二维溃坝洪水波的演进绕流和反射的数值模拟

本文采用改进的时空守恒元和解元方法(简称CE／SE法)构造了求解二维浅水方程的数值格式，建立了模拟大坝瞬间全溃和局部溃所致的洪水演进、绕流和反射过程的数学模型。应用此数学模型对局部溃坝的洪水的演进、绕流和反射的情况进行了模拟。算例结果表明CE／SE法精度高、稳定性好，很好的展示了溃坝波的运动特性，是一种研究溃坝洪水波较高精度的数值方法。     

基于高精度WENO格式的二维溃坝波数值模拟

以浅水波方程组建立二维溃坝洪水模型,对经典WENO格式计算模板重新选取,得到各计算模板上重构多项式,对各个模板的局部光滑因子进行组合得到更高阶的全局光滑因子,建立相应的非线性权,将各模板上重构多项式加权处理得到计算单元界面数值通量的一个新高精度WENO格式,泰勒级数展开证明了该格式的非线性权比经典WENO格式的非线性权更接近理想权。将该格式、Lax-Friedrich通量分裂方法和局部特征分解方法相结合用于二维浅水方程的离散求解,模拟二维局部溃坝流和圆形溃坝流洪水的演进过程,模拟结果与实际流动符合较好,表明采用高精度WENO格式所建立的高分辨率溃坝模型能很好地模拟溃坝波的演进过程。     

实际地形下溃坝波的有限近似解

采用有限近似法5点格式离散二维浅水波方程组,建立平面二维溃坝洪水波模型。通过与平底无摩擦二维非对称部分溃坝问题其他数模的结果比较,结果表明该模型能够较好地模拟自由面的变化规律,具有较强的间断捕捉能力。进而对实际地形下的二维溃坝问题进行了计算模拟,给出了精细的数值结果,揭示了复杂的运动特性,进一步显示了有限近似法模拟溃坝洪水波间断面的形状和位置的优良性能,是求解溃坝流动的有效方法之一。     

用有限近似法求解二维溃坝波的演进

为了对水库和堤防的失事影响作出定量评价,以便合理确定水库或堤防的防洪标准以及采取恰当的避险措施。采用有限近似法5点格式离散二维浅水波方程组,建立平面二维溃坝洪水波模型。通过与平底无摩擦二维非对称部分溃坝问题其他数模结果的比较,表明该模型能够较好地模拟自由面的变化规律,具有较强的间断捕捉能力。进而模拟有障碍物水槽中的二维溃坝波绕流现象,给出了精细的数值结果,揭示了水流复杂的运动特性。研究结果表明了有限近似法在模拟溃坝洪水波间断的形状和位置方面的优良性能,是求解溃坝流动的有效方法之一。     

局部断面收缩的溃坝水流三维数值模拟

为研究局部断面收缩对溃坝水流传播的影响,采用压力隐式算子分割法求解雷诺时均方程和RNG k-ε紊流模型,建立了模拟三维局部断面收缩情况下溃坝洪水演进过程的数学模型。采用有限体积法对溃坝水流的控制方程进行离散,利用流体体积函数法处理自由水面,物理变量采用交错网格布置,对局部断面收缩溃坝水流进行数值模拟计算,模拟结果与实体模型试验结果吻合较好。利用该模型研究了溃坝洪水负波的形成和传播过程,得到了负波形成和传播的规律以及溃坝水流的水位变化特征。     

应用二维数值方法模拟蓄滞洪区洪水运动

针对蓄滞洪区内洪水运动的特点,对二维浅水方程的守恒形式进行非结构离散,建立了 高精度的数学模型。该模型通过Roe格式的近似Riemann解计算界面数值通量,采用数值重构的 方法获得时空二阶离散精度。通过方形溃坝算例和超临界流算例验证了该模型具有较高的数值精 度和可靠的稳定性,能够捕捉水面间断和处理干滩问题。应用该模型对胖头泡蓄滞洪区的溃堤洪 水进行了数值模拟,结果表明,该模型很好地模拟了溃堤洪水在蓄滞洪区内的运动过程,所得结 果可以为防洪决策提供依据     

基于二维溃坝波数值模拟的生命损失估算

通过界面数值通量以及底坡源项的计算求解无碰撞二维Boltzmann方程,建立了二维溃坝波数值模型.以杭州市余杭镇上游某水库为例,模拟了该水库溃坝后溃坝波的演进过程,模拟结果表明溃坝洪水淹没范围很大,距坝约11 km的下游,水深仍可达4.0 m以上.同时,应用通用的溃坝生命损失模型,在获取网格单元上的水力学参数值（包括水深和最大流速）基础上,输入当地的地形、人口等基本数据,估算了水库溃坝对下游造成的生命损失.该方法可用于其他水库的风险管理分析,为相关部门决策提供依据和参考.     

二维溃坝洪水波演进的数值模拟

采用基于MacCormack预测-校正技术的隐式数值格式求解控制水流运动的二维浅水方程，建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程数学模型．应用该模型对矩形明渠中缓、急流过渡的水面曲线进行了数值计算，并与理论解进行了比较。最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒时下游有多个障碍物的洪水演进过程，算例说明该数学模型对模拟溃坝洪水波很有效。     

用混合有限分析法求解二维溃坝洪水波的演进

在交错网格上，基于混合有限分析法离散浅水方程组和水深平均k-ε两方程湍流模型，并运用SIMPLE算法求解离散后的代数方程组，建立平面二维溃坝洪水波演进模型，对比典型算例——平底无摩擦二维非对称部分溃坝问题，数值模拟结果表明该模型能够较好地模拟自由面的变化规律，具有较强的捕捉间断的能力，充分显示了混合有限分析法模拟溃坝洪水波间断面的形状和位置的优良性能。     

溃坝洪水对构筑物冲击荷载的数值模拟

洪水巨大的冲击力对坝区及堤岸构筑物造成很大的破坏,准确计算溃坝洪水对构筑物的冲击荷载对于建筑物的安全设计是十分必要的。采用有限体积法和中心迎风格式建立了二维数值模型,用于计算溃坝洪水对构筑物的作用力,并将该模型应用于全局溃坝和局部溃坝的物理模型试验。计算结果表明:该模型能够准确地模拟全局溃坝工况下洪水对构筑物冲击荷载的变化情况,而对于局部溃坝工况,本模型的计算结果较为平滑,无法模拟实际水流紊动的过程,但其最大冲击荷载的计算值与试验测量值相接近。相比于三维数值模型,本文所建立的二维数值模型程序简单、计算效率高、计算结果与实测结果总体吻合较好,能够有效地用于预测溃坝洪水对构筑物的冲击荷载。     

离散元-边界元动力耦合模型

本文提出了一种二维变形体离散元与时域边界元的耦合模型，这一模型可以将非连续体的模拟与无限域的模拟统一在一个模型中，可用于在地震波动输入条件下，考虑辐射阻尼的岩体边坡或地下结构等的动力稳定和变形分析，拓宽了离散元动力分析的领域。算例分析表明本耦合分析模型具有较高的精度。     

Finite element analysis of second order wave radiation by a group of cylinders in the time domain

A finite element based numerical method is employed to analyze the wave radiation by multiple or a group of cylinders in the time domain. The nonlinear free surface and body surface boundary conditions are satisfied based on the perturbation method up to the second order. The first- and second-order velocity potential problems at each time step are solved through a Finite Element Method (FEM). The matrix equation of the FEM is solved through iteration and the initial solution is obtained from the result at the previous time step. The three-dimensional (3-D) mesh required is generated based on a two-dimensional (2-D) hybrid mesh on a horizontal plane and its extension in the vertical direction. The hybrid mesh is generated by combining an unstructured grid away from cylinders and two structured grids near the cylinder and the artificial boundary. The fluid velocity on the free surface and the cylinder surface are calculated by using a differential method. Results for various configurations including the cases of two cylinders and four cylinders and a group of eighteen cylinders are obtained to show the joint influences of cylinders on the first- and second-order waves and forces, including the effects of spacing ratios and wave frequency on the second order waves and the mean force, in particular.     

三维裂隙网络渗流计算的边界元法及程序

岩体力学性质受结构面控制，表现出强烈的各向异性。同时工程地质师多年的实践认为岩石结构面是具有统计性的，因此岩体结构面网络模拟成为研究岩石力性质的新方向。其中裂隙网络渗流模拟，特别是三维裂隙网络的渗流计算是结构面网络模拟研究工作的重点和难点。又由于对于具有随机性裂隙网络渗流的计算，需要多次形成裂隙网络样本，并对每个样本进行多次计算，因此对渗流计算比确定性渗流提出更高的要求。本文基于将单个裂隙看作为一个不可压缩的二维各向同性多孔介质的假定，运用加权剩余法，推导了单裂隙渗流的边界单元法公式。通过将裂隙之间的交线看作为内部边界，推导了多裂隙相交时的边界单元法公式。利用FORTRAN 90语言编制了相应的计算程序BIEMNF。为验证程序的正确性，利用计算实例进行了考核。     

河道及河口一维及二维嵌套泥沙数学模型

建立了一种河道及河口一、二维嵌套的泥沙数学模型，对基本的控制方程、方程的离散和求解方法、嵌套连接条件以及非均匀沙的处理等问题进行了研究。以非恒定非均匀不平衡输沙理论作为本文建模的基础，为方便处理，通过交界面的水位、流量和含沙量等的传递，在每一迭代内进行耦合计算。数值模拟结果与实测资料吻合较好，且计算省时，表明本文建立的嵌套模型是一种解决某些实际工程问题的可靠的和高效的工具。     

多尺度有限元法在地下水模拟中的应用

本文详细介绍了多尺度有限元法的基本原理，并将其应用于非均质多孔介质中的流动问题，对水文地质参数按函数连续变化、渐变和突变3种非均质多孔介质中的二维地下水稳定流、非稳定流分别用多尺度有限元法和传统有限元法进行了计算。计算结果的对比表明，多尺度有限元法比传统有限元法有效，既节省计算量又有较高的精度。     

水工结构分析的p-型自适应有限单元法研究

本文建立了一种结构分析的实用p型自适应有限元分析方法，研究中针对二维问题，利用勒让德多项式和雅可比多项式构造了阶谱单元的基函数，并利用有限元离散误差估计的基本理论，将p型自适应有限元方法归类为全域升阶方法、单元升阶方法和自由度升阶方法，并给出了具体的实施过程。算例显示了该法的特色与在水工结构分析应用中的潜力。     

珠江河口水动力一维、二维联解的有限元计算方法

该文应用有限元联解方法计算珠江河网与河口的整个水动力。仿照四点隐式差分法在每个一维单元内部形成独立的单元方程组,改进RMA有限元软件包实现河网一维数值模拟。借鉴弹性力学年中通过固结杆件与块体的连接结点实现两构件组合计算的思路,设计了珠江河网一维、河口二维水动力联解的有限元法,通过单元矩阵的构建、合并与叠加,形成整体方程组,实现整体求解的连接模式,有效地解决了不同形态流场的模拟问题。应用研究表明:该方法合理,计算结果较理想。     

An iterative Rankine boundary element method for wave diffraction of a ship with forward speed

A 3-D time-domain seakeeping analysis tool has been newly developed by using a higher-order boundary element method with the Rankine source as the kernel function. An iterative time-marching scheme for updating both kinematic and dynamic free-surface boundary conditions is adopted for achieving numerical accuracy and stability. A rectangular computational domain moving with the mean speed of ship is introduced. A damping beach at the outer portion of the truncated free surface is installed for satisfying the radiation condition. After numerical convergence checked, the diffraction unsteady problem of a Wigley hull traveling with a constant forward speed in waves is studied. Extensive results including wave exciting forces, wave patterns and pressure distributions on the hull are presented to validate the efficiency and accuracy of the proposed 3-D time-domain iterative Rankine BEM approach. Computed results are compared to be in good agreement with the corresponding experimental data and other published numerical solutions.     

基于极限平衡法和有限元法的岩质高边坡稳定性分析

以某水电站右岸坝肩开挖岩质高边坡为例,利用极限平衡方法和二维有限元方法对该边坡在天然工况、开挖工况和加固工况的抗滑稳定性进行了数值模拟及对比计算分析。结果表明简布法和条分法的计算结果与有限元的计算结果较为接近,通过有限元强度折减法计算的安全系数小于极限平衡方法计算的安全系数,极限平衡方法搜索的滑动面是一个圆弧,有限元计算得到的是一条滑动带,极限平衡法搜索的滑带相对较小,在有限元计算的滑带之内。     

随机徐变应力影响下重力坝时变可靠度初探

由于重力坝的随机温度场以及随机徐变应力场均为非平稳随机过程，由此所涉及的结构可靠度是非平稳向量随机过程非线性组合的时变可靠度．本文计入重力坝徐变应力场和混凝土强度随机性的影响，将时变可靠度的数值解法与随机有限元法相结合，模拟施工过程，对一典型重力坝的时变可靠度进行了计算，得出了一些有益的结论．