基于非静压模型三维极端波浪岸礁水动力特性数值模拟

该文基于非静压单相流模型(NHWAVE),对多向聚焦波在近岸岛礁地形上的传播和爬坡过程进行了数值模拟,综合考虑了有效波高、谱峰周期、水深、波浪入射角度以及岛礁前坡坡度和后坡坡度等因素对岸礁波浪水动力特性的影响,重点分析了最大波高的沿礁变化及岸线附近最大爬高的变化规律.计算结果表明:有效波高、谱峰周期、水深及波浪入射角度对波群的传播有显著的影响;随着有效波高、谱峰周期及水深的增大,波群在后坡上的爬高也随之增大.随着波浪入射角的增大,波群在后坡上的爬高随之减小;当改变礁前斜坡坡度时波群在后坡上的爬高几乎不变,仅对礁前斜坡处的局部波高有影响;当增大礁后斜坡坡度时波浪在岸滩上的最大爬高随之增大,但对波浪在岸礁上的传播变形影响很小.该研究结果接近真实海况,可以为工程实际提供更可靠的依据.     

基于人工局域表面等离激元的液晶微波介电常数测量传感器

液晶材料在微波频段具有良好的调制特性,在微波可调谐器件领域具有巨大的应用潜力。本文针对液晶材料微波介电常数的测量需求,提出了一种基于人工局域表面等离激元谐振的传感器。通过设计环形谐振器结构,在sub-6GHz频段形成局域表面等离激元窄带谐振峰。通过给液晶施加外加电场,能够实现对液晶介电常数的调控。通过谐振频点位置的拟合,能够得到对应的液晶的介电常数大小,从而实现液晶材料在微波频段的介电常数的测量。本文研究了不同液晶层厚度、不同液晶介电常数对人工局域表面等离激元谐振频点的影响。随着液晶层厚度增加或者液晶介电常数的减小,谐振频点f₁和f₂都逐渐增大。当液晶层厚度大于或等于0.5mm时,谐振频点f₁和f₂随介电常数的变化具有良好的线性度,且具有高灵敏度（>400MHz/Δε）,远大于基于目前报道的其他形式介电常数传感器。同时,本传感器结构可以在液晶层上下施加电场,从而实现在不同外加电场作用下液晶材料微波介电常数的测量,在液晶微波特性研究领域具有应用潜力。     

西南铁路地质灾害与勘察防治技术成就

我国西南地区处于青藏高原周边地带,位于印度板块与欧亚板块碰撞带东侧附近,地质构造十分复杂,地质灾害严重。结合宝成、贵昆、成昆、襄渝、南昆、内昆、渝怀等西南复杂地质艰险山区重要干线铁路的勘察设计、施工和运营,总结概括了西南铁路地质灾害的基本情况,并较系统地介绍了几种主要地质灾害的铁路地质勘察和工程防治技术经验。     

涌潮冲击桩柱体最大压强及最大载荷的计算方法

涌潮是一种蕴含着巨大能量的特殊强非线性间断流,因此涌潮区域内桥墩等桩柱体建筑物会受到极大的涌潮冲击力,可能会对桩柱体等涉水结构造成严重毁坏。基于开源程序OpenFOAM和wave2Foam构建高精度涌潮数值水槽,求解雷诺平均的Navier-Stokes方程。首先,进行高精度涌潮数值水槽计算涌潮传播、演变及与桩柱体相互作用的能力;然后,数值计算涌潮与桩柱体相互作用过程中涌潮传播、演变及桩柱体结构动力响应特性的变化规律,并阐明不同形态涌潮与桩柱体发生相互作用时涌潮复杂水动力特性机理;最后,系统分析不同涌潮高度、潮前水深、桩柱体斜置角度和作用方向对涌潮水动力载荷和最大冲击压强的影响。结果表明：涌潮与桩柱体发生相互作用时,涌潮最大水动力载荷和最大冲击压强随着涌潮高度的增加显著增加,呈现出线性增大趋势;波状涌潮和弱旋滚涌潮的最大水动力载荷和最大冲击压强随潮前水深的增大而增大,然而强漩滚涌潮冲击桩柱体时的最大水动力载荷和最大冲击压强随潮前水深的变化没有明显增大的趋势;涌潮冲击桩柱体过程中,相比垂直桩柱体涌潮对正向斜置桩柱体作用的水动力载荷较小,且最大冲击压强的大小也因桩柱体的斜置发生了明显的减小现象。基于对涌潮最大水动力载荷和最大冲击压强数据结果进行系统整理,结合理论特性分析,提出适合不同形态涌潮冲击桩柱体时的最大水动力载荷和涌潮最大冲击压强的理论计算公式。为强潮区域桥梁基础结构的设计提供参考意义。     

利用匹配场方法反演海底单参数

用海底反射损失对掠射角的斜率作为单个参数描述海底可以简化地声反演过程,快速获得海底的地声性质。基于单参数模型及其相干声场的反射相位近似关系,利用匹配场处理技术反演海底性质。通过Hamilton地声模型中的密度声速关系,同时获得海底的密度和声速值。对2001年中美东海联合实验(ASIAEX 2001)实验数据进行了反演,获得海底地声参数。最后利用反演结果进行传播损失预报及海底沉积物辨别,其效果证实了基于单参数海底模型反演方法的有效性及实用性。     

单株和簇状植物分布方式对消波的影响试验

在波浪水槽中规则波和不规则波水力条件下开展多组次物理模型试验,探究单株和簇状刚性植物分布方式对消波特性的影响。结果表明,单株-矩形分布植物带密度相同时,适当增加相邻植物间沿流向的距离,消波效果增强;对于单株-交错分布植物带,拖曳力系数随植物间距以及植物淹没度的增大而增大;对于簇状植物带,透射系数随单簇内植物株数的增加以及簇中心间距的减小而减小。在试验条件下得到了植物带消波效果与水动力因素和植物因素之间的拟合关系式,揭示了植物分布密度和分布排列结构对植物消波的影响。     

基于K-means聚类分析与单经验正交函数回归法的南海声速剖面估计方法研究

基于遥感参数和Argo历史数据对水体声速剖面(Sound Speed Profile, SSP)进行重构,对单经验正交函数回归(single Empirical Orthogonal Function-regression, sEOF-r)法在南海的适用性进行了研究。由于南海动力活动的复杂性,SSP扰动相对复杂,同时海域内SSP样本稀疏,相关的SSP统计学估计方法在南海区域还难以有效应用。文章基于K-means对样本进行聚类分析,讨论南海海域正交经验函数模态的一致性。通过扩大重构实验网格解决样本稀疏的问题。利用经典的sEOF-r对南海SSP进行反演,对重构SSP的误差分析说明了该方法在南海海域应用的有效性。SSP重构的均方根误差为2.341 1 m·s^-1,较大误差主要出现在深度40～200 m,其原因是海域内混合层深度发生变化。实验证明在南海区域内利用遥感参数可以有效地估计SSP。     

多色柔性自支撑胆甾相液晶薄膜反射器件

一维手性软光子晶体胆甾相液晶（CLC）在防伪标签、纳米激光器和传感等领域具有广泛的应用。本文采用多步图案化紫外固化方法并结合清洗-重填工艺,实现了多色的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。采用标签打印机打印PET图案作为掩膜版,对可聚合的CLC材料进行紫外固化,得到图案化的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。在此基础上,将非固化区域的液晶材料洗去并重新填充不同手性剂含量的CLC,再次图案化紫外曝光,即可实现多色的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。研究了不同入射角、弯曲曲率半径和温度对反射器件光学性能的影响。实验结果表明,采用上述方法制备的多色可自支撑反射器件具有良好的柔性,不同曲率半径下的布拉格反射中心波长基本不变。随着温度升高,布拉格反射中心波长红移,且具有良好的线性度。多色的可自支撑柔性薄膜反射器件可拓展CLC在显示、传感、激光防护和微纳光学等领域的进一步应用。     

浅海海底单参数模型分析与研究

介绍了单参数模型,提出以小掠射角下反射损失随掠射角的变化率Fd B作为描述海底性质的单参数,并分析研究了该海底单参数模型的适用性,分析得到,当频率不低于数十赫兹且海底沉积物类型属于高声速海底时,单参数模型可以用来描述海底性质。还研究了海水声速对于海底单参数模型描述水下声场的适用性的影响,结果表明,当海水声速剖面可以近似等效为均匀水层时,可用海底单参数模型对水下声场进行预报应用。     

多向聚焦波作用下跨海桥梁围堰水动力特性数值模拟研究

该文采用开源程序REEF3D研究了多向聚焦波浪与跨海桥梁围堰之间复杂的相互作用,并且系统讨论了有效波高、谱峰周期、波浪方向分布、波浪入射角、围堰吃水深度和水深等因素的影响.计算结果表明:前五个因素对跨海桥梁围堰所受到的水动力载荷有显著影响,而水深变化对围堰的水动力特性影响较小.围堰的水动力的载荷随有效波高和谱峰周期的增大而增大.波浪方向分布对围堰的水动力载荷也有一定的影响,波浪方向范围越小,载荷越大;随着波浪入射角的增大,围堰所受的水平波浪力随之增大,垂直波浪力变化却不明显;随着围堰吃水深度增加,围堰水平波浪力明显增大,垂直波浪力却减小.该研究结果为跨海桥梁围堰更好地施工提供了相关参考.