基于图像测速的波浪破碎两相速度场测量方案探讨

针对波浪破碎试验中气泡区速度与水体速度无法同时测量的难题,基于实验室条件,搭建了粒子图像测速（PIV）和气泡图像测速（BIV）系统,采用声学多普勒测速仪（ADV）对PIV测量精度和不同场景下BIV测量精度进行了细致的验证,并设计多种试验方案以期实现BIV与PIV的同步耦合测量。试验结果表明,7W激光+后置灯的优化照明方案,其耦合测量的气泡区速度代表参数与标准BIV照明方案的结果误差小于5%,且耦合测量的气泡区下方水质点的速度曲线与标准PIV测量结果吻合,表明该改进方案满足PIV与BIV耦合测量的条件。本文实现的PIV与BIV耦合测量有利于优化测量和分析工作,减小破碎波浪重复生成的影响,有利于提高测量精度,为大范围波浪破碎速度场的快速测量提供了新的方案。     

不同破碎波对沙质海床作用的实验研究

破碎波对近海海岸地形以及海岸建筑物影响强烈,通过物理模型实验对孤立波、规则波作用下破碎带的床面形态以及孔隙水压力进行分析。破碎波冲击海床,破碎处床面上形成沙坝和沙坑,与规则波相比,孤立波破碎时对床面的冲刷更加剧烈,床面形成的沙坝和沙坑尺度更大,且土体内孔隙水压力幅值也较大。同时研究了波面变化对孔隙水压力的影响,发现波面变化历时曲线与孔隙水压力历时曲线相似,与孔隙水压力梯度历时曲线更为相似,说明波面变化更能反映海床内部孔隙水压力梯度的变化。通过探讨波浪与海床之间相互耦合作用,发现破碎带地形变化使得波浪出现不同破碎类型,分析得出卷破波比崩破波作用下孔隙水压力幅值大。     

切槽对TBM刀具破岩机制的影响研究

高压水射流与机械滚刀相联合破岩技术的出现,改变了传统隧道掘进机（tunnel boring machine,简称TBM）的作业方式。以高压水射流在滚刀两侧岩体切槽的破岩模式为研究对象,开展常截面滚刀压头贯入不同预切槽深度白砂岩板状试样的试验和数值模拟计算分析,对破裂后图像进行DIC分析,研究发现：切槽的存在,阻断了刀具贯入裂纹的拓展,使能量能够更加集中于压头下方的局部岩石块体,有利于形成“八”字形贯通裂纹,促进岩石的破碎;随着槽深增加,压头下方岩石内部的应力状态和力学响应分区逐渐过渡改变。槽深较大时,压头下方的力学响应区域在原有裂纹扩展区、弹性区之间增加了破坏过渡区,该区域内微裂纹被压密,区域内岩石存在较大变形,但未出现明显破坏;切槽后,滚刀压头下方的岩体破坏机制由无切槽试样挤压剪切为主导的径向裂纹拓展,演变为由刀具和切槽共同控制作用—拉伸剪切为主导的主裂纹扩展。     

贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究

截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续−非连续单元法（CDEM）,建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性−损伤−断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50º～90º区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90º降低到50º时,岩体由张拉−拉剪破裂向剪切−拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75º～90º的第I类截齿与小于55º的第III类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55º～75º的第II类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第II类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。     

Risk Analysis of Breakwater Caisson Under Wave Attack Using Load Surface Approximation

A new load surface based approach to the reliability analysis of caisson-type breakwater is proposed. Uncertainties of the horizontal and vertical wave loads acting on breakwater are considered by using the so-called load surfaces, which can be estimated as functions of wave height, water level, and so on. Then, the first-order reliability method（FORM） can be applied to determine the probability of failure under the wave action. In this way, the reliability analysis of breakwaters with uncertainties both in wave height and in water level is possible. Moreover, the uncertainty in wave breaking can be taken into account by considering a random variable for wave height ratio which relates the significant wave height to the maximum wave height. The proposed approach is applied numerically to the reliability analysis of caisson breakwater under wave attack that may undergo partial or full wave breaking.     

冬季大范围持续性极端低温事件与欧亚大陆大型斜脊斜槽系统研究进展

本文总结了近年来关于我国冬季大范围持续性极端低温事件（EPECE）及其对应的欧亚大陆大型斜脊斜槽系统的研究成果。EPECE和普通寒潮是冬季影响我国的两类不同时间尺度大型冷空气活动,对它们的异同点进行梳理和深入理解是非常必要的。最新研究进展可概括为如下:（1）基于极端低温站点的范围和极端低温过程的持续性特点,客观界定了我国冬季EPECE。近年来的研究表明,欧亚大陆大型斜脊斜槽系统是冬季EPECE形成和维持的主要关键环流系统。同时,鉴于大型斜脊斜槽系统的重要应用意义,建立了客观识别方法。（2）从前兆信号、环流演变、阻塞高压和反气旋式波破碎活动的角度,揭示了EPECE和普通寒潮事件之间的关键区别。全国类EPECE的发生具有一周之前的前兆信号,而普通寒潮并不存在这么早的前兆信号。EPECE以从乌拉尔山到东北亚的广阔区域的阻塞高压活动为关键特征,而普通寒潮则主要以区域性阻塞高压为其主要特征。这两类事件对应的阻塞高压活动的差异可由天气尺度波破碎活动的差异加以解释。（3）最新的研究解释了大型斜脊斜槽系统形成和维持的动力学机理。基本流场对位涡扰动的正压作用是大型斜脊斜槽系统的形成和维持最重要的动力学机制。基本流场通过变形场作功和线性平流使大型扰动维持和向下游发展。与阻塞高压不同,非线性作用并非大型斜脊斜槽系统维持的主要原因。     

中原城市群城市引力范围界定及演变格局

通过构建反映城市综合实力的指标体系,运用熵值法对中原城市群30个城市2005,2010,2015年的综合实力分别进行测算与评定,运用基于扩展断裂点模型的加权Voronoi图方法对中原城市群各城市引力范围进行划分并展示了城市间引力界线的变化趋势,揭示了中原城市群30个城市3个年份的城市引力范围时空演变特征和变化规律。结果表明:3个年份,综合实力较高的地区基本分布在中原城市群中部和北部,东南部城市综合实力较弱,排名靠后,呈现出中北高、东南低两极化的发展规律;目前中原城市群城市引力范围格局中,郑州市的引力范围最大,其次是洛阳市、邯郸市,已经形成了以郑州为城市群核心的空间格局;3个年份,中原城市群的城市影响范围演变格局总体较为稳定,局部地区空间吸引范围变化较为明显,中、北部城市发展态势良好,影响范围有向北扩大的趋势;城市引力范围与其综合实力不完全呈正相关关系。     

Laboratory study of deep-water breaking waves

In an attempt to elucidate the mechanics of deep-water wave breaking, a variety of breaking waves, including spilling and plunging waves, of different length scales and geometries was studied. The waves were generated through wave-wave interactions using wave packets with constant-steepness components, constant-amplitude components, and also components following the Pierson-Moskowitz distribution. Wave steepening prior to breaking were found to cause an increase in the high frequency spectral slope of the wave spectrum. The slopes were correlated to the type of breaking and the intensity of the breaking. The energy loss through breaking varied with the spectral characteristics of the wave packet. On the other hand, it was also noted that, irrespective of the wave packet, the losses were from the higher frequency end of the first harmonics.     

深海底钻机自动接杆卸杆储管机构

本文介绍了一种深海底使用的钻杆钻具储管机构的工作原理和结构特点。按照深海底钻孔工艺,设计了自动接杆、卸杆、存储机构。这一种机构采用两个单排转笼式储管架,分别存放钻杆和钻具管组件。每一个储管架各配备一双机械手,用于夹持钻杆和钻具在孔口位和储管架管口位之间的移送和卡紧定位。该机构可靠性高,取心率高,结构简单,方便操作。     

CJF-20冲击反循环钻机钻进工艺技术分析

根据冲击碎岩理论和冲击反循环钻进中的工艺技术参数,结合工程施工实例对ＣＪＦ－２０冲击反循环钻机的钻进工艺技术进行了初步的分析探讨,实践表明,ＣＪＦ－２０冲击反循环钻机应用于复杂地层钻进成孔可取得了较好的技术经济效果。