说明数值模拟得出的结论可以为实际工程进行理论指导,具有一定的参考价值。     

基于单元速度泰勒展开的上限原理有限元法

极限分析上限法较极限平衡法有着严谨的理论基础和物理意义。借助于级数展开的思想,通过对速度在单元形心点处一阶泰勒展开,得到了以形心点速度和速度一阶导数为基本未知变量的上限有限元法,该方法丰富了上限有限元基本理论,且可更好地表达与刚体上限法之间的联系。在形成新的上限法的同时,放松单元内任一点均需严格满足上限性质的要求,采用等面积多边形的形式代替外切多边形来逼近摩尔-库仑屈服圆。算例表明:该方法可稳定收敛到真实解,具有和传统Sloan法相同的收敛度;采用等面积多边形逼近形式时,较少的多边形边数即可取得较好的收敛效果,收敛速度大大提高。     

基于自适应松弛Picard法的高效非饱和渗流有限元分析

有效地模拟非饱和渗流过程对土质边坡稳定性分析、土石坝渗流、污染物迁移等众多领域有着重要的意义。描述非饱和渗流的Richards方程是具有强烈非线性的偏微分方程,通常需要采用有限元等数值方法并结合有效的迭代方法进行求解。Picard迭代法是实用的非线性计算方法,在非饱和渗流领域应用广泛,但经常会出现收敛震荡、速度缓慢和精度降低的问题。为提高计算性能,结合有限元法提出了一种高效的自适应松弛Picard法。通过模拟一维和二维渗流算例,并与传统方法的结果进行对比,对算法和程序的准确性、高效性和鲁棒性进行了验证。测试结果表明,该方法可以在保证计算精度的同时有效地减少数值震荡,提高收敛速度。研究成果对非饱和渗流有限元程序的开发和应用有一定的参考价值。     

均生函数与BP神经网络耦合模拟预测模型(MGF-BP-I)的建立与应用

水文气候因子模拟预测对气候变化研究、农业墒情预报、生态环境改善、水资源合理开发利用等具有一定参考意义。均生函数、BP神经网络及其结合改进方式在模拟预测中各有优点,被广泛应用,但仍有进一步改进空间。针对MGF、MGF-OSR、MGF-OSR-BP等方法粗选因子集、粗选集组合筛选、收敛适应性、精度控制等可改进空间,进一步发挥均生函数和BP神经网络优势,建立了MGF-BP-I模拟预测模型。利用MGF-OSR、MGF-OSR-BP、MGF-BP-I对科尔沁沙地区域平均年降水进行了模拟预测。结果表明,建模期MGF-OSR-BP、MGF-BP-I拟合效果均较好,MGF-BP-I建模阶段最优模式精度优于MGF-OSR-BP,MGF-BP-I整体同时最优模式结果也非常好。检验期,MGF-BP-I检验阶段最优及整体同时最优两种模式拟合效果最好,相比其他模式精度有所提高。MGF-BP-I考虑更加全面,充分发挥了均生函数和BP神经网络优势,精度远高于MGF-OSR和MGF-OSR-BP,MGF-BP-I整体同时最优模式更符合实际应用,效果理想,可用于水文气候因子模拟预测。     

尕斯库勒盐湖中CO_2-卤水-盐岩相互作用模拟研究

利用PHREEQC软件模拟CO2侵入后,尕斯库勒盐湖中CO2-卤水-岩盐之间的相互作用。CO2侵入卤水层后,卤水中元素的化学形态种类和大小发生变化,特别是碳酸盐型的络合物形态增多。CO2侵入后,除了碳酸盐、石盐和硫酸盐矿物达到饱和被析出外,其余矿物的不饱和程度加剧,卤水的TDS增大,pH值减小。卤水中U的含量在CO2侵入后发生沉淀而减小。研究成果对深入评估区域内盐水层CO2地质封存的环境风险和利用CO2分离提取盐湖卤水中的铀元素提供理论依据。     

以钻代槽勘查方法研究与应用

为解决槽、井探等传统地表揭露手段自身局限性问题及减少对环境的破坏,提出以钻代槽勘查方法研究的技术路线,总结归纳出浅钻技术方法与钻孔布孔方案,同时初步探讨了基于钻孔数据的三维地质建模方法。最后将以钻代槽方法成果在西藏等地进行了推广应用,验证了可行性和有效性。     

琼州海峡潮流能资源的数值模拟评估

近年来,我国能源消耗量不断的增长使我们更加重视可再生能源的开发利用,而我国近海拥有复杂的海岸线和广阔的大陆架,其中许多海域蕴藏着丰富的潮流能资源。潮流能资源评估则是其电站站址选择、发电量预测等工程设计的首要工作。结合两个站位的潮流实测数据,本文利用FVCOM海洋环流数值模式较好的模拟了琼州海峡潮波传播状况,分析了该海域潮流能资源水平分布规律和时间变化特征,初步估算了该水道的潮流能的理论蕴藏量,并采用FLUX方法对该水道的技术可开发量进行了评估。结果表明,琼州海峡中心海域功率密度高,两岸资源低;可能最大流速、大潮年平均最大功率密度、小潮年平均功率密度和年平均功率密度等特征值分布基本相似;其丰富区域出现在海峡东口南部海域以及海峡中部海域,其中东口南部海域可能最大流速可达4.6 m/s,表层流大潮年平均最大功率密度为5996 W/m²,小潮平均最大功率密度仅为467 W/m²,年平均功率密度为819 W/m²,代表点超过0.7 m/s的潮流流速年统计时间约为4717 h;海峡潮流能资源理论蕴藏量为189.55MW,利用FLUX、FARM、GC方法得到该水道的潮流能可开发量分别为249GW/yr、20.2GW/yr和263GW/yr。     

春季黄海海雾中的激光衰减特性研究

海雾严重影响舰艇航行,而且在雾中舰载激光武器和激光雷达的工作效能受到制约。因此,研究激光在雾中的衰减特性对军事行动具有重要的科学意义。基于WRF中尺度气象研究模式,对2015年3月28日-4月1日的海雾过程进行模拟分析,发现使得海雾维持的是黄海南部输送来的暖湿气流,随后一个很强的冷高压使得风向转北,干冷平流切断了水汽输送,破坏了逆温层结构,海雾消散。考虑到春季黄海海雾产生和消散的天气形势,在海雾刚产生时,下风区的激光衰减系数小;海雾维持过程中,海雾雾区的外围衰减系数小;海雾快要消散时上风区衰减系数小。研究发现,海雾可以使得10.6μm红外激光的探测距离大大减小,在浓雾情况下,探测距离仅为正常情况下的2%。     

锥形振荡浮子入水冲击问题的数值模拟研究

锥形振荡浮子在波浪能转换装置中应用非常广泛,在其服役期间,由于较小的设计吃水深度或为防避极端海况的需要,它们经常会离开水面;当其再次入水的时候,浮子底部就会受到入水冲击。入水冲击总是伴随着巨大的冲击压强以及冲击载荷,会导致浮子的结构性及疲劳性破坏,从而影响浮子的工作寿命。基于Fluent软件对锥形浮子的入水冲击过程进行了模拟仿真,研究了具有不同斜升角的锥体在入水冲击过程中所受的冲击压强、冲击载荷、冲击速度的时空变化规律,以及各冲击参数之间的关系。结果发现:(1)锥形浮子在入水瞬间的毫秒量级时间内受到极大的冲击压强和冲击载荷;(2)最大压强出现在锥顶点处,且锥顶点压强和锥表面压强之间的差距随着入水深度的增加而逐渐减小;(3)锥顶点压强峰值早于冲击载荷峰值而出现,并且两者之间的时间间隔随着锥体斜升角的增加而增大;(4)其他条件不变时,斜升角越小的锥体其所受的入水冲击越大。     

半潜平台浮子式系泊系统参数优化研究

通过在系泊缆中设置浮子可以改善系泊系统性能,降低平台运动响应。建立浮子式系泊系统的数值计算模型,验证浮子式系泊系统数值计算方法,详细分析浮子设计参数(设置位置和净浮力大小)变化对系泊缆张力特性与平台运动的影响规律,并根据得到的规律选择了优化的浮子系泊系统方案。最后对优化方案进行评估,表明优化方案可以显著降低系泊中的平台水平运动,尤其是低频运动,同时系泊缆张力变化不大,仍满足安全要求。研究结果可为今后浮子式系泊系统设计提供参考。