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。     

2020年7月两次入海江淮气旋爆发性与非爆发性发展特征对比分析

利用高时空分辨率的欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)对全球气候的第五代大气再分析数据集(European Re-Analyses 5, ERA5),对比分析了2020年7月淮河上游地区的两次江淮气旋过程,并结合海洋—大气—波浪—泥沙耦合模式(Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport modeling system, COAWST)进行敏感性试验,探讨同一气候尺度背景下,高低频大气环流形势和海气耦合作用对江淮气旋的影响。结果表明,低空环流形势的高频变化和海表温度的升高对气旋的大风影响和强度发展有重要作用。低空环流形势中,存在“气旋—反气旋—气旋”环流天气尺度波列,易造成气旋大风叠加增强;海气交互界面的高海表温度加热作用导致的感热和潜热释放通过气旋北部弯曲锋面强烈的上升运动,为气旋发展提供能量,促进气旋入海后爆发性增强。     

大气边界层动力学和植被生态过程耦合的一个简单解析理论

发展了一个大气边界层动力学和植被某些生态过程相互作用的简单模式,求得了这个耦合模式的解析解,分析了植被反照率和冠层阻抗(气孔阻力)对大气运动及植被温度的影响,这一相互作用的方式可为进一步发展大气运动和生态过程相互作用的、更复杂的数值模拟模式提供参考.     

特殊构造条件下煤炭综放开采顶板涌水机理及防治

煤炭资源开采中采场顶板水水害是威胁工作面安全生产的灾害之一。以兖州矿区东滩煤矿综放开采14310工作面在回采过程中的涌水情况为例,在分析地质和水文地质条件基础上,从构造控水机理出发,分析了工作面特殊构造条件下顶板砂岩含水层的赋存规律和涌水规律,实施了14310工作面安全回采的探、放水工程、泄水巷工程和完善排水系统等相关水害综合防治方法,最终实现了工作面的安全回采。      

综放采空区特性与氧浓度分布关系研究

在现场束管监测实验的基础上,分析总结了综放采空区特性。根据计算流体力学原理,采用FLUENT数值模拟计算软件,针对综放采空区的不同特性,分别对采空区氧化带和窒息带的关键划分指标＂氧浓度＂进行数值模拟。将模拟结果与实测结果进行比较,讨论了在考虑综放采空区不同特性情况下的数值模拟结果对采空区自燃＂三带＂,即＂散热带＂、＂氧化带＂和＂窒息带＂划分的影响。结果表明,综放采空区特性对于氧浓度分布起着非常重要的作用,在数值模拟过程中必须予以考虑;忽略采空区特性的数值模拟结果与实测结果存在较大差异;模拟结果的精确与否取决于对问题的了解程度和边界条件的设定精度。     

闽台主要城市人口迁移模式及其与经济发展耦合关系的比较分析

在不同经济模式下的城市人口迁移模式及其与经济发展的耦合关系都必然存在着差异,这里选取了具有典型的地理相似性和经济发展时序递差性的福建省和台湾省的主要城市（福州、厦门、泉州和台北、基隆、台中、台南、高雄）为研究对象,从迁入人口、迁出人口和净迁移人口3个角度,详尽地比较分析了这8大主要城市人口迁移模式的特征和差异,并在此基础上分别建立了闽台城市人口迁移模式与其社会经济发展阶段的耦合关系,以期能够为福建省未来的人口迁移的发展和管理提供一定的借鉴作用.     

防水措施对堤坝地震液化影响的数值分析

通过基于有效应力的完全耦合动力分析方法,研究了混凝土面板坝在地震作用下的动力响应,详细地讨论了堤坝迎水面斜坡上铺设的防水毯对堤坝地震液化的影响。计算中土体采用Cyclic mobility本构模型,该模型通过在修正剑桥模型上增加应力诱导各向异性、超固结和结构性的概念及其相关发展准则,可以很好地描述可液化土体的动力特性。计算结果表明防水毯的存在可以有效降低坝体的地下水位浸润线,增加坝基的初始有效应力,从而降低坝基地震液化发生的可能性,同时坝体的变形明显减小。     

Assimilation of ASAR data with a hydrologic and semi-empirical backscattering coupled model to estimate soil moisture

The most promising approach for studying soil moisture is the assimilation of observation data and computational modeling.However,there is much uncertainty in the assimilation process,which affects the assimilation results.This research developed a one-dimensional soil moisture assimilation scheme based on the Ensemble Kalman Filter(EnKF)and Genetic Algorithm(GA).A two-dimensional hydrologic model-Distributed Hydrology-Soil-Vegetation Model(DHSVM)was coupled with a semi-empirical backscattering model(Oh).The Advanced Synthetic Apertture Radar(ASAR)data were assimilated with this coupled model and the field observation data were used to validate this scheme in the soil moisture assimilation experiment.In order to improve the assimilation results,a cost function was set up based on the distance between the simulated backscattering coefficient from the coupled model and the observed backscattering coefficient from ASAR.The EnKF and GA were used to re-initialize and re-parameterize the simulation process,respectively.The assimilation results were compared with the free-run simulations from hydrologic model and the field observation data.The results obtained indicate that this assimilation scheme is practical and it can improve the accuracy of soil moisture estimation significantly.     

基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究

针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体梁结构滑落失稳压架使工作面矿压显现剧烈的特点,建立了含中心斜裂纹的悬臂梁结构破断的力学模型,应用断裂力学理论,分析了悬臂梁破断失稳的影响因素,推导了支架荷载的表达式。结果表明：裂纹倾角和长度是悬臂梁破断失稳的主要影响因素;支架荷载除与悬臂梁自身因素有关外,还与砌体梁垮落步距等因素相关。结合塔山煤矿8102综采工作面地质条件,计算了支架荷载的理论值,验证了理论分析的合理性。理论研究成果对于分析特厚煤层开采时的支架荷载的大小,合理选择支架减少顶板事故具有一定的工程实际意义。