Physical and finite element modeling of lateral stability of offshore skirted gravity structures subjected to iceberg impact load

Static stability mainly against sliding of a typical, relatively large skirted gravity structure was investigated using three-dimensional finite element modeling. The numerical model was validated against centrifuge test results. A specific set of dimensions was chosen to model a typical skirted gravity structure in a centrifuge with two types of foundation soils: uniform saturated sand and a clay zone sandwiched between two sand layers. Soil shear strength parameters used in the finite element models were estimated from in-flight cone penetration resistance measurements obtained in the centrifuge. Numerical parametric studies were conducted using the validated finite element model. The parameters included were the depth and strength of the clay zone and the inclination of external load. It is shown that a relatively simple three-dimensional finite element model was effective in providing information that would be needed to design such a critical and expensive offshore structure. Basic Mohr-Coulomb strength parameters and moduli based on cone penetration resistance measurements and published empirical correlations were appropriate in modeling the soils in the finite element simulations.     

基于Minexplorer软件的三维地质建模介绍

三维地质建模和可视化概念最早是由加拿大Houlding在1993年提出的。三维地质建模是指采用适当的数据结构在计算机中建立能反映地质构造的形态和各要素之间的关系以及地质体物理、化学属性空间分布等地质特征的数学模型。Minexplorer软件集高效快捷、地质分析自动化、二维GIS制图与三维可视化为一体,能对原始勘探资料和地质编录成果数字化,有效管理、分析地质勘探多元数据,可构建理想的三维勘探辅助决策模型,科学计算矿床资源储量、实现储量动态管理和计算机辅助制图。     

湖北省铜山口铜(钼)矿床成矿流体水岩反应数值模拟

湖北省铜山口铜(钼)矿床是一典型的夕卡岩 斑岩复合型矿床。通过对其流体包裹体的系统研究,确定了成矿流体的成分及温压条件;结合矿床学的研究,将成矿过程分解为两个平行的成矿阶段,即夕卡岩型矿化阶段和斑岩型矿化阶段。根据Johnson和Reed等人建立的水 岩反应模型,对该矿床的成矿流体与围岩的反应并析出金属沉淀的过程进行了数值模拟计算。结果表明:在斑岩型矿化阶段,成矿流体系统出现等焓减压沸腾过程并沉淀出大量的金属矿物,成矿流体分异为低盐度流体和高盐度流体;在夕卡岩型成矿阶段,沉淀出典型的夕卡岩矿物;在整个成矿过程中,成矿流体的pH值逐渐升高。模拟计算结果与实际地质现象非常吻合,说明所建立的水 岩反应模型可以为理解这一类复合型金属热液矿床的形成机制提供一个新的思路。     

A NUMERICAL MODEL FOR SEDIMENTATION IN FENHE RESERVOIR AND THE ADJOINING REACHES

In this paper, a numerical model for sedimentation in Fenhe Reservoir and the adjoining reaches has been presented on the basis of the theory of non-equilibrium sediment transport. The model is calibrated by using a part of the sediment data collected for Fenhe Reservoir and checked by simulating the remaining data. Moreover, the method of optimization in nonlinear programming has been applied to determine the basic parameters of the model applying a concept of fuzzy mathematics to formulate the objective functions. The computed amounts of reservoir deposition and channel deformation arc found to be substantially in agreement with the values observed.     

北京房山应急水源地地下水数值模拟及河流渗漏量预测

以北京房山岩溶水应急水源地为例,采用等效连续介质体概化地下水流系统,建立地下水流数值模型,评价地下水源汇项,分析地下水系统特征。运用MODFLOW中的河流（渠）子程序包,刻画地表河流和泉水与地下水的交换关系。经参数识别和验证,计算结果与实测数据拟合较好,能够比较准确的模拟水源地岩溶水系统。模拟和预测结果表明,水源地地区地下水与地表水联系密切,应急开采后,地下水系统由向河流排泄转变为河流渗漏补给地下水,可为应急水源地合理开发利用提供科学依据。     

昆山市政府广场三维可视化解决方案

基于大比例尺航空立体相对提出昆山市政府及周边建筑群的建模方案,采用VirtuoZo数字摄影测量系统提取地面要素信息,在IMAGIS三维可视化地理信息系统下进行三维模型重建和编辑,在此基础上形成由CAD、GIS、三维影像数据集成的城市三维可视化处理方法,实现对三维场景进行实时漫游,并将漫游过程录制成动画,在Premiere中完成音频视频合成制作,形成最终多媒体产品。     

洋脊和年轻洋壳俯冲与埃达克岩生成的热模拟

新生代以来 ,环太平洋周边分布的埃达克岩 (Adakite)主要与年轻洋壳俯冲时在 70～ 90km深处的部分熔融有关。利用数值方法 ,模拟了洋壳俯冲的热演化过程并讨论了脱水、熔融对埃达克岩浆活动的影响。结果表明 :仅在活动海岭俯冲前后约 10Ma内 ,年轻的、热的俯冲海洋板片在 75～85km深度范围内 ,温度升高至 82 5～ 10 0 0℃脱水 ,导致年轻洋壳中角闪岩部分熔融 ,形成埃达克岩(Adakite)。而一般洋壳俯冲在 10 0km以下深度才脱水 ,由于脱水区压力较高洋壳自身不能熔融 ,水进入上覆地幔楔状体导致部分熔融 ,形成安山岩 (Andesite     

山城眺望空间OSCA模型构建及应用

山体是大自然赋予城市的天然景观资源,通过山与城市中建筑群构成的山城空间关系,可形成多类型的眺望景观。当前山城眺望景观在建设热潮中不断被破坏,逐渐消失在林立的高楼中,需要进行一定的控制和保护。以济南市中心城区为例,基于眺望控制分区,寻找城市建筑发展演变、分区建设的规律,结合元胞自动机与多智能体,提出基于眺望景观控制下的山城眺望空间CA-OSCA模型（Overlooking Space Cellular Automata）,构建山城眺望空间演变模型。利用GIS等数据分析平台,对模拟结果进行分析,构建真实城市空间下的未来山城眺望空间景观三维模型,以更加直观、真实地方法探讨在眺望景观分区控制的影响下,未来城市空间结构的发展模式,最终为未来山城眺望景观空间的控制与保护以及眺望景观保护下,山城城市未来空间发展结构提出发展策略。     

利用流固耦合模型模拟地震和海啸全过程

海底地震引起的海啸过程在力学上是一个流固耦合问题。地震引起的海底变形会影响流体的运动,流体运动会影响地震引起的海底变形。海啸的数值模拟,通常采用浅水波控制方程,把地震引起的海底变形作为海啸波动的边界条件或初始条件,不考虑它们之间的相互作用。本文采用势流体的流固耦合有限元方法模拟了地震和海啸的全过程。地震过程的模拟与地震位错模型不同,在位错模型中,断层的位错是事先指定的;而在本文中,首先形成自重作用下的初始应力场,然后通过断层材料的突然软化引起的错动,模拟地震震源的动力学过程。模拟结果显示,在海面除了可以看到大振幅的海啸波外,还可以发现体波震相和面波震相。在600 km的海面震中距上,它们要比海啸波早到48分钟,在此处面波的最大平均振幅可达0.55 m,是相同震中距海底面波最大平均振幅的2倍。因此,海啸预警信息在海面可以比在地表更早地得到。海啸波的传播速度在水深3 km的开阔海面是175.8 m/s,它要比理想长波理论预测的大,其平均振幅为2 m,波长可达32 km. 到达大陆架后其速度、波长都减小,在岸边可以激起10 m高的巨浪,水平方向深入陆地达53 m。震中附近海面和地震断层上的最大垂直加速度分别为5.9 m/s2和16.3 m/s2,后者是前者的2.8倍。由此看来,海水是很好的减震器。海啸波的加速度到达岸边会衰减10倍。与加速度不同,海面震中处的振动速度为3.2 m/s, 是海底震源处的1.4倍。震源处的最大位移小于震中海面的最大位移, 其差就是海啸波源的振幅。值得注意的是,海底地震的最大位错在震后23 s达到,不是发生在断层滑动的开始。      

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。