Numerical simulation of solitary and randomwave propagation through vegetation based on VOFmethod

A vertical two-dimensional numerical model has been applied to solving the Reynolds Averaged Navier- Stokes （RANS} equations in the simulation of current and wave propagation through vegetated and non- vegetated waters. The k-e model is used for turbulence closure of RANS equations. The effect of vegeta- tion is simulated by adding the drag force of vegetation in the flow momentum equations and turbulence model. To solve the modified N-S equations, the finite difference method is used with the staggered grid system to solver equations. The Youngs＇ fractional volume of fluid （VOF） is applied tracking the free sur- face with second-order accuracy. The model has been tested by simulating dam break wave, pure current with vegetation, solitary wave runup on vegetated and non-vegetated channel, regular and random waves over a vegetated field. The model reasonably well reproduces these experimental observations, the model- ing approach presented herein should be useful in simulating nearshore processes in coastal domains with vegetation effects.     

响应面法优化南极菌Psychrobacter sp.B-3的发酵产糖条件

为对南极菌Psychrobacter sp.B-3产胞外糖的发酵条件进行优化,以温度、pH、不同碳源、不同氮源、不同金属离子及海水配比作为唯一变量进行单因素实验,筛选出对产糖有显著影响的单因素取值范围;在此基础上,利用Plackett-Burman实验设计筛选出影响产多糖的3个主要因素,即酵母粉、陈海水配比和装液量.然后通过Box-Behnken实验设计及响应面分析法进行回归分析,得出了南极菌Psychrobacter sp.B-3发酵条件系统优化的结果为:酵母粉1.1 g/L,陈海水与自来水的配比为2:1,装液量为50％,蛋白胨6.0 g/L,接种量1.5％,培养时间64 h,BaCl20.03 g/L,温度10℃,转速150 r/min,pH为7.0.优化后发酵液中的糖含量由优化前的444 μg/mL提高到624 μg/mL,相比初始糖产量提高了40％.结果表明,响应面法可显著优化南极菌Psychrobacter sp.B-3液体发酵产胞外糖的条件.     

畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究

介绍了畸形波生成的方法并对各种线性合成畸形波的效率进行了对比。选用改进的随机波加瞬态波的方法模拟强非线性波———"新年波"的波形。采用微元法对张力腿平台的立柱和浮筒进行离散,编制程序对张力腿平台在强非线性波作用下的耦合动力响应进行了数值模拟,重点比较分析了张力腿平台在随机波及畸形波中所受波浪力、平台动力响应、系泊系统张力特性及浪向角对平台运动的影响。研究表明:在"新年波"作用下,0°浪向时,平台在x和z方向所受波浪力较随机波增长了约1/4,纵荡、垂荡及纵摇响应值分别增加了33%,38%和12%,张力腿张力幅值增加约20%,位于平台四角的张力腿张力有所差异,相邻两根张力腿的张力差别不大,浪向角对平台运动响应、张力腿张力的影响畸形波大于随机波的作用。为今后考虑强非线性波浪影响时张力腿平台的设计提供了借鉴和参考。     

随机波浪作用下黑泥湾冲淤演变的数值模拟

近岸海域潮流、波浪动力条件复杂,单纯考虑潮流输沙对底床冲淤演变的影响可能存在较大的偏差.基于局地较长时期海浪场统计特征,将随机波浪因子引入底床冲淤演化模拟研究中,采用ECOMSED模式进行了不同波浪动力条件影响下黑泥湾海域冲淤演化的数值模拟,并与现场观测资料进行了比较,取得了较好的结果.结果表明,黑泥湾及附近海域存在较稳定的N-S向潮余流,这在整体上是本区泥沙输运的重要影响因素;湾内海域基本处于冲淤动态平衡,冲淤格局与其地形、海流流速和波浪场分布有关,楮岛周围与镆铘岛东面近岸海域以侵蚀为主,镆铘岛南部近岸以淤积为主;随机波浪要素的引入对冲淤演变模拟结果有较大的影响,引入波浪要素后的模拟的结果与海图更为接近.     

不同尺度的土壤含水量主被动微波联合反演方法研究

土壤含水量是水文、农业和气象等领域的关键参数,而微波遥感是目前监测土壤含水量最有效的手段之一。本文利用主动微波与被动微波数据,结合其他多源遥感数据,运用随机森林算法分别在主动微波数据分辨率尺度和被动微波数据分辨率尺度下完成主被动微波数据的土壤含水量联合反演。首先对被动微波尺度的地表覆盖类型与归一化植被指数(NDVI)参数进行空间分辨率优化,再利用回归ReliefF方法对两种尺度所用的输入变量的重要性进行评估,并对输入变量进行优选,最后对比主被动微波数据土壤含水量联合反演和单独利用主动/被动微波数据进行反演的精度,分析主被动微波联合反演方法的有效性。结果表明：在主动微波尺度,主被动微波联合反演的精度相比单独利用主动微波数据反演的精度有所提升,相关系数r由0.691升至0.744,RMSE由0.084 8 cm³/cm³降至0.079 6 cm³/cm³;在被动微波尺度,主被动微波联合反演的精度反而比单独利用被动微波数据反演的精度更低,相关系数r由0.944变为0.939,RMSE由0.043 5 cm...     

典型滑坡监测点优化布置

利用数值模拟技术与模糊模式识别算法提出了滑坡监测点优化布置的基本方法。以链子崖危岩体为例,以Ⅳ-Ⅳ′剖面作为滑坡监测点优化布置的典型剖面,根据监测变量（位移）对外界干扰因素作用下的灵敏度大小与监测信息量获取大小之间的关系,对该危岩体的监测变量（位移）进行了灵敏度分区研究,进而对该典型剖面的监测点进行了优化设计。研究结果表明,链子崖危岩体地表位移监测点宜布置在位移量明显和状态变化灵敏度较高的部位,深部位移监测钻孔宜穿越所有水平位移变化的灵敏区域。     

共散射点道集与角道集串级优化叠前偏移速度分析

推导了基于角度域共成像点道集的叠前深度偏移层析速度分析公式,提出一种共散射点（CSP）道集与角道集串级优化叠前偏移的速度分析方法。该方法通过基于CSP道集的叠前时间偏移速度分析获取初始速度,利用基于角度域共成像点道集（ADCIGs）的叠前深度偏移速度分析进行速度更新。实现步骤概括为：将叠前地震数据映射为CSP道集,利用CSP道集叠加速度谱拾取能量团获取均方根（RMS）速度场;通过Dix公式将RMS速度转换为层速度作为层析的初始输入速度,基于ADCIGs实现叠前深度偏移层析速度反演,最终得到高精度的叠前偏移速度场。断层模型和实际资料试算结果验证了该方法的正确性和有效性。     

泥石流排导结构耦合磨损随机过程建模及分析

泥石流排导结构对于减轻泥石流对周围建筑物的损毁起到了显著作用,但目前大多数排导结构难以抵御泥石流的强烈侵蚀磨损和周围环境恶劣时伴随产生的腐蚀磨损。首先,通过分析泥石流排导结构侵蚀和腐蚀磨损机理,应用相关磨损量计算公式,提出了考虑侵蚀和腐蚀的泥石流排导结构耦合磨损计算公式。然后,以此为基础,针对磨损过程的动态性和随机性,建立了泥石流排导结构耦合磨损随机过程模型,推导了任意时刻磨损量的分布函数,实现了评估泥石流排导结构的动态可靠性和概率失效时间。最后,通过具体算例分析验证了模型的实用性,可为今后泥石流排导结构的磨损定量评估提供理论参考。     

Bayes约束随机场下坝基溶蚀区随机模拟方法及其影响分析

基于完全随机场模拟溶蚀岩体可能会高估其空间变异性和不能有效地利用溶蚀以外的地质信息和实践经验,提出用Bayes约束参数随机场模型描述坝基溶蚀区的随机模拟方法。引入Bayes公式,对溶蚀区域岩土参数的统计特性进行修正,反映出地质勘测的新增地质信息和试验参数信息,建立约束随机场,并在此基础上进行随机有限元分析,研究坝基溶蚀对大坝结构性态的作用效应。计算结果表明,相对于完全随机场模型,Bayes约束随机场模型更为客观地考虑了溶蚀岩体的空间变异性,有效地降低了溶蚀参数完全随机场下结构响应的模拟方差。在概率分析过程中,推荐蒙特卡洛响应面耦合方法（MC-RSM）作为适用于复杂工程的随机模拟方法,该方法能够代替直接MC法对同样力学机制的不断重复,减小计算时间成本。     

边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法

提出基于非侵入式随机有限元法的边坡可靠度分析方法,并编写计算程序NISFEM。采用有限元滑面应力法计算边坡安全系数,将Hermite随机多项式展开与SIGMA/W和SLOPE/W模块有机结合实现边坡可靠度非侵入式随机分析。根据随机多项式展开系数,给出边坡安全系数前4阶统计矩（均值、标准差、偏度和峰度）和Sobol指标解析表达式,并采用Sobol指标进行边坡可靠度参数敏感性分析。最后,以均质土坡可靠度问题为例,证明该方法在边坡可靠度分析中的有效性。结果表明,边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法能够有效地考虑边坡变形对边坡可靠度的影响,计算效率远远高于蒙特卡罗模拟方法（MCS）,是解决复杂边坡可靠度问题一种有效地分析手段;黏聚力和内摩擦角变异性对边坡安全系数前四阶统计矩具有明显的影响,重度变异性对安全系数前4阶统计矩几乎没有影响;抗剪强度参数间负相关性对边坡安全系数均值几乎没有影响,但对安全系数标准差、偏度和峰度均有明显的影响。此外,随着抗剪强度参数间负相关性的增加,边坡安全系数由近似正态分布逐渐变为明显的非正态分布。