水库滑坡涌浪的数学模型及其应用

通过建立数学模型 ,来模拟水库中滑坡引起的涌浪的发生、发展和衰减 .理论分析和实际工程算例表明 ,本文模型可根据滑坡体的自然特性 ,通过模拟计算 ,预测水库库区内滑体滑速的发生状况、涌浪的发展过程和可能产生的过坝漫溢水量 ,为有关部门预先采取防范措施提供科学依据     

滑坡涌浪诱发冰湖溃决灾害链过程分析与模拟

近年来滑坡诱发冰湖溃决灾害链发生频率日趋增加,对下游居民及工程设施安全造成严重威胁。为定量描述滑坡诱发冰湖溃决灾害链危害,通过系统分析该灾害链的演化过程及阶段特征,将其划分为四个子阶段：滑坡运动、涌浪传播、冰湖溃决、洪水传播;分别研究各子阶段演化的物理机理及关键因子,建立了相应的数学模型与计算方法,如滑坡运动采用Savage-Hutter模型、涌浪及洪水传播采用浅水波方程等;通过确定各子阶段之间的衔接因子,如滑坡运动特征、涌浪传播特征、坝体溃决特征等,实现了各子阶段的过程耦合与数据传递,建立了滑坡-涌浪-冰湖溃决-洪水灾害链的全过程物理模型,最终完成了该灾害链的过程模拟与危险分析。为验证所建立模型与计算方法的可行性,以四川省甘孜藏族自治州雅拉乡木格措冰湖潜在灾害链为案例,结合现场勘查与卫星影像数据,开展不同情境如暴雨或上下游级联溃决等条件下灾害链的过程模拟与危险分析,且将模拟结果与经验公式计算数据进行对比。结果表明,本文所提方法可较好的完成滑坡诱发冰湖溃决灾害链过程模拟,模型模拟数据与经验公式计算数据较为吻合,且考虑暴雨或上下游级联溃决条件时下游洪水流量呈显著增加趋势。本文研究成果提供了一种新的滑坡诱发冰湖溃决灾害链研究思路,对该灾害链的防灾减灾技术具有重要支撑作用。     

高速滑坡临滑变形能突变模型的研究

在应用传统理论的基础上 ,吸取非线性科学理论——突变理论的思想及方法 ,建立高速滑坡尖点突变模型 ,导出变形能公式 ,从而为滑坡滑速定量描述及其涌浪预报提供新的思想及方法     

滑坡–堵江–涌浪灾害链模拟的DEM–CFD耦合分析方法及其应用

滑坡-堵江-涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡-河流相互作用。为了真实再现这一演进过程,本文提出了一种扩展的离散元法（DEM）与计算流体动力学（CFD）耦合数值方法,通过在局部平均DEM-CFD耦合方法中引入流体体积法（VOF）建立了一套能够描述河流自由水面演化的扩展DEM-CFD耦合数值框架,实现了对滑坡涌浪形成及传播过程的追踪;并提出了一种新的局部孔隙率计算方法即虚拟球模型,来克服网格颗粒临界尺寸比的限制,从而实现复杂地形建模要求;进一步通过多个典型算例验证其准确性和有效性。在此基础上,开展了滑坡-堵江-涌浪灾害链演化模拟,并应用至白格滑坡坝形成过程复演,深入分析了滑坡-河流动态演化过程及耦合作用机理。结果表明：所提出的方法能够准确模拟滑坡-河流相互作用;滑坡-河流-河谷地形的耦合作用驱动了灾害演化,滑坡体驱动了涌浪的传播,而河流则增加了滑坡体的动能耗散,且对其沉积过程在河流流向上产生相反影响;模拟得到的白格滑坡运移路径、沉积形态及涌浪侵蚀面积与实地调查结果吻合度较高,成功再现了2018年10月11日白格滑坡堵江事件。本文所提出的扩展DEM-CFD耦合数值方法为深入研究滑坡-堵江-涌浪灾害链演化机制提供了有力的数值工具,对于灾害预测及防灾减灾策略的制定具有一定的参考价值。     

气泡脉动压力作用下圆板的响应分析

尽管气泡脉动压力峰值较冲击波小,但是近场水下爆炸气泡能量的衰减较冲击波慢,所以其对结构的影响却是不可忽视的.将脉动球面压力波分解为不同时段内的环形荷载,利用李滋方程推导出圆板表面上压力以及圆板圆心处的最大挠度的计算公式.算例中所体现的深水条件与经验公式给出的基本相符;拟合得到公式可以计算出任意厚度板的最大挠度;圆板中心最容易发生破坏;在板厚较薄的情况下,圆板边界也很可能发生破坏.     

中等欠膨胀和过膨胀火箭喷焰电磁特性计算

建立了一种近 远场分区耦合计算方法来计算中等欠膨胀和过膨胀火箭喷焰的微波衰减特性 .首先在近场 ,用时间相关法求解轴对称N S方程 ,湍流模型为k ε二方程模型 ,获得近场压力参数分布 .然后求解轴对称抛物化N S方程并耦合有限速率化学动力学模型在已知的近场压力分布基础上进行空间推进 ,在近场末端获得远场初始参数 .在远场 ,直接求解轴对称抛物化N S方程 ,认为压力变化可忽略不计 ,并考虑更复杂的化学反应过程 .最后在整个流场上利用电子导电模型计算喷焰的电磁特性参数 .对中等欠膨胀和过膨胀喷焰微波衰减进行了计算和分析 ,计算结果与实验结果比较一致 .这种改进的方法可用于中等非完全膨胀火箭喷焰的微波衰减特性研究 .     

均质黏土滑坡的运动特性研究

为研究均质黏土滑坡的运动特性,根据黏土滑坡特性定义圆弧形滑动面为最危险滑移面,基于质心法的运动假设,建立失稳后滑坡的物理运动模型,依据滑坡运动过程中功能转换关系,推导出滑坡滑动距离的预测公式,通过计算获取其运动加速度、速度、滑动距离等动力学参数,并将该方法计算得到的结果与雪橇模型结果对比。结果表明:均质黏土滑坡运动加速度在极短的时间内达到最大,而后逐渐降低;滑坡的运动速度在最初阶段增加较快,此后逐渐减小直至滑坡停止;该方法得到的最终水平滑动距离与雪橇模型计算结果基本一致,相对误差较小,仅为1.2%。     

斜坡失稳及其启程速度的折迭突变模型

临滑斜坡内聚集了巨大剪切形变能,坡体临滑释放的形变能大于滑带岩体破裂、贯通所需能量的部分,将转变成滑体弹冲剧发的动能.将坡体视为变形体,计算了重力作用下简化坡体模型的剪切形变能,计入滑带厚度,建立斜坡失稳的折迭突变模型,对滑体启动方式进行分析.研究表明,当坡体剪切刚度k小于滑带锁固段岩体抗剪力曲线软化段拐点处刚度|Q'(u1)|,即系统刚度比K=k-Q1(ut)<1时,滑动为剧动式滑坡.给出了滑体弹冲的动能表达式,由此得到的滑体弹冲剧发速度、加速度关系表明,滑体的启程弹冲效应与滑体规模成反比,给出剧动式滑体启程速度的算例.用格林公式证明了临滑坡体剪切形变能释放量,可以用折迭突变模型中的几何图形来表示.当参数变化使系统剐度比K=k-Q1(ut)≥1时,所建立的突变模型可以对缓动式滑坡进行描述.     

滑坡计算参数反演分析的优化算法

对三峡库区已有勘察资料的滑坡进行分类统计，得到滑带土抗剪强度参数的分布函数，并计算其天然强度和饱和强度的相关关系。根据滑坡宏观变形特征确定滑坡稳定性评估指标，用剩余推力法建立滑坡反演分析的平衡方程，并通过敏感性分析得到抗剪强度参数对滑坡稳定性影响程度的比值。提出了反演参数的优化算法，将反演得到的一系列参数值与统计数据进行对比分析，兼顾了滑坡的区域共性和个体特性。     

基于经验公式建立的滑坡泥石流坝溃口形式预测模型

为了预测滑坡泥石流坝溃决产生的洪峰流量和最大水深,本文的目标是建立滑坡泥石流坝在自然条件下首次溃决形式的经验公式模型,包括平均宽度bc和残留高Hd两个溃口形式的特征参数,从而为制订防灾减灾方案或应急预案提供科学依据。通过野外考察采集的数据以及溃决特征分析,选取影响滑坡泥石流坝溃口形式的主要因子,分别建立了坝高H、有效坝长B、堰塞湖库容W、坝体鞍部单宽体积V、内摩擦系数tan 以及上限粒径d90共6个因子与溃口形式（即溃口的平均宽度bc和残留高Hd）之间的经验关系公式。最后,将经验预测公式运用到实例进行检验,误差较小。     

Numerical study on maximum rebound ratio in blasting wave propagation along radian direction normal to joints

1 INTRODUCTION For one dimensional wave, such as seismic wave, passing across single joint or multiple parallel joints, combining the theory of displacement discontinuities and the method of characteristics, solutions in terms of magnitudes of the reflection ratio and the transmission ratio have been obtained by several researchers[1?6] for P-wave and S-wave respectively. However, for a practical dynamic problem in a rock mass involving blasting wave propagation from a tunnel or borehole,…     

岩体中软弱夹层影响爆炸波传播规律的数值分析

为了模拟岩体中软弱夹层对爆炸波传播衰减的影响,在块体离散元的基础上改进了数值计算方法（包括基本方程、求解步骤、能量耗散等效模式）,使其适合模拟爆源的特点、岩体中软弱夹层的性质以及应力波的传播衰减规律.用该方法建立了含软弱夹层岩体和爆源的数值模型,对岩体中软弱夹层影响爆炸波的传播衰减规律进行了数值试验.结果表明：软弱夹层前后爆炸波的振动速度峰值差别很大,存在量级上的差别;软弱夹层与爆源的距离对应力波衰减的影响很大,而夹层厚度影响较小;在两组软弱夹层之间的质点振动持续时间明显延长.数值模拟不仅给出了爆炸波经过软弱夹层的透反射关系,而且描述了不同情况下质点振动的基本形式,可为实际工程提供参考.     

联合InSAR和质量守恒法估计西藏贡觉地区雄巴滑坡厚度

滑坡厚度是灾害风险评估和防控的关键参数。传统的滑坡厚度估计方法只能确定滑坡体局部稀疏点的深度,无法反映整个坡体深度分布情况,且存在探测成本高、效率低等问题。基于此,提出了一种联合合成孔径雷达干涉测量(InSAR)和质量守恒法估计平移式滑坡厚度分布的方法,并将其应用于西藏贡觉地区雄巴滑坡。使用时序InSAR技术分别计算Sentinel-1A升轨、Sentinel-1A降轨和ALOS-2升轨影像的一维雷达视线向(LOS)形变速度场,联合SAR成像参数与滑坡空间几何关系构建坡面坐标系,解算得到滑坡沿坡面的三维形变场; 在此基础上,联合InSAR三维形变场和质量守恒准则估计滑坡厚度。实验共收集了覆盖雄巴滑坡的140景Sentinel-1A升轨、138景Sentinel-1A降轨和12景ALOS-2升轨数据。结果表明:雄巴滑坡总运动面积约为5.33 km²,当流变参数取值0.5时,滑坡厚度为0～109.57 m,集中分布在9～73 m,滑坡体积约3.12×10⁸ m³,估算结果与现场测量结果一致。本文提出的方法可以获取滑坡连续的厚度分布情况,可为灾害风险评估、分析与预防提供关键性数据支撑。     

Numerical investigation of flow pattern and components of three-dimensional velocity around a submerged T-shaped spur dike in a 90° bend

Spur dike is one of the river training structures. This work presented a numerical simulation of flow field and three-dimensional velocity around a T-shaped spur dike located in bend using SSIIM model. The main objective of this work is to investigate the three-dimensional velocities and streamlines at transverse and longitudinal sections and plan views around the T-shaped spur dike in different submergence ratios(0, 5%, 15%, 25% and 50%). It is concluded that by increasing the submergence ratio from 5% to 50%, the maximum of scour is reduced; the maximum of longitudinal velocity increases by 7.7% and occurs at the water surface in spur dike axis. Near the bed, the maximum of vertical velocity occurs at the end of spur wing. By analyzing the streamlines at transverse sections, the followings were deduced for different submergence ratios: different dimensions and different positions of vortices around the spur dike.     

输水隧道流-固耦合地震反应研究

目的为了研究在考虑介质的辐射阻尼的情况下，穿越软土地区的浅埋大管径输水隧道在内水作用下。其水体晃动、阻尼系数、地震激励方向、内水压力、围岩种类、围岩和衬砌的非线性以及衬砌的厚度对衬砌的地震响应的影响．方法根据流固耦合原理建立内水-衬砌-围岩三者的运动方程。以一穿越河底的输水隧道为例，采用三维流固耦合有限元程序对其进行地震反应分析．其中管内水体采用基于势的流体单元．结果经分析得出其中水体晃动、地震激励方向、高内水压力、围岩种类，围岩非线性及衬砌的厚度都对衬砌的地震响应的影响很大．结论采用有限元理论分析了对衬砌的地震响应有影响的几个因素，为工程设计与施工提供了可靠的理论依据．     

基于能量守恒理论的波浪侵蚀土质岸坡范围预测方法

波浪对三峡库区土质岸坡的侵蚀极大影响了库区生态与地质环境安全,预测波浪对岸坡的侵蚀范围将是库区防灾减灾工作的重要措施,然而现有的侵蚀预测主要是以经验方法为主,难以获得准确的结果。为此,采用能量守恒理论,考虑波浪上爬过程中的层厚及流速变化,分别构建波浪上爬势能方程与摩擦耗能方程,最终联立建立波浪作用土质岸坡侵蚀范围预测方程。为获取预测方程的关键参数,开展波浪上爬岸坡模型试验,研究波浪上爬岸坡时的流速、层厚及爬高变化规律;为验证侵蚀范围预测方程的可靠性,开展波浪侵蚀岸坡模型试验,获取土质岸坡侵蚀演化进程。波浪上爬模型试验结果表明：岸坡坡度越大,则波浪爬高越大,爬坡水流厚度也随之增大,但爬坡水流流速随之减小;根据试验结果获取了水流厚度参数与流速参数的分布区间,构建了水流厚度参数、流速参数与岸坡坡度间的关系方程。波浪侵蚀岸坡模型试验结果表明：土体干密度越大,岸坡的抗侵蚀能力越强,且岸坡达到最终稳态所需的时间越长;碎石含量越多,岸坡的抗侵蚀能力越强,由于碎石护面作用使得岸坡侵蚀稳定的时间缩短;将岸坡侵蚀稳定终态结果与预测方程结果进行了对比,验证了本文提出的侵蚀范围预测方程是可靠的。本文提出的波浪侵蚀范围预测方程可广泛应用于国内外水库土质岸坡的侵蚀灾害防治工作中。     

声波技术的进展及其在矿山压力测试中的应用

本文叙述了应用KS声波数据处理的量测系统,对岩石试件全应力～应变过程与岩石声学参数变化的相关性的试验研究,在现场,对巷道围岩内从弹性至塑性破坏圈的变化过程与岩石的声学参数变化规律的试验研究,用以研究巷道围岩的稳定性。这些岩石声学参数为波幅、谱幅、谱面积、谱密度、波速度、衰减系数等。     

陆上地震低频线性干扰形成机制及采集压制方法

低频线性干扰是在地震采集中普遍存在的一类干扰波,对单炮质量有很大影响。因此压制线性干扰,提高资料质量是十分必要的。本文以春光油田以及泌阳古河道区为实验区,讨论了低频线性干扰的形成机制,研究发现线性干扰的强弱与低降速层厚度存在关系。激发点所在低降速层厚度越大,低频线性干扰越强,也即在野外采集时炮点深度越大,线性干扰越弱。试验结果表明,在野外采集过程中加大炮点深度,使得炮点位于高速层界面以下时,线性干扰的压制效果比较好。     

Experimental study on prediction model for maximum rebound ratio

The proposed prediction model for estimating the maximum rebound ratio was applied to a field explosion test, Mandai test in Singapore. The estimated possible maximum peak particle velocities(PPVs) were compared with the field records. Three of the four available field-recorded PPVs lie exactly below the estimated possible maximum values as expected, while the fourth available field-recorded PPV lies close to and a bit higher than the estimated maximum possible PPV. The comparison results show that the predicted PPVs from the proposed prediction model for the maximum rebound ratio match the field-recorded PPVs better than those from two empirical formulae. The very good agreement between the estimated and field-recorded values validates the proposed prediction model for estimating PPV in a rock mass with a set of joints due to application of a two dimensional compressional wave at the boundary of a tunnel or a borehole.     

青藏高原三江并流区重大堵江滑坡孕育规律及其防灾挑战

青藏高原三江并流区剧烈的构造活动和强烈的河流侵蚀导致其高山峡谷中大型堵江滑坡频频发生,并且链生灾害剧烈,严重影响川藏铁路、滇藏铁路等国家重大工程的建设。青藏高原重大滑坡堵江具有独特的天然形成条件以及鲜明的内外动力特征,通过对典型堵江滑坡的考察,建立青藏高原三江并流区堵江滑坡数据库,对认识堵江滑坡地质孕育特征在区域上的普遍性规律及孕灾条件意义重大。本文基于2019年实施的三江并流区堵江滑坡野外地质调查和滑坡地质成因分析,阶段性揭示了堵江滑坡的一般孕育规律：（1）三江并流区的缝合带和活动断裂不仅易使斜坡岩体发生蚀变,从而降低坡体结构的完整性、提高对风化作用的敏感性,还会产生剧烈的地震内动力作用诱发堵江滑坡的启动;（2）堵江滑坡具有发生在倾倒变形的逆倾斜坡上以及岸坡凹岸处的空间分异特性,在河流下切作用下高势能、大方量的滑体往河谷运动形成堵江;（3）河谷中的背斜构造在河流侵蚀过程中为两岸的逆倾或近直立岩层创造了倾倒变形的临空条件,加上背斜核部邻近斜坡岩体的挤压破碎性质,使斜坡结构更易发生深层变形破坏,造成堵江滑坡事件;（4）软弱炭质岩层化学风化在内的外动力地质作用对坡体结构的变形、破坏亦有不可忽视的促进作用。基岩滑坡一旦发生堵江,其潜在的灾害链问题将十分严重,未来需要进一步优化、整合资源,借助高科技手段克服青藏高原滑坡灾害考察的诸多困难。本文通过揭示堵江滑坡孕育的一般规律,为堵江滑坡数据库的完善奠定了基础,有助于应对更严峻的青藏高原防灾减灾挑战。