深海浮球内部气压对水下内爆波的抑制机理

深海潜器常携带中空浮球来为其提供浮力。陶瓷因其高强度、低密度等优点成为浮球的理想材料。然而,中空结构在外部高压环境下易发生内爆,产生的内爆波会对周围结构产生毁灭性损害。为了探索浮球内部初始气压对内爆波的影响,首先,利用气泡动力学对其不考虑球壳影响时进行理论分析,得到内爆波压力脉冲沿径向以指数?1 衰减,并指出其物理意义和隐含假设,进而从能量分析得到增加内压使压缩空气消耗的能量增加,从而减弱释放到水中的压力波能量;其次,采用三相流固耦合有限元模型进行计算,考虑水的可压缩性和球壳因挤压引起的脆性破裂的影响,得到更为接近实际的内爆压力的分布。由于两侧挤压球壳,外部的水在不断扩大的缺口处产生向内的射流,造成内部气体非球形塌缩,后续压力波呈现出与球壳碎裂方式有关的方向性差异。通过有限元模型对内部初始气压的研究表明,增加初始内部气体压力到 1 MPa 时,压力脉冲在球壳表面处下降了 15. 6%~24. 8%。这一结果表明,在几乎不增加浮球质量的条件下,增加内部初始气压具有很好地抑制近端内爆波强度的效果。     

未来北极夏季陆面气温变化区域特征及其与北大西洋海面温度的关系

未来变暖背景下北极气候变化特征研究具有重要意义,基于国际耦合模式比较计划第六阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6）中对北极气候变化模拟能力较好的模式模拟结果,研究SSP2-4.5情景下21世纪北极2 m气温的时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）极地陆地的欧亚大陆（Eurasia,EA）和北美-格陵兰（Greenland,GL）对全球变暖具有不同的响应。EA在21世纪中叶前变暖趋势显著,之后主要表现为年代际尺度的冷暖振荡;GL则始终保持增暖趋势。EA、GL分区气温均存在年际、年代际（10~20 a）尺度上的波动,GL分区还存在20~40 a的准周期变化。（2）前冬北大西洋涛动正位相会引起次年夏季北大西洋呈南北向“-、+、-”三极型海面温度异常,并通过影响大气环流导致EA分区气温正异常,这种影响主要体现在年代际尺度上。（3）北大西洋多年代际振荡为正异常时,北美至格陵兰位势高度偏高,GL分区增暖,并且这种影响在21世纪70年代后更重要;北太平洋北部的海面温度正异常对GL分区增温也有贡献。     

中国及邻区现代构造应力场的数值模拟

我国及邻区的现代构造应力场作为一平面应力问题用有限单元法进行了计算。将本区地壳看成是一不均匀的弹性板,根据各地区杨氏模量E、泊松比v和地壳厚度T的不同,组成12种材料区。全区被分成288个三角形单元。考虑了五种应力和位移边界条件,这些边界条件分别反映了印度洋板块、太平洋板块及菲律宾海板块对我国及邻区施加应力的相对大小。将计算得到的最大剪应力值与强震分布进行对比,将最大主压应力方向与震源机制解的最大主压应力方向进行对比,选择一种和实际符合得最好的边界条件作为可取的模式。结果表明:来自印度洋板块的作用力最大,大约是来自太平洋板块和菲律宾海板块作用力的两倍。     

锦屏大理岩动态劈裂拉伸破坏及能量演化特征分析

劈裂拉伸破坏是隧洞围岩失稳破坏的主要形式之一。现阶段,在动态劈裂条件下岩石裂纹扩展及对应阶段的能量演化机制鲜有涉及。基于此,采用分离式霍普金森压杆对锦屏大理岩试样进行了不同弹速下的劈裂试验,并借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟试样动态劈裂破坏过程。从试验测试和数值计算角度,重点分析大理岩劈裂过程中的裂纹扩展机制以及能量演化特征。结果表明：在应变率为5～35 s−1时,大理岩的动态拉伸强度与应变率呈线性正相关,同其他地区大理岩相比较,锦屏大理岩的应变率敏感性相对较低;随着弹速的增加,系统内能和动能均增大,在试样破坏的瞬间系统内能降至最低;采用标定的Cowper-Symonds本构模型参数进行数值模拟,所得的试样最终破坏形态与试验观察到的现象基本一致。研究结果可为具体工程应用提供指导和参考。     

厦蓉高速公路某隧道洞口段开挖对仰坡变形影响的数值分析

针对一座浅埋偏压隧道,采用FLAC3D对该隧道进口段进洞开挖进行动态施工三维数值模拟。基于围岩应力分布特征,仰坡坡面轴向和横向位移的变化特征,分析了偏压浅埋隧道洞口段开挖引起的仰坡变形规律。计算结果揭示：仰坡后缘下沉,前缘向洞心外有移动趋势;隧道开挖引起隧洞洞身附近岩体出现较大应力集中和变形现象,洞口段洞身以上仰坡坡面主要以竖向沉降为主,洞身两侧向洞内挤压。在此基础上提出了保证仰坡稳定和安全进洞的一些建议。     

地面瞬变电磁勘探中源外地形的影响

起伏地形为中国矿产资源的发现和勘查造成了极大困难,为了避免复杂的地形效应,在地面瞬变电磁勘探中尽量将发射源与接收点布置在地形平缓处,但源外起伏地形的影响仍然存在。目前,对地形影响的分析大多从测道曲线图或者视电阻率断面图进行定性判断,较少从整个观测时间段内量化评估地形影响的程度。基于有限元法实现了带地形条件下矩形回线源的瞬变电磁三维正演,在源外构造了山脊、山谷地形,将地形与发射源的距离、大地电导率、异常体电导率作为变化参数,给出了整个观测时间段内在不同接收点处地形造成的相对误差分布,从而分析了源外地形对电磁响应的影响规律。结果表明：源外地形对电磁响应的影响主要集中在某个时间段内,随着与发射源距离增大,地形作用减弱,受影响区域也推移到较晚期时间段上;随着大地电导率增大,地形主要影响区域会推移到较晚期时间上,但受影响程度基本一致;相同几何尺寸的山谷地形比山脊地形对电磁响应的影响更大;地形、异常体对电磁响应的影响可以分离,如果异常体产生的二次场比较强,地形效应的影响相对较小,可以忽略地形影响。研究结果为地面瞬变电磁勘探中地形效应的识别与后期处理解释提供了理论依据。     

地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元数值模拟

为探讨用数值方法模拟地震孕育、发生、发展动态过程的途径,从线性流变体介质内制约质点运动的运动方程出发,导出了模拟地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元方程及程序。还给出了模拟进程中地震孕育、发生、发展过程的约束条件,使得可以用同一个程序完整地模拟地震孕育、发生、发展的全过程,为地震过程本质的认识以及物理预报的实现提供了一个潜在的新手段。     

某电厂氯化物在地下水中迁移规律研究

为了研究污染物在地下水中的迁移规律,本文以某电厂地下水中氯化物作为预测因子进行数值模拟。对研究区含水层物质组成、边界条件、初始条件及源汇项等做简化,采用GMS软件建立水文地质模型,在简化的水文地质模型的基础上开展地下水中污染物迁移规律研究。研究结果表明：在污染物排放规律简化为连续恒定排放的点源工况下,（1）污染物平面迁移范围以泄漏点为中心呈椭圆形扩散,污染晕长轴为地下水流动方向;（2）污染物最大迁移距离及污染影响范围均随时间不断增加,但是变化速率不断降低;（3）距离污染源较近的位置,污染物浓度随时间不断增加,但是浓度变化速率逐渐降低;距离污染源较远的位置,污染物浓度随时间不断增加,初期浓度变化速率随时间不断增加,后期浓度变化速率随时间逐渐降低。     

冷泉活动区气泡羽状流数值模型研究

羽状流对天然气水合物的识别起到了间接指示作用,为研究冷泉活动区气泡羽状流产生的地震响应,需建立符合实际羽状流特征的模型。为此,参考实际羽状流赋存状态,结合含气泡水体特征,在已建立模型基础上,从羽状流气泡的垂直运移规律、分布特点及羽状流外观特征上对模型进行了改进,先后获得3个羽状流模型,最后的模型Ⅲ更接近实际羽状流赋存特征。通过与实际羽状流的对比,讨论分析了模型Ⅲ的合理性,并得出结论：所建模型体现了实际羽状流气泡的本质特征,并包含了更为复杂的气泡含量变化,可用于进一步深入研究羽状流地震响应特征,也为气泡羽状流的地震识别及天然气水合物的相关研究提供了较好的数值模型。