金沙江白格堰塞湖溃决过程数值模拟

2018年10月10日和11月3日，在我国四川省与西藏自治区交界处的白格村同一位置连续发生两次滑坡，完全堵塞了金沙江形成堰塞湖。由于“10?10”滑坡形成的堰塞湖水位抬升迅速，堰塞湖于10月12日自然漫顶溃决。“11?03”滑坡堵塞了“10?10”堰塞体溃决形成的流道，形成了更大的堰塞湖，鉴于客观条件允许，采取了开挖泄流槽降低堰塞湖溃决水位的措施，至11月12日，堰塞湖发生漫顶溃决，溃口洪水峰值流量为31000m3/s。由于“11?03”白格堰塞湖溃决案例拥有较为完整的实测资料，为堰塞湖溃决过程的研究提供了宝贵的基础数据。基于堰塞体的溃决机理，建立了可考虑堰塞湖的水动力条件、堰塞体的形态和材料特征的堰塞湖溃决过程数学模型。模型采用宽顶堰公式模拟溃口洪水流量，并根据堰塞湖入湖和溃口流量以及堰塞湖的水位-湖面面积关系曲线确定堰塞湖水位的变化；采用基于水流剪应力和堰塞体材料临界剪应力，并可考虑宽级配堰塞体材料特性的冲蚀公式模拟材料的冲蚀过程；假设溃口在纵向下切和横向展宽过程中坡角保持不变，采用极限平衡法分析溃口在发展过程中发生的边坡失稳；采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟堰塞湖溃决时的水土耦合过程。采用建立的模型对“11?03”白格堰塞湖溃决案例进行反演分析后发现，模型计算获得的溃口流量过程、堰塞湖水位变化过程、溃口发展过程与实测值基本吻合。参数敏感性分析表明，冲蚀系数对溃决过程具有重要的影响，残留坝高通过影响下泄库容也对溃决过程产生作用；另外，开挖泄流槽可降低堰塞湖溃决时的库容，从而对溃口流量过程产生影响，是降低灾害损失的有效手段。     

基于物理模型试验的堰塞坝冲刷溃决过程研究

我国是堰塞湖灾害最严重的国家之一,堰塞湖对上游淹没区和下游溃决演进区的人民生命财产安全构成巨大危险,深入掌握堰塞坝冲刷溃决过程可为应急泄流道的设计和下游应急避险措施的制定等提供重要科技依据。本文以2018年金沙江白格滑坡堰塞湖事件为研究背景,采用室内物理模型试验的手段对堰塞坝冲刷溃决过程进行了系统研究。试验结果表明：堰塞坝冲刷溃决过程一般可分为四个阶段：过流孕育阶段、溯源侵蚀阶段、溃坝发展阶段以及河床再平衡阶段,当溯源冲刷的陡坎追溯到上游坡顶,泄流槽进口断面在侵蚀作用下突然拓宽,泄流槽将连通形成底坡i>0的斜坡道,进而导致水流流速和流量突然增大,堰塞坝进入溃决快速发展的阶段。试验进一步探究了泄流槽开挖位置、开挖深度和宽度对溃决过程的影响。研究发现：当泄流槽开挖宽度不变,深度增大时,洪峰流量降低、峰现时间延迟、溃决流量过程线更为平坦;当泄流槽开挖深度不变,随宽度增大峰现时间延迟。最后,对泄流槽的优化设计提出了建议：泄流槽位置宜布置在坝顶高程最低的垭口,以减小洪峰流量,缩短溃决历时;开挖泄流槽时应优先考虑加大泄流槽深度,最大限度地降低溃决时的堰塞湖水位。     

盾构运动过程的数值分析

采用模拟盾构推进过程的方法,对土的工程性质和盾构尺寸对盾构姿态的影响进行数值分析．通过分析得出了盾构单位距离角度的变化与地层基床系数和盾构尺寸之间的关系,为盾构姿态的控制提供理论依据,并为建立盾构运动过程的数学模型打下基础．     

隐式迭代法的数值试验与应用

针对非线性方程组数值求解问题,利用嵌入法思想给出了一类隐式迭代法,这类迭代法包含了知名学者Ｍ．Ｋ．Ｊａｉｎ１９８５年和１９８６年的两个工作。采用效率较高的Ｃｈｉｐｍａｎ等效代换方法实现了这类方法的计算过程,并从稳定性、计算量以及收敛范围等方面对其进行了大量的数值试验,结果表明隐式迭代法在以上几方面均优于传统迭代法。将该方法在波动方程反问题上进行了应用,进一步表明了该方法的广泛适用性。     

堰塞坝背水面坡度对溃决过程影响机理大尺度试验

堰塞坝溃决物理概化试验是当前研究堰塞坝溃决机理较为可行的方法,但在现有堰塞坝溃决试验中,由于试验坝体尺寸较小、试验上游库容不足,导致试验的溃决过程与实际堰塞坝溃决存在较大差异。为尽量克服库容的不足所带来的影响,本文采用了最大库容达380m3的大尺度堰塞坝溃决试验系统。本文以无粘性、宽级配砂砾料堰塞坝为对象开展了多组室内大尺度溃决试验来揭示堰塞坝溃决机理,并通过设置不同背水面坝坡来研究其对溃决过程的影响。通过试验发现堰塞坝溃决过程可以分为沿程冲刷、溯源冲刷、快速发展和溃口稳定四个阶段。在溃决过程中发现陡坎侵蚀和溃口两侧土体失稳坍塌是溃口快速发展的主要机理。不同背水面坡度下的沿程冲刷阶段冲蚀特征基本相似,而溯源冲刷阶段及快速发展阶段溃决过程差异显著,较大的背水面坡度使溯源冲刷阶段跌坎水流更容易得到发展,进而影响溃口处的垂向冲深及侧向发展,导致快速发展阶段更易形成垂向落差较大的陡坎洪水冲蚀。从溃决历时来看,坡度的增加使溃口发展更快、峰值流量出现时间更早,进而导致溃决历时缩短。坝顶溃口宽度及峰值流量也会随着坡度的增加而增加。在本试验还较好地重现了天然堰塞坝下游河道两岸的淤积现象,并根据堰塞坝溃决过程中的水流特点、泥沙运动及溃决完成后下游河道的地貌,初步分析了淤积区的形成机理。     

二维微管中空泡形成过程的数值模拟

应用专业CFD软件——Fluent对喷油器中的空化特性进行数值模拟,对二维微管液流中的空化现象做了定性的讨论,模拟其空泡形成过程,并分析了喷射压力、喷孔的几何形状等影响因素对空穴现象的影响.     

不同弯度水渠二维水流运动数值模拟研究

为了研究水流对渠弯的影响,建立了水流运动的二维紊流数学模型,采用非结构网格有限体积法,通过实验室连续弯道的算例,验证了数学模型的正确性,并对4种不同弯度水渠的水流运动进行了数值模拟.结果表明,模拟值符合弯道水流运动的基本规律;在相同的水力参数下,随着渠弯角度的增加,水流对渠弯左岸的侵蚀明显降低;验证了在渠弯设计中对渠弯角度的规定是合理的.     

旋风预热器预热过程数值模拟试验研究

本文通过“三传一反”基本原理,建立了四级旋风预热器系统的预热过程气体平衡、物料平衡、热量平衡与流体、传热动动力学过程耦合的数学模型,并确立了其求解方法,通过对某厂实例的具体分析计算,表明该方法计算结果能较好地反应实际情况,为设计和优化预热器系统提供了一条有效的途径和方法。     

A Preliminary Study on 1D Numerical Experiment of Water Debris Flow in Gully

In order to improve and enhance the numerical modeling methods and its application on debris flow problems,a preliminary study has been proposed in accordance with the corrected water-sediment numerical model on the premise of revised resistance and sediment capacity equations.Firstly,an overview the recent re- search achievements on numerical simulation of debris flow has been conducted,the results shown that a gener- al numerical model for debris flow can not be existed at all because the complex rheological behavior and main evolution processes from initiation,movement to deposition with different physical mechanism.Secondly,as- suming the one-dimensional Saint-Venant equation for the approximation of water debris flow movement in the gully based on the Manning's equation for the friction slope of water debris flow,the conservation equations of mass and momentum have been solved by means of centre-difference in distance longitudinal axis of the gully and weighted coefficient in time field,the distribution of depth,velocity and scoured or deposition in each sec- tion have been obtained using a suitable sediment transport rate.The aim in this work is focus on improvement of water-sediment model to adapt debris flow numerical simulation although this result need further to analyze and discuss as far as the reliability and precision were concerned because this model proposed must have e- nough the field observational or experimental data to verify related model parameter.     

松花江哈尔滨段三家子堤防改建堤线的研究

三家子堤防位于松花江哈尔滨市城区下游左岸,现有堤防是在原有民堤基础上加高培厚形成的.分析三家子堤防改建项目优化方案,为改建项目决策提供科学依据.     

Numerical Simulation of Rock Burst in Circular Tunnels Under Unloading Conditions

Rock burst in a circular tunnel under high in-situ stress conditions was investigated with a numerical method coupled the rock failure process theory (RFPA) and discontinuous deformation theory (DDA).Some numerical tests were carraied out to investigate the failuer patterns of circular tunnel under unloading conditions.Compared the results under loading conditions, the shapes of failure zones are more regular under the unloading conditions.The failure patterns in the same type of rock mass are clearly different because of non-homogeneity of the rock material.The extension of cracks shows some predictability with an increasing of in-situ stress.When the homogeneity index of rocks (m) is either relatively high or low and lateral pressure coefficients (λ) is high, the number of regular shear slide cracks decreases and the probability of a rock burst also becomes lower.Our numerical simulation results show that the stability of surface rock and the natural bedding stratification of rock material greatly affect rock bursts.Installing bolts with due diligence and suitably can effectively prevent rock bursts.However, it is not effective to control rock bursts by releasing the strain energy with normal pre-boreholes.     

丁坝绕流及局部冲刷坑二维数值模拟

针对以往常用的丁坝绕流流场计算方法存在的不足，建立了边界拟和曲线坐标变换下的平面二维变水深流函数-涡量数值模型。给出的坐标变换可用于三维；计算紊动扩散系数采用F分布，模型可用于变水深情况。用本文的模型，研究了单个丁坝与不同个数、不同形式的丁坝群产生的流速场与涡量场，给出涡量与局部冲刷坑范围及最大冲深部位。结果表明：计算得出的流函数、涡量、流速合乎规律；丁坝坝头处涡量较大，是形成冲坑的主要原因。方法较通常紊流模型及原参数解简便，为丁坝绕流及局部冲刷坑的数值模拟，开辟了一条新途径。     

带亲水盖板的毛细被动阀的仿真和实验研究

具有亲水盖板的毛细被动阀在聚合物微流体芯片的设计中有着重要意义。本文使用Surface Evolver软件,实现了被动阀临界压力的计算。指出由于盖板具有很好的亲水性,要实现仿真收敛,对侧壁的接触线要设置为允许有部分接触线流过扩张段入口。使用PDMS微通道和玻璃平板制作了微流体芯片,观察到了接触线流到扩展段侧壁的现象。进行了转台实验,实验和仿真结果相符。讨论了扩张段个数和侧壁扩张角对临界压力的影响。     

圆筒结构水下爆炸数值实验研究

采用大型有限元计算软件ANSYS／LS－DYNA对圆筒结构水下爆炸进行数值实验研究，对流场边界的约束进行讨论，并提出人工边界在确定边界约束上的应用。数据实验的计算结果与海军工程大学的圆筒结构水下爆炸的试验数据进行对比分析，得出用在一定范围内ANSYS／LS－DYNA有限元计算软件计算水下爆炸是可行的。     

同江堤防工程堤基清理的施工方法

介绍同江堤防工程堤基清理施工的几种方法及其特点和施工注意事项。     

斜坡堤护坦优化研究

采用有限元数值模拟方法研究了抛石挤淤防波堤的断面形态,研究表明防波堤断面形态为淤泥面正梯形和淤泥面下倒梯形的组合。直接抛石成堤的防波堤,需加厚加宽护坦才能保证防波堤的整体稳定。结合海阳港防波堤工程,采用强度折减法,分析了16组不同厚度和不同宽度的护坦组合,得到了最优的护坦参数。     

拟建海堤的选型及其对邻近桥墩的影响

基于深圳市大铲湾（宝安中心区段）海堤（西侧）工程与深圳市沿江高速公路桥桩工程,通过对抛石海堤排水固结处理软基、大袋砂海堤排水固结处理软基、抛石海堤爆破处理软基、抛石海堤挖淤处理软基等4种不同类型海堤的基本结构型式及其技术特点进行对比,确定了拟建海堤（西侧）的结构型式;并基于FLAC软件数值模拟拟建海堤（西侧）施工刚完成时对沿江高速公路桥墩的影响。结果表明：拟建海堤（西侧）采用重力式斜坡堤,并使用大袋砂海堤排水固结处理软基方案比较合理;拟建海堤（西侧）施工刚完成时,离海堤边线40.8m处的桥桩水平向最大位移约为7.5mm,离海堤边线176.8m处的桥桩水平向位移更小,显然拟建海堤（西侧）施工时对已建桥桩的影响甚微。     

用时间相关法计算跨音速叶栅的数值试验

本文用时间相关有限体积法对跨音速平面叶栅流场进行了计算,在计算中采用了不同格式、不同初场的计算方法,也在如何加快收敛方面作了一些尝试。