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基于新型三维辐射应力的近岸波流耦合模型

浙江大学学报（工学版） 2022年第1期56卷 128-136页

作者：纪超张庆河马殿光吴岳峰姜奇交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通运输行业重点实验室天津300456 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 中交第一航务工程勘察设计院有限公司天津300222

为了合理模拟近岸波流运动,基于考虑海底坡度影响的新型三维辐射应力公式,建立近岸三维波流耦合数学模型.该模型引入2种波面水滚模式,考虑波浪附加水平紊动效应.采用大量实测数据对所建模型进行验证.结果表明,利用该模型可以较好地模拟... 详细信息

为了合理模拟近岸波流运动,基于考虑海底坡度影响的新型三维辐射应力公式,建立近岸三维波流耦合数学模型.该模型引入2种波面水滚模式,考虑波浪附加水平紊动效应.采用大量实测数据对所建模型进行验证.结果表明,利用该模型可以较好地模拟近岸波浪传播以及增减水、沿岸流、底部离岸流、裂流等不同的近岸波生流现象.该模型采用的波流耦合方式能够全面地反映近岸波流的相互作用,新型三维辐射应力公式较其他公式可以更准确地描述波生流的垂向结构.对于不同的近岸流算例,获得更准确的模拟结果可能需要采用不同的水滚模式,说明更具普适性的水滚模型有待进一步的研究.考虑波浪水平紊动会使模型计算出的流速平面分布更平滑,避免出现过于突兀的流场结果.

关键词：三维辐射应力耦合模型波流相互作用波生流波面水滚波浪附加紊动

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黄河下游游荡段床面冲淤与滩岸变形耦合模型

中国科学：技术科学 2022年第8期52卷 1285-1298页

作者：王英珍夏军强邓珊珊周美蓉程亦菲李志威武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

黄河下游游荡段滩地面积远大于主槽面积,约占河道总面积的80%以上.该河段汛期河床调整幅度较大,因此床面冲淤与滩岸变形是游荡段河床演变的重要特点.本研究将一维水沙输移及床面冲淤计算模块、滩岸崩退及淤长计算模块结合,建立了能同时... 详细信息

黄河下游游荡段滩地面积远大于主槽面积,约占河道总面积的80%以上.该河段汛期河床调整幅度较大,因此床面冲淤与滩岸变形是游荡段河床演变的重要特点.本研究将一维水沙输移及床面冲淤计算模块、滩岸崩退及淤长计算模块结合,建立了能同时模拟纵向床面冲淤及横向滩岸变形的一维耦合数学模型.采用该模型分别计算了2006年和2018年黄河下游游荡段的河床纵向与横向变形过程,用于模型率定与验证.计算结果表明,该模型能够较好地反演出研究河段内的水沙输移过程,三个水文站计算与实测流量、水位及含沙量的纳什效率系数均在0.6以上,最大可达0.97;能够总体上模拟出滩岸发生崩退及淤长的宽度,计算与实测的河段平均主槽宽度的相对误差控制在1.5%以内;滩岸变形量与河床冲淤量在同一量级,因此滩岸崩退及淤长过程对于黄河下游游荡段水沙输移及河床冲淤变形计算具有重要影响.

关键词：滩岸变形床面冲淤耦合模型游荡河段黄河下游

长江流域洞庭湖区出入湖磷通量模拟及水质预测：机器学习与传统水文模型耦合方法

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地球科学 2024年

作者：刘杰陈前许妍查悉妮张美一辛小康唐文忠张洪中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室东南大学土木工程学院上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司长江水资源保护科学研究所中国科学院大学

磷通量的波动对出入湖河流生态系统的稳定有直接影响。在水质波动显著的洞庭湖区，使用SWAT模型模拟该区域的出入湖磷通量，并分析各水系区间的磷滞留情况。基于水文物理过程搭建耦合模型，再利用SWAT模型的模拟结果进行训练，并利用该... 详细信息

磷通量的波动对出入湖河流生态系统的稳定有直接影响。在水质波动显著的洞庭湖区，使用SWAT模型模拟该区域的出入湖磷通量，并分析各水系区间的磷滞留情况。基于水文物理过程搭建耦合模型，再利用SWAT模型的模拟结果进行训练，并利用该模型对湖区近期水质进行情景预测。结果表明：洞庭湖区出入湖磷通量均呈明显的季节变化，其中无机磷是主要的磷形态。2012～2021年洞庭湖区平均TP入湖通量为2.94×104t/a，平均出湖TP通量为3.34×104t/a，平均出湖TP浓度为0.13mg/L。其中，三口区间做作为入湖磷通量贡献最大的区间，其TP输出浓度也最高，是污染治理的关键区域。洞庭湖区TP滞留率较低，使其长江下游重要的TP来源。耦合模型对于洞庭湖区的出入磷通量的输出过程模拟效果良好，NSE值均>0.8，在RPE值处于10%水平下的RMSE值均较低，实现了LSTM网络替代大型分布式物理模型的仿真建模。基于上述模型根据《洞庭湖水环境综合治理规划》对洞庭湖近期TP输出浓度进行了预测，在各区间入湖TP浓度控制在0.1mg/L的情景下，能够实现湖区水环境规划目标。

关键词：出入湖磷通量耦合模型机器学习磷滞留水质预测洞庭湖区

基于一维二维耦合水动力模型的极端暴雨下地下空间洪水过程模拟

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水动力学研究与进展A辑 2024年

作者：李鑫月侯精明刘园王添李东来潘鑫鑫黎鹏高徐军西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司

为研究短历时设计暴雨对地下空间内涝的影响规律，该文采用GAST模型和SWMM模型耦合的一维二维水动力模型，以陕西西咸新区沣西新城天福和园小区为研究对象，模拟小区地下车库在极端降雨条件下的洪水演进过程，探究临时挡水措施对小区地... 详细信息

为研究短历时设计暴雨对地下空间内涝的影响规律，该文采用GAST模型和SWMM模型耦合的一维二维水动力模型，以陕西西咸新区沣西新城天福和园小区为研究对象，模拟小区地下车库在极端降雨条件下的洪水演进过程，探究临时挡水措施对小区地下车库进水量的影响。研究结果表明：与两场实测降雨数据对比，耦合模型的纳什效率系数为0.59和0.69，模拟结果较好，该模型可精确可靠地模拟地表地下洪水过程；随着设计降雨重现期的增加，地下空间进水量逐渐增大；在短历时设计暴雨情景下，当累计降雨量大于52mm时，地下车库会有淹没风险；采用0.3m临时挡水措施，可使小区地下车库在短历时设计暴雨10～50 a重现期条件下不发生淹没，使设计暴雨100 a重现期条件下的车库进水量削减39.23%；采用0.5m挡水措施，可使小区地下车库不发生淹没，完全消除内涝风险。综上所述，一维二维耦合水动力模型可精细模拟地表地下洪水过程，为地下空间科学防涝减灾提供参考依据。

关键词：数值模拟耦合模型地下空间挡水措施

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硫酸盐渍土热-质迁移试验与耦合模型

西南交通大学学报 2023年第2期58卷 470-478页

作者：罗崇亮余云燕张璟崔文豪杜乾中丁小刚兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 河西学院土木工程学院甘肃张掖734000 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000

为研究西部寒旱区盐渍土传热传质行为,首先,在无压补给条件下进行非饱和硫酸盐渍土的单向冻结试验;其次,考虑结晶潜热、结晶阻抗及结晶消耗等因素,建立非饱和硫酸盐渍土水-热-盐三场耦合模型;最后,采用COMSOL Multi-physics对耦合模型... 详细信息

为研究西部寒旱区盐渍土传热传质行为,首先,在无压补给条件下进行非饱和硫酸盐渍土的单向冻结试验;其次,考虑结晶潜热、结晶阻抗及结晶消耗等因素,建立非饱和硫酸盐渍土水-热-盐三场耦合模型;最后,采用COMSOL Multi-physics对耦合模型进行数值模拟,将模拟结果与试验数据进行对比分析.研究结果表明:盐渍土内温度随冻结时长呈三阶段发展,逐步形成上冷下暖的温度梯度;在温度梯度和基质吸力双重驱动下,水、盐向冻结锋位置迁移,冻结锋位置水、盐含量出现峰值,峰值含水率、含盐量相较初始值分别增加2.16%和0.28%;冻结锋沿冻结温度线移动,形成冻结锋面;土柱最大冻结深度约为15.5 cm.

关键词：非饱和盐渍土单向冻结试验传热传质耦合模型数值模拟

基于耦合模型的双台肩螺纹钻杆接头台肩力学性能

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中国石油大学学报（自然科学版） 2022年第4期46卷 137-142页

作者：张彦廷曹洪祥郑志滨沈东杰孙巍巍齐嵩岭宋继龙陈敬凯中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580 中国石油长城钻探工程公司北京100101 中国石油青海油田分公司青海西宁810006

双台肩螺纹钻杆接头的预留副台肩间隙对主副台肩接触应力有重要影响,为保证接头性能,需探究其主副台肩的力学特性。通过对双台肩接头进行力学分析和有限元仿真建立其耦合模型,依据耦合模型进行统计拟合得到主副台肩摩擦力力矩和螺纹处... 详细信息

双台肩螺纹钻杆接头的预留副台肩间隙对主副台肩接触应力有重要影响,为保证接头性能,需探究其主副台肩的力学特性。通过对双台肩接头进行力学分析和有限元仿真建立其耦合模型,依据耦合模型进行统计拟合得到主副台肩摩擦力力矩和螺纹处力矩与上扣扭矩的数值关系,进而得到接头完整仿真条件。在此基础上以NC38接头为例,研究其在不同上扣扭矩下副台肩预留间隙与其台肩接触应力的关系。结果表明:双台肩接头的副台肩预留间隙对接头性能起关键作用,在一定的上扣扭矩下,应选择合适的副台肩预留间隙,以保证副台肩的主密封性和可靠性;随上扣扭矩的增大或减小,预留间隙也应随之改变,使主副台肩性能得到更好的配合发挥;该研究方法可以帮助设计者更好的确定双台肩接头最佳的副台肩预留间隙。

关键词：双台肩螺纹钻杆接头耦合模型有限元仿真副台肩间隙主副台肩应力

非等温分布条件下压实黏土衬垫中固结与污染物运移耦合模型研究

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岩土工程学报 2022年第11期44卷 2071-2080页

作者：李江山江文豪葛尚奇黄啸程鑫万勇中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058

考虑到污染场地内部产热会使得压实黏土衬垫处于非等温分布状态,建立了非等温分布条件下压实黏土衬垫中固结与污染物运移的耦合模型,并采用有限差分法对该耦合模型进行了求解。将所建耦合模型的计算结果分别与热扩散试验结果和已有理论... 详细信息

考虑到污染场地内部产热会使得压实黏土衬垫处于非等温分布状态,建立了非等温分布条件下压实黏土衬垫中固结与污染物运移的耦合模型,并采用有限差分法对该耦合模型进行了求解。将所建耦合模型的计算结果分别与热扩散试验结果和已有理论模型的计算结果展开对比分析,对耦合模型的正确性进行了验证。基于所建耦合模型,通过某一算例分析了温度梯度M、加荷速率Q和Freundlich吸附系数K对污染物运移过程的影响。结果表明:污染物浓度和底部通量会随M绝对值的增大而增大,且一定温度梯度下的底部通量可达不考虑温度梯度时底部通量的2倍以上;Q的增大一方面会减慢污染物运移速率,另一方面会使得运移过程达到稳态时的污染物浓度增大;K的增大会减慢污染物运移过程,与不考虑吸附作用相比,考虑吸附作用可使得运移过程达到稳态时所需时间延长3倍及以上。

关键词：非等温分布压实黏土衬垫土体固结污染物运移耦合模型

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脉冲射流控制现象的自激-外激耦合模型

航空动力学报 2022年第1期37卷 181-190页

作者：陆惟煜黄国平杨雨轩南京工业大学数理科学学院南京211800 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为了阐释脉冲射流控制中出现的频率依赖性、位置依赖性、条件同步性及强度依赖性这4种现象,在弱非线性稳定性理论的基础上,建立了一种简化的自激-外激耦合模型,用于近似描述脉冲射流流动控制现象。该模型由偏微分方程组构成,特定情形下... 详细信息

为了阐释脉冲射流控制中出现的频率依赖性、位置依赖性、条件同步性及强度依赖性这4种现象,在弱非线性稳定性理论的基础上,建立了一种简化的自激-外激耦合模型,用于近似描述脉冲射流流动控制现象。该模型由偏微分方程组构成,特定情形下可简化为常微分方程进行求解,通过将求解结果与脉冲射流控制的数值模拟及实验数据进行对比,研究发现:该自激-外激耦合模型能定性或半定量反映实际脉冲射流控制中出现的4种现象。结合模型的分析表明:脉冲射流主要利用流动的非线性不稳定性机制,通过使流场与非定常激励产生同步运动,促进主流和分离流间的动量传递,从而实现自激-外激耦合流动控制作用,并表现出脉冲射流控制的4种典型现象。

关键词：脉冲射流流动分离流动控制耦合模型非线性非定常流动稳定性

基于D-Rb-C耦合模型的破碎岩体注浆加固作用机制与规律

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煤炭学报 2023年第4期48卷 1464-1475页

作者：张洪伟姜汉刘世奇赵毅鑫孙晓冬平琦刘斌张通中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 矿业大学(北京)内蒙古研究院内蒙古鄂尔多斯017010 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 中煤科工开采研究院有限公司北京100013

注浆加固是工程岩体稳定性主动控制的有效方法,其作用机制主要是将浆液注入或渗入破碎岩体结构面中,形成注浆结实体,强化岩体稳定性和抵抗外力破坏的能力。为实现破碎围岩注浆扩散和固结全过程计算,提出了基于离散单元法的岩体注浆扩散... 详细信息

注浆加固是工程岩体稳定性主动控制的有效方法,其作用机制主要是将浆液注入或渗入破碎岩体结构面中,形成注浆结实体,强化岩体稳定性和抵抗外力破坏的能力。为实现破碎围岩注浆扩散和固结全过程计算,提出了基于离散单元法的岩体注浆扩散-固结作用机制,考虑了注浆过程中离散单元体中的完整接触、水力破坏接触和力学破坏接触3种情况,建立了Bingham流体扩散-黏结-固结(D-Rb-C)耦合模型,给出了基于D-Rb-C耦合模型的解算原理,开展了模型校核和算例分析,实现了浆液扩散-黏结-固结全过程解算,结果表明:(1)单裂隙岩体全长注浆后,岩体剪切峰值强度较未注浆裂隙有一定提升,主要依赖于浆液凝固后所产生的剪切摩擦阻力;(2)在单裂隙岩体点注浆模拟实验中,随着注浆压力增加浆液不断扩散,岩体峰前剪切屈服阶段和峰后阶段不断强化。(3)对于工程尺度破碎岩体,随着注浆压力增加,扩散半径呈两阶段增大趋势;浆液向深处高应力区闭合裂隙扩展需克服更大压应力,才能继续流动;注浆压力升高以后,相邻钻孔扩散范围叠加,形成封闭巷道的注浆结石体;当浆液凝固黏结强度较低时,结构面仍是控制围岩破坏失稳的主控因素。

关键词：离散单元法裂隙岩体注浆加固浆液扩散耦合模型