Numerical Simulation of Strongly Stratified Flow Over a Three-Dimensional Hill

A numerical study of stably stratified flow over a three-dimensional hill is presented. Large-eddy simulation is used here to examine in detail the laboratory experimental flows described in the landmark work of Hunt and Snyder about stratified flow over a hill. The flow is linearly stratified and U/Nh is varied from 0.2 to 1.0. Here N and U are the buoyancy frequency and freestream velocity respectively, and h is the height of the hill. The Reynolds number based on the hill height is varied from 365 to 2968. The characteristic flow patterns at various values of U/Nh have been obtained and they are in good agreement with earlier theoretical and experimental results. It is shown that the flow field cannot be predicted by Drazin's theory when recirculation exists at the leeside of the hill even at UNh 1. The wake structure agrees well with a two-dimensional wake assumption when U/Nh 1 but lee waves start to influence the wake structure as U/Nh increases. The dividing-streamline heights obtained in the simulation are in accordance with experimental results and Sheppard's formula. The energy loss along the dividing streamline due to friction/turbulence approximately offsets the energy gained from pressure field. When lee waves are present, linear theory always underestimates the amplitude and overestimates the wavelength of three-dimensional lee waves. The simulated variations of drag coefficients with the parameterK (=ND/ U) are qualitatively consistent with experimental data and linear theory. Here D is the depth of the tank.     

非对称交通荷载作用下拓宽路堤动力特性分析

针对山西省境内长期承受非对称交通荷载的公路拓宽路堤,采用FLAC~(3D)建立数值模型,土工格栅采用FLAC~(3D)内置土工格栅单元(geogrid)模拟,其余部分均采用实体单元,屈服准则采用Mohr-Coulomb准则。将交通荷载简化为半正弦波荷载,分析非对称交通荷载作用下不加筋和加筋两种工况下拓宽路堤的变形特性及稳定性,进而改变拓宽路堤部分填土参数、交通荷载幅值、频率和行车间隔等参数,分析其对加筋工况下拓宽路堤变形的影响。结果表明:非对称交通荷载作用下,设置土工格栅加筋对新、旧路堤变形的约束作用有限,但能提高路堤的整体稳定性;增大拓宽路堤填土的压缩模量和黏聚力,可减小新、旧路堤沉降差;增大交通荷载一侧幅值会引起新、旧路堤过大差异沉降;增大交通荷载频率和时间间隔,路堤沉降均逐渐减小,但沉降差保持不变。上述结论对受非对称交通荷载拓宽路堤的施工提供了一定的理论依据。     

我国国家大地网的地壳形变改正探讨

以2000网为例,根据1991~2001年累积的GPS重复观测资料,利用GIPSY软件建立具有1115个测点的地壳运动模型。在此基础上,采用双三次样条函数数值拟合法,模拟出2000网网点相对西安基准站的地壳形变改正值,并给出了效果图。     

楔形体在波浪中自由入水的数值模拟

物体入水时波浪的影响不可忽略,基于流体力学模型采用VOF法,并利用自定义函数,模拟了楔形体的自由入水过程;同时结合推波板原理及海绵层消波理论实现了数值水槽的造消波,完成了波浪中楔形体自由入水的模拟,计算了楔形体入水时所受的水作用力、自由液面变化及物面压强分布等,研究了不同波高、周期以及在波浪不同位置入水时对楔形体的影响。结果表明:本文建立的数值模型可很好地模拟楔形体入水造成的射流及空泡的形成发展过程,波浪对楔形体入水的影响主要由波浪内部流场变化及表面波形决定,在波浪不同位置处入水对楔形体受力及入水形态均有较大影响。     

三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征

三峡库区新城区迁建多采用就地后靠方式,工程扰动叠加强降雨往往诱发滑坡失稳。基于重庆巫山江东小区金鸡岭滑坡,对其影响因素和成因机制进行探讨。工程扰动不仅是传统认为的后缘加载、前缘削脚作用,更重要的是坡体表层土方堆填阻断了滑坡体地表水泄流通道,使地表水向地下水转化。强降雨作用下滑坡体内地下水位明显升高,导致金鸡岭滑坡2018年8月1日前后发生较大变形。采取降水井抽排地下水等应急处置后,滑坡变形明显趋缓,可见工程扰动导致的地下水升高是该滑坡诱发的关键因素。数值模拟表明,工程扰动后稳定系数明显降低,对应堆填区渗流场变化明显,渗流加剧,孔隙水压力、水力梯度、总水头上升,结合达西定律与有效应力原理可知渗透力增加,抗剪强度削弱,诱发滑坡变形。     

煤矿老窑采空区地—井TEM响应特征

瞬变电磁法在我国广泛应用于煤田水文地质勘探和采空区调查,但由于方法本身的特点,地面装置纵向分辨率低,无法实现采空区精细探测。在山西某煤矿采空区探查项目中,通过岩心、测井曲线,结合以往电法勘探经验,建立了简单的煤系地层采空区模型,数值模拟了均匀半空间采空区含水、不含水时的地面瞬变电磁响应和三维水平薄板的地—井瞬变电磁响应,并结合实际案例探讨了采空区的地面、地—井瞬变电磁特征,证实了地—井瞬变电磁法具有较高的纵向分辨率,为采空区精细探查提供了思路。     

东中国海环流及其季节变化的数值模拟

关于东中国海环流的研究，国内外学者已做了大量的工作。早期科学家们主要依赖于对温盐资料和少数测流资料的分析研究对渤、黄、东海的环流结构有了较系统和深入的认识。东中国海环流是由一个气旋式的“流涡”组成，东侧主要是北上的黑潮-对马暖流-黄海暖流及其延伸部分；西侧为南下的沿岸流系。黑潮对东中国海环流的影响是如此之大，以致于除了某些局部区域外，上述海域主要流系的冬、夏季分布形式比较相似而无本质上的差异(胡敦欣等，1993)。但本文所研究海域正处于世界上最显著的季风区，冬、夏季盛行风向基本相反，过渡季节(春、秋季)风向多变，风力减弱；海洋热盐结构季节变化明显(如冬季混合强，而夏季层化明显等)，这些因素都使得东中国海环流存在着较明显的季节变化。 自20世纪80年代以来，东中国海环流的数值模拟工作逐步展开，并已成为研究环流结构及其形成机制的强有力工具。但由于数值模式本身以及计算方案的缺陷(如有些学者用固定的风场、温盐场对东中国海环流进行诊断模拟等)和观测资料的不足，数值模拟的结果难以得到验证，渤、黄、东海的环流研究中仍有大量的问题存在争议，以待澄清。例如，台湾暖流的来源、流径;对马暖流的来源;夏季黄海暖流的流径以及黄海冷水团环流等均有不同的论述。对黄、东海环流季节变化的数值模拟工作也较少，多用冬、夏典型月份的风场强迫积分至稳定态，给出冬、夏季环流，这种做法值得商榷。三维环流模式很难在1个月内达到稳定态，尤其是夏季层化明显、风力减弱的情况下，非常定风场的影响更应引起人们的重视。 本文采用比较符合实际的计算方案，用年循环风场和海面热通量场为外强迫，对渤、黄、东海的环流及其季节变化进行了模拟，并对一些争议问题进行了探讨。     

盾构法开挖地铁联络通道对地表沉降的影响研究

世界首条盾构法联络通道一宁波地铁联络通道已经将盾构法挖掘地铁联络通道变为现实,但对于盾构法联络通道挖掘对地表沉降的影响还缺乏足够的认识和积累。以宁波地铁3号线某区间的地铁联络通道开挖为例,对盾构法联络通道施工过程进行了试验测试及CAE(Computer Aided Engineering)仿真,并成功地完成了施工过程中各个工况地表沉降仿真与测试的标定分析,得到了沉降幅值在各工况下的变化规律,指出盾构地铁联络通道施工过程中需要关注的危险工况,据此形成了一套真实、可靠、先进的仿真流程,可为联络通道后续沉降监控及其它联络通道施工过程的沉降预测提供支持。     

厄尼诺与东亚暖冬的数值模拟

应用全球大气环流谱模式(ECHAM3),根据实际观测的海面温度资料,从1979年1月1日长期积分至1992年。模拟了厄尼诺年的东亚暧冬和弱冬季风现象。对于模拟的结果进行了初步讨论。     

石香肠构造研究进展

100多年来，石香肠构造的研究取得了巨大的进展。出现了骨节状石香肠、不对称鱼嘴构造、复合石香肠等新的构造样式。在石香肠构造形成理论研究上，关于断裂石香肠构造形成的理论推导、肿缩石香肠构造形成的流变参数的限制、多层石香肠构造在大地构造研究中的应用、石香肠构造控矿以及石香肠构造流变计的研究已经展开并取得了较大进展。理论研究的深入和应用研究的拓展还需要借助其他学科的研究成果。