海上溢油漂移扩散的数值模拟

该文基于三维自由水面垂向分层动网格的Euler-Lagrangian模式,采用VC方式(Vertex-Centered)的非结构化有限体积方法离散三维浅水方程,模拟渤海的潮汐水流运动过程。以此为水动力背景场,采用油、水分离的Lagrangian粒子追踪模型,对渤海海域发生的溢油漂移扩散问题进行模拟。其油品的蒸发、乳化和溶解等风化作用以引入综合衰减系数的方式考虑。模型对油膜的漂移路径、厚度和面积进行了实时模拟和预测,用多个测站的同步连续实测值对水动力模式进行了参数率定与模型验证,油膜输运扩散的计算结果也与相关报告数据进行了对比,均吻合良好,说明模型具有较高的可靠性与重现性。     

求解动态子结构的大质量界面虚拟激励法

为提高大型结构随机激励的计算效率,解决不同类型组合结构的动力求解问题,提出一种动态子结构求解方法。在各子结构界面的质量矩阵上分别附加大质量单元,并直接在大质量单元上施加两次不同幅值的虚拟激励荷载,确保相邻子结构界面上的加速度响应协调;根据不同子结构界面上的内力平衡条件和线性关系建立界面力平衡方程组,求解出能够保证各子结构之间加速度响应和内力同时协调平衡的虚拟激励荷载幅值;通过求出的虚拟激励荷载分别计算各子结构的真实响应。该方法与传统的模态综合法相比,避免了模态坐标和物理坐标的反复转换,并能直接考虑子结构的高频特性;与机械导纳法相比,减小了综合方程规模,求解更为简便,并适用于外荷载激励和地震下基础加速度激励同时输入的情况。最后通过不同类型的仿真算例验证了该方法的正确性。     

基于强度折减法的重力坝坝基软弱结构面失稳判据研究

以某混凝土重力坝坝基失稳问题为例,采用非线性有限元强度折减法,对三种典型的失稳判据进行数值计算研究,并与传统的刚体极限平衡法计算结果进行对比,讨论各种失稳判据的合理性及其适用性。研究结果表明:采用收敛性判据误差相对较大,采用特征点位移突变和塑性区贯通作为失稳判据所得安全系数与刚体极限平衡法所得安全系数较为接近。验证了位移突变判据和塑性区贯通判据的合理性。建议在强度折减法的重力坝坝基失稳分析中联合使用位移突变判据和塑性区贯通判据。     

水电站地下厂房对洞室围岩地震反应的影响

结合某抽水蓄能电站地下厂房工程,建立全机组段地下厂房与洞室群的耦合地震反应时域数值仿真模型,考虑初始地应力、分部开挖与柔性支护以及岩体的材料弹塑性,分析了厂房混凝土结构的存在对洞室围岩的地震位移、速度、加速度、塑性区等反应特征的影响.结果表明,厂房混凝土结构与围岩的相互作用对洞室围岩的地震反应影响不大,对围岩塑性区的发展起到了一定的约束作用,有利于洞室的安全.     

波浪对双层圆弧型贯底式开孔介质防波堤的绕射

为研究波浪对双层圆弧型贯底式开孔介质防波堤的绕射问题,利用比例边界有限元方法(SBFEM)建立该问题的半解析解模型.分析时将双层圆弧延伸构建出2个虚拟同心圆可将整个流场可划分成2个有限域和1个无限域.利用变分原理推导出了关于势函数的各个子域SBFEM方程,并对SBFEM方程进行了求解.数值算例验证了该方法是一种只需离散最外边界而且用很少单元便能得到精确结果的高效算法.给出了短峰波波向、相对波数、内外半径比、圆弧段的位置、张角以及孔隙影响系数等因素对整个结构波浪绕射的影响.结果表明,双层圆弧型贯底式开孔介质防波堤与以上参数的变化密切相关.     

气象集合预报的研究进展

集合预报是数值预报发展的一个重要方向,相对于单一的确定性预报,它考虑了初值及模式的不确定性,其结果反映了未来天气的多种状况,能为用户提供确定性预报所不能提供的信息(如预报结果的可信度等)。降水信息是水文预报系统的核心输入,单一的降水预报存在着不确定性,从而使得水文预报也存在不确定性。这种不确定性制约了水利工程调度的科学性。集合预报在一定程度上能解决这种不确定性。从而在水文领域,气象集合预报具有较高的应用价值。为了水文工作者能够更好地应用集合预报,本文首先基于系统的角度,对集合预报系统中的初值扰动、模式扰动和集合预报产品等研究现状及成果进行了评述,然后分析了降水集合预报产品在水文预报领域中的应用情况,最后对集合预报在水文领域中的应用进行了展望。     

横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解

提出了移动荷载作用下各向异性层状地基上柔性路面结构动力响应分析的半解析解法。基于土-结构相互作用理论,建立了柔性路面-层状地基的动力耦合模型。对近场道路结构建立波数域有限元模型,基于精细积分及谱元法原理建立远场地基的谱元模型,利用子结构法来确定近-远场耦合界面处的边界条件,进而实现近场和远场结构的耦合,利用快速Fourier变换获得柔性路面在时空域的动力响应解答。该文方法既可以考虑道路结构的几何特性,也可以计入地基层状分布及各向异性特性的影响。近场有限域模型尺寸不会受到地基层数及层厚的影响,数值求解稳定。通过与解析解的对比,验证了提出方法的有效性与合理性。数值算例对比分析了道路-地基耦合模型与以往整体层状道路模型所得动力响应的差异,并讨论了道路结构层弹性模量的影响规律。

     

基于粒子群优化算法的人工地震波反应谱拟合技术

为避免复杂的人工地震波反应谱修正过程,且使合成的人工地震波反应谱较好地收敛于目标谱,提出在传统人工地震波反应谱拟合技术的基础上引入二次修正因子,并以二次修正因子作为优化因子,以合成的人工地震波反应谱与目标谱的标准误差最小为优化目标建立谱拟合优化模型。并基于Matlab软件编程,应用粒子群优化算法(PSO算法)对模型进行分析。算例分析表明,基于PSO算法的人工地震波反应谱拟合方法与传统的在频域内调整傅里叶幅值谱的方法相比,所生成的人工地震波反应谱与目标谱曲线整体吻合较好,收敛精度显著提高。     

变化条件下河堤防洪能力复核分析研究

构建了一维河道洪水模型,基于历史洪水率定的河道糙率,模拟了发生设计标准洪水时河道中洪水演进过程,并采用不同方法推求的水面线校核了模拟结果的合理性,分析模拟了水位与确保水位及堤高数量关系,讨论了滩地糙率对洪水位的影响.实例结果表明,石佛寺水库下游河道个别断面堤不能满足设计标准洪水的过流要求,需进行堤防加高处理,滩地糙率对河道行洪水位影响较大.     

基于MIKE11的太子河观-葠河段水文水动力模型研究

针对辽宁省太子河观音阁水库至葠窝水库河段水环境污染严重的现状,采用MIKE11软件构建了流域水文水动力模型,以流域水量平衡和枯水期流量拟合效果佳为原则,利用长序列逐日气象水文实测资料进行了参数率定及模型检验,并分析了参数的敏感性和取值合理性.结果表明,模型在率定期和验证期模拟效果均良好,可供水质研究及库群与闸坝联合调度方案研究参考.