基于U-DEC数值分析的龙洞水滑坡变形特征及成因机制分析

[目的]借助龙洞水滑坡典型实例,从静水压力和滑带软化角度分析滑坡的成因机制,为该类滑坡的进一步识别及研究提供理论依据。[方法]通过详细的现场地质调查、遥感摄影、工程地质测绘及离散元数值模拟分析,对滑坡的变形破坏特征进行分区评价,并对其成灾机制进行探究。[结果]地质构造形成的宽缓向斜形成了滑坡的雏形,软硬相间的互层结构提供了滑坡的物质基础,三面临空的地形地貌条件为其提供运动变形空间,卸荷及构造裂隙为地表水的入渗提供了优势通道,地下水对潜在滑面的软化作用和静水压力是滑坡启动发生的诱发因素。[结论]滑体的运动不仅仅是后缘裂隙静水压力的作用或者地下水的物理软化作用,而是后缘裂隙静水压力和滑带物理软化的共同作用,并且后缘静水压力在斜坡的变形破坏和滑体的运动中起到加速的作用。     

川西高原冻融型高速滑坡特征与成因分析

对于川西高原这类特殊环境下发育的滑坡,因其发生前无明显的滑动迹象,滑坡隐蔽性强,其危害性极大。这类滑坡在无地震和降雨作用情况下,因冻融作用使得上部岩体突然溃滑,继而转化为碎屑流,并沿途携卷铲刮坡体表层松散物质而产生高速运动,表现出与一般重力条件下滑坡不同的运动和堆积特征。以四川省德格县中扎科乡赵玛滑坡为例,对其发育特征及失稳过程进行了论述。根据滑坡的分区及动力学特征,将其失稳过程概括为孕育阶段,高速运动-碎屑化阶段和堆积阶段。结果表明,赵玛滑坡的运动速度最大可达75 m/s,强烈的冻融作用以及滑坡区特有的地质构造是引起该滑坡高速远程运动的根本原因。研究结果可为川西高原因冻融过程诱发的滑坡灾害的防灾减灾提供理论依据。     

基于有限体积法的含无压段泵站水锤模拟及调压井优化

针对含无压段的泵站输水工程水锤模拟常采用特征线法，且往往忽略动态摩阻和有压-无压相互干扰影响的问题，该研究建立了考虑动态摩阻的二阶有限体积法模型，进行有压段-无压段实时联合计算。首先，采用二阶Godunov格式分别对有压流、无压流流动控制方程进行求解，同时考虑了动态摩阻效应以准确模拟水力瞬变过程中的能量耗散，并进行试验验证。进一步地，对有压段、无压段交接处采用变时步法传递数据，结合实际工程对阻抗式调压井的尺寸、位置进行了敏感性分析。结果表明：考虑动态摩阻效应后模型模拟结果与试验结果基本一致，阀门处水锤压力误差最大值仅有4.58%；与特征线法相比，二阶Godunov格式稳定性更高，库朗数小于1时水锤压力只有轻微的数值衰减。本文建立的有压段-无压段实时联合计算方法能够充分考虑有压段出水池水位变化以及无压段倒流的影响。针对水泵失电工况，对阻抗式调压井进行的优化研究表明，随连接管直径增大，系统内最大压力水头、调压井最高涌浪水位和水泵最大反转转速增大，调压井最低涌浪水位降低；随调压井直径增大，最高涌浪减小，最低涌浪增高，最大压力在连接管直径较小时一直降低，在连接管直径较大时先减小后增大；当连接管管径 3.5 m，调压井直径 15 m 时， 既能满足系统控制参数要求，也能减少工程量。调压井位置离泵站越近，最大压力、反转转速、最高涌浪越大，最低涌浪越小，当调压井布置在泵后1.0 km时，最高涌浪水位会达到172.35 m，不满足控制标准要求。综上，建立的模型具有较高的准确性、稳定性和适用性，研究结果可为含无压段泵站输水工程的水锤模拟提供参考。     

涪陵区植物油厂滑坡有限元强度折减分析

从滑坡变形监测规律出发结合有限元强度折减法,对重庆市涪陵区植物油厂滑坡建立了一种有限元特征点位移监测分析法,研究该滑坡的变形破坏过程.结果表明,植物油厂滑坡属于牵引式滑坡,处于顺层蠕滑初始阶段,滑坡中前部变形比较强烈;从位移与折减系数的关系曲线得出滑坡在达到极限平衡状态之前,存在一个明显的变形加速过程;通过有限元强度折减法和不平衡推力法的综合分析,得滑坡整体稳定系数F=1.15,中后部局部剪出体稳定系数为Fr=1.20.滑坡安全储备不足.     

冰滑坡涌浪下冰碛坝溃决机理试验研究

[目的] 对冰滑坡涌浪导致的冰碛坝溃决过程与溃决机理进行试验研究,为冰川区重大工程建设和冰湖冰碛坝溃决灾害防治提供科技支撑。[方法] 开展不同滑块体积、滑动角度、滑动距离、坝体物质组成和坝体几何形态的水槽模型试验。基于试验现象、试验数据与理论推导,对涌浪过程、坝体物质起动和坝体溃决临界条件进行分析。[结果] ①冰滑坡涌浪随时间和距离不断衰减,其随时间衰减显著。②将涌浪作用下的溃决过程分为坡面侵蚀、陡坎侵蚀、侧向侵蚀和衰退4个阶段,其中侧向侵蚀阶段的溃决流量最大,流速最快,侵蚀能力最强。③从颗粒起动机理的角度给出了颗粒起动流速,与沙莫夫公式进行对比分析,对比结果较为吻合。④基于能量守恒原理得到了冰湖溃决事件发生的临界条件,通过西藏自治区林芝市波密县米堆沟光谢错冰湖溃决事件进行验证,验证结果良好。[结论] 冰湖库容越大、坝前水深越深、涌浪高度越高,坝体越易发生溃决;冰碛坝堆积物中细颗粒含量越高,坝体颗粒间黏附力越强,坝体越稳定;冰碛坝坝宽及下游坡脚越大,坝体越稳定,溃决所需时间越长。     

滑坡数字化动态仿真模拟

用GIS滑坡数据采集及生成DEM(数字高程模型)功能,分别建立滑坡表面及滑动面的数字模型 .通过三维动画技术对滑坡潜在滑动过程进行了动态仿真模拟,显示出滑坡的活动方式,为滑坡灾害预测提供了依据.     

气力有序抛秧机输秧机构动态模拟研究

介绍了气力有序抛秧机输秧机构的结构组成和工作原理，建立了输秧机构的运动模型，推导了用于输秧机构运动分析和动态模拟的位移方程、速度方程和加速度方程，利用Visual Basic6.0编制了运动模拟软件，利用该软件可以对不同结构尺寸的输秧机构进行运动模拟和分析，模拟结果包括图形动态模拟、数值和运动曲线等，可以为气力有序抛秧机的设计和改进提供了有利的工具和科学的理论依据。     

外部降雨条件和内部瞬态承压水作用对堆积层滑坡的影响分析和数值模拟

[目的] 分析瞬态承压水的发育特征，为该类滑坡的预防和治理提供科学借鉴。[方法] 以浙江省丽水市松阳县范山头滑坡为例，对其松散堆积体边坡内部的瞬态承压水的作用机理进行模拟和研究，通过分析滑坡区域的地质背景条件、水文地质条件、变形破坏特征，并与降雨数据进行对比，采用GeoStudio数值模拟软件对不同的降雨条件和坡体初始水位进行模拟。[结果] 当滑坡体存在渗透性差异很大的不同岩土层时，强降雨作用或者较高的初始水位会促进瞬态承压水的出现和发展，降低边坡的稳定性。[结论] 外部降雨和瞬态承压水的产生和发展对堆积层滑坡的产生有重要的影响作用，降低了坡体的稳定性，促进了滑坡的出现。     

三峡库区淌里滑坡变形特征及影响因素分析

滑坡监测主要采用地表位移GPS监测和滑体深部位移监测等方法。根据多年滑坡变形、库区降雨、库区水位变化等相关资料,分析了三峡库区淌里滑坡的空间变形特征,并研究了降雨和库区水位两个因素对滑坡变形的影响。该滑坡变形区呈牵引式变形特征,多年位移监测数据曲线呈阶跃性特征,与降雨过程具有一定的相关性,同时库水位的大幅变动对滑体变形的节奏也产生一定影响。滑体变形对水位下降的情况较为敏感,尤其当水位在一段时间内按一定速率持续宽幅下降时对变形区的稳定性影响更为强烈。     

新型锤片式饲料粉碎机分离流道内物料运动规律

基于锤片式饲料粉碎机工作状况,研究物料颗粒在气固两相流中运动轨迹的数学模型,得到物料颗粒沿坐标轴方向上的运动微分方程和位移方程;并使用 MATLAB 对该数学模型进行了数值模拟,得到了物料颗粒理论运动轨迹,对模拟结果按入口固相颗粒速度大于、等于、小于气相速度3种情况进行研究;使用高速摄像机对分离流道内部分颗粒进行跟踪拍摄,并取粒径2 mm目标颗粒和粒径8 mm完整颗粒,对2种物料颗粒理论模型运动轨迹与真实运动轨迹进行了比较,验证了数学模型的合理性.对进一步研究宏观物料运动、颗粒分布及分离装置结构等提供了参考.     

基于光滑粒子流体动力学的土壤高速切削仿真系统开发及试验

应用光滑粒子流体动力学(SPH)理论以及有限单元理论，结合相关软件，研发了基于SPH的土壤高速切削仿真系统。以潜土逆转旋耕为例，应用该系统虚拟定量地研究了土壤高速切削过程，以揭示土壤-机器系统的作用机理。并且通过高速摄影试验验证了仿真系统的正确性。该系统的开发对于耕作机具（如各式旋转耕耘机和犁）的改进和创新设计有重要意义。     

基于流固耦合的分动器齿轮两相流动数值模拟与试验

针对分动器齿轮啮合传动中,润滑油运动过程缺乏研究和油压油速等相关参数不确定的问题,应用数值模拟与试验相结合的方法进行了详细的分析。建立分动器齿轮流场三维模型,基于流固耦合理论,应用Fluent UDF命令设定齿轮动网格运动,建立VOF两相流模型进行数值模拟,结果表明:0～0.5T(小齿轮以400 r/min速度旋转一周耗时为1T)时刻,从动大齿轮旋转带油对啮合区润滑起主要作用、速度流线在啮合区附近出现明显的漩涡现象、啮合齿面间压力值相对较大、两相流模型的改变对齿轮带油润滑效果有较大影响;应用高速摄影技术,对透明分动器壳体内流场流动情况进行观察试验,其油面波动与数值模拟结果作对比,最大误差为12.2%,误差较小,表明试验与数值模拟的分析结果相吻合。研究成果为下一步改善分动器齿轮润滑方面的工作提供参考。     

应用倒传递类神经网络模拟预测山棕寮地滑地位移之研究

地滑为陡坡地最具破坏之灾害形态之一,藉由实施地滑地监测与评估,可以协助政府拟订适当的管理对策.研究以台东县池上乡山棕寮地滑地为例,利用倒传递类神经网络(BPNN)具有建构高复杂且非线性关系方式预测坡面位移变化.研究所发展之倒传递类神经网络分析系应用MATLAB程序之Levenberg-Marquardt算法求解.网络输入系以直接关系位移之7个物理因子为变数,建构最佳之4层网络.根据监测资料共取12次台风暴雨事件,作为网络训练及模拟测试,并分别以6批次、8批次、10批次等3种情况网络训练对应模拟测试.研究结果显示所需监测台风暴雨事件至少8批次,即可达到13.1%预测位移误差.其误差精度可作为中危害度以上地滑地执行后续监测管理值与利用管理之参考.     

波浪高度及方向对桩柱式围网养殖系统网片水力特性的影响

浅海围网养殖是一种生态型养殖模式,桩柱式围网是其中最为典型的模式之一,主体由排桩和网片组成。围网网衣系统安全是决定围网工程安全的关键所在。针对桩柱式围网,采用数值模拟方法对其主要构成部件单元网片在波浪条件下的变形和受力等水力特性进行了研究,重点分析了波高(1、2、3、4、5 m)和波向(10°、30°、50°、70°、90°)条件下围网网片的网线张力分布、结节偏移和桩柱系缚点受力特性及影响关系。结果表明,桩柱式围网单元网片的网线最大张力部位主要出现在网片上端两侧位置,应用时建议强化顶部纲绳的设计考虑;波向为30°~70°时,网线最大张力有一段较小的增加量,而结节最大偏移随波向的增大而增大;网片与桩柱系缚点的最大受力呈现两端大中间小的现象,建议强化顶部和底部系缚点。以上研究结果可为桩柱式围网工程设计与安装提供参考。     

不同进口高度排水管道用涡流装置截流特性模拟与试验

为研究不同进口高度h的涡流截流装置的截流特性,选用瞬态不可压缩流动的N-S方程和重整化群RNG k-ε湍流模型,采用欧拉模型中的VOF(volume of fluid)法对涡流截流装置进行了数值模拟,分析了进口高度h对涡流截流装置截流特性、截流效率的影响,并且研究了涡流装置内部流场分布特性,同时对涡流截流装置的截流特性进行了试验验证。结果表明,进口高度越小,截流能力越强;涡流截流装置的截流效率,随着高度h增大先减小后增大,转折点在3h/5~4h/5之间;当进口宽度固定时,为了保证不发生溢流或者堵塞,且能够实现较好截流,涡流截流装置的进口高度应选择4h/5~5h/5之间,此时,涡流装置的进口截面面积大于出口截面面积。涡流截流装置的截流主要是因为在装置内部形成了局部低压,静压力转换为流体运动的动压力,使流体产生高速旋流,发生了旋流截流。该研究可为城市污水截流装置提供新的可选设计方法,降低污水溢流或者内涝发生率。     

SIMULATION MODEL OF WATER AND SOLUTE TRANSPORT IN TWO TYPES OF ROCKWOOL

The aim of this study is to present a two dimensional model for describing the movement of water and solute transport in two types of rockwool slabs – Floriculture, a high density type; and Expert, which has a low density. Water movement is described by the Richards equation, which is implicitly solved using the control volume finite element method. The governing convection dispersion equation describing the solute transport is explicitly solved. Numerical solutions are obtained for the distribution of water and also for the concentration of solute. The model is validated by comparing the results of water transport developed by this model with numerical results obtained by CFD that are validated by experimental results. A composite substrate is tested and validated, and is shown to give good conditions for development of plants.     

透射式探地雷达探测土壤含水率

探地雷达可以进行土壤含水率的快速探测,但普通反射式雷达容易受反射层位难确定的影响造成探测误差。该研究使用透射式探地雷达对不饱和含水壤土及砂土所构建的物理模型进行透射式探测,通过起跳时间对比标定的方法,精确计算了介质中雷达波波速和土壤的相对介电常数。最后通过统计分析,发现以Topp模型公式形式为基础的三次多项式具有最高拟合优度,并修正了Topp公式中的参数后,分别建立起非饱和壤土和砂土体积含水率与介电常数的经验公式及其适用范围。最后,通过试验对比验证了该方法对砂土含水率的测量相对误差为13.20%,较时域反射TDR(time domain reflectometry)方法低14.34%,壤土为9.48%,较TDR方法低15.79%,测量精度明显高于TDR方法。因此该方法可替代TDR方法用于特定条件下土壤含水率的准确检测。     

基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

跌落冲击下果实动态本构模型的构建与表征

基于果实非损伤条件下的跌落冲击动力学特征，提出表征其非线性黏弹性的本构模型与模型参数识别方法。该模型包括一个非线性弹簧元件、一个线性增强黏性元件。以苹果为研究对象，进行多个高度下的跌落冲击试验，获得其发生损伤的临界跌落高度；基于临界跌落高度下的冲击试验结果，建立其跌落冲击方程，进行跌落冲击响应的数值分析与模型参数识别。结果表明，理论结果与试验值很吻合，采用本模型结合试验结果能较准确地确定类似特性果实的动态流变特征参数。研究结果为果实动态流变特性分析以及模型表征提供了一种新方法，也为进一步表征果实的黏弹塑性损伤特征提供基础。