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基于震源-河谷波场数值模拟的坝址地震动参数确定方法

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地球物理学报 2017年第2期60卷 585-592页

作者：贺春晖王进廷张楚汉清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

针对目前高坝坝址地震动参数确定方法的一些不足,本文尝试了一种基于地震学理论的坝址区三维地震动场生成方法.基本思路是将地震学和工程学结合,针对设定地震,建立震源-传播介质-坝址峡谷场地数值模型,通过超大规模的数值计算,模拟地震... 详细信息

针对目前高坝坝址地震动参数确定方法的一些不足,本文尝试了一种基于地震学理论的坝址区三维地震动场生成方法.基本思路是将地震学和工程学结合,针对设定地震,建立震源-传播介质-坝址峡谷场地数值模型,通过超大规模的数值计算,模拟地震波从发震断层破裂开始到坝址场地的物理传播过程,生成坝址区的三维地震动参数.与传统基于衰减关系的地震动参数确定方法相比,这一方法可以考虑震源机制、传播介质和坝址峡谷场地效应等三大要素的影响.对于特定的坝址,可以生成符合实际地质构造、区域岩体动力特性以及坝址峡谷地质地形条件的地震动荷载分布,具有针对性,为重大高坝枢纽工程遭遇极端地震荷载作用时的抗震安全性提供了一种新的分析手段.

关键词：高坝场址地震动断层破裂传播介质局部场地谱元法

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静态堆积颗粒中的力链分布

物理学报 2008年第8期57卷 4667-4674页

作者：孙其诚王光谦清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

颗粒物质是由众多离散颗粒组成的软凝聚态物质,涉及多个物理层次结构和机制,是多尺度问题.首先阐述了颗粒物质多尺度力学的研究框架,指出颗粒间接触力链构成的细观尺度是核心,颗粒物质显示出的独特静态堆积特性和动态流变特性都与细观... 详细信息

颗粒物质是由众多离散颗粒组成的软凝聚态物质,涉及多个物理层次结构和机制,是多尺度问题.首先阐述了颗粒物质多尺度力学的研究框架,指出颗粒间接触力链构成的细观尺度是核心,颗粒物质显示出的独特静态堆积特性和动态流变特性都与细观尺度力链的复杂演变规律直接相关.围绕着定量描述力链特征这一目标,采用严格的球形颗粒Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论,对重力作用下12000个球心共面的二维等径颗粒静态堆积进行了离散动力学模拟,对力链分布特征、接触力规律等做了量化分析,考察了颗粒摩擦系数的影响.这些结果有利于从力链角度揭示颗粒静态和动态性质.

关键词：颗粒物质力链离散模型多尺度力学

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黄河源区典型河网平面形态特征及影响因素

地理学报 2022年第11期77卷 2878-2889页

作者：李敏慧吴保生陈毅清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

黄河源区不同地貌环境下的河网发育模式、平面形态等具有显著差异,存在羽状、矩形状、对称羽状和树状4种典型的河网类型。选取黄河源区83个典型子流域,计算了河网平面特征参数,探讨了河网参数与地形和气候因子的关系及河网类型的分布规... 详细信息

黄河源区不同地貌环境下的河网发育模式、平面形态等具有显著差异,存在羽状、矩形状、对称羽状和树状4种典型的河网类型。选取黄河源区83个典型子流域,计算了河网平面特征参数,探讨了河网参数与地形和气候因子的关系及河网类型的分布规律。结果表明,4类河网平面特征差异性通过流域宽长比、河网密度和流域内河流流向最大频数得到了较好的体现。流域坡度和降雨量对河网密度及流向的影响显著,且能较好解释河网密度及流向最大频数的变化;降雨对流域宽长比的影响显著。羽状主要分布在源区上游北部边缘地带,气候干旱,地表裸露,流域坡度均值为4.5°,流域高差均值为730 m。矩形状集中分布在若尔盖地区,气候相对湿润,且有大量的沼泽湿地,流域坡度和流域高差均值分别为2.3°和177 m。对称羽状处于高山峡谷地带,流域坡度和流域高差均值分别为16.9°和1167 m,降雨量变化范围大。树状分布在黄河源中游山区及中下游的冲积地貌,流域坡度和流域高差均值分别为15.4°和968 m,植被覆盖较好。结合4类河网的空间分布特征及河网参数与环境因子的多元回归分析结果分析,认为地形是决定河网平面形态分异的主要原因;当地形限制减小,气候条件和植被覆盖情况对河网的发展起了重要作用。

关键词：黄河源河网类型流域形状河网密度河流流向影响因素

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黄河小北干流汛期和非汛期冲淤过程模拟

地理学报 2018年第5期73卷 880-892页

作者：邵文伟吴保生王彦君章若茵清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

滞后性是河流系统自动调整的重要特征之一。根据河道演变的滞后响应机制,在考虑上游来水来沙和下游侵蚀基准面(潼关高程)共同影响的基础上,建立了能够模拟河道汛期和非汛期冲淤过程的滞后响应模型,并采用黄河小北干流1960-2015年的冲淤... 详细信息

滞后性是河流系统自动调整的重要特征之一。根据河道演变的滞后响应机制,在考虑上游来水来沙和下游侵蚀基准面(潼关高程)共同影响的基础上,建立了能够模拟河道汛期和非汛期冲淤过程的滞后响应模型,并采用黄河小北干流1960-2015年的冲淤资料进行参数率定(1960-2001年)和模型验证(2002-2015年)。结果表明该模型能较好地模拟小北干流汛期和非汛期的冲淤过程。汛期和非汛期累计冲淤量的模拟效果优于单个冲淤量;累计冲淤量和单个冲淤量的模拟效果汛期要优于非汛期。三门峡水库修建后,1960-2015年间小北干流汛期和非汛期的冲淤过程表现出时段差异。根据建立的滞后响应模型,本文分析了来水来沙和潼关高程对小北干流汛期和非汛期各个特征时段冲淤的贡献率,汛期和非汛期的第一时段(1960-1970年,1960-1968年)主要受到潼关高程的影响,但是后续时段主要受到来水来沙的影响。

关键词：小北干流冲淤潼关高程滞后响应模型汛期和非汛期

耦合多水动力过程的二维山坡产汇流数值模型及其在壤中流模拟中的应用

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中国科学：技术科学 2013年第10期43卷 1309-1319页

作者：兰旻胡宏昌田富强胡和平清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

基于物理性水分运动方程的山坡产汇流数值模型是进行降雨产流机制和规律研究的重要工具,当前还缺乏耦合地表水、土壤水和地下水多水动力过程的、具有较高计算效率和稳定性的二维山坡产汇流数值模型.本研究耦合地表水流动的圣维南方程组... 详细信息

基于物理性水分运动方程的山坡产汇流数值模型是进行降雨产流机制和规律研究的重要工具,当前还缺乏耦合地表水、土壤水和地下水多水动力过程的、具有较高计算效率和稳定性的二维山坡产汇流数值模型.本研究耦合地表水流动的圣维南方程组、变饱和土壤水分运动的Richards方程,采用有限差分法,对边界条件进行了改进,建立了THRM模型,对实验山坡实测壤中流过程有很好的模拟效果,通过数值试验揭示了边界条件、网格大小、初始含水率等对计算稳定性和计算效果的影响规律,所建模型对于山坡产流研究有应用价值,分析结论对壤中流数值模拟有参考意义.

关键词：山坡水文过程壤中流 Richards方程渗流边界数值稳定性

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颗粒介质的结构及热力学

物理学报 2015年第7期64卷 259-269页

作者：孙其诚 f清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

颗粒介质具有远程无序和近程有序的结构,是产生动力学不均匀性(dynamical heterogeneity)和复杂不可逆过程的根源.本文分析了颗粒介质的结构特征、变形和能量耗散之间的内在关联,讨论了颗粒介质的弹性,提出了流变应变增量、耦合应变增... 详细信息

颗粒介质具有远程无序和近程有序的结构,是产生动力学不均匀性(dynamical heterogeneity)和复杂不可逆过程的根源.本文分析了颗粒介质的结构特征、变形和能量耗散之间的内在关联,讨论了颗粒介质的弹性,提出了流变应变增量、耦合应变增量和弹性应变增量的应变增量分解方式.沿用非平衡热力学框架,引入表征运动无序的动理学颗粒温度Tk和表征弹性应力涨落的构型温度Tc,作为非平衡态变量,建立了双颗粒温度热力学(two-granular-temperature thermodynamics,TGT理论),注重分析了不可逆过程中的热力学力和流,并与著名的砂土内变量热力学进行了对比.

关键词：颗粒介质介观结构动力学不均匀性非平衡热力学

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基于微观机理的页岩气运移分析

工程科学学报 2018年第2期40卷 136-143页

作者：张鹏伟胡黎明温庆博清华大学水利水电工程系北京100084 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

认识气体在页岩孔隙中的运移机理对页岩气开采具有重要的科学意义.页岩作为一种致密岩石,孔隙尺寸分布主要集中在几纳米到百纳米之间,小孔隙尺寸与气体的平均分子自由程在同一个数量级,气体与孔隙边壁的碰撞对流动起到控制作用.本文针... 详细信息

认识气体在页岩孔隙中的运移机理对页岩气开采具有重要的科学意义.页岩作为一种致密岩石,孔隙尺寸分布主要集中在几纳米到百纳米之间,小孔隙尺寸与气体的平均分子自由程在同一个数量级,气体与孔隙边壁的碰撞对流动起到控制作用.本文针对页岩气开采过程中孔隙中气体流动过程,建立了考虑气体滑移、Knudsen扩散、Langmuir等温吸附、孔隙压缩等过程的多场耦合控制方程.分析了流态变化对滑移效应的影响,得到了考虑滑移效应的临界孔径,并针对实际中不同页岩储层有机质含量的差异,分析了解吸机制对页岩气产气率、产气量的贡献.研究还表明孔隙压缩性对产气率影响显著,通过考虑开采过程中孔隙压缩,可以更真实地反映页岩气运移过程.

关键词：滑移流动孔隙压缩 Knudsen扩散 Langmuir等温吸附页岩气

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海河流域平原区地下水脆弱性评价

水力发电学报 2009年第1期28卷 113-118页

作者：姚文锋张思聪唐莉华罗云清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

海河流域平原区作为本流域经济发展的重要区域,随着区域经济的飞速发展,对地下水资源的需求量越来越大,合理开发利用和保护地下水成了迫在眉睫的问题。本文根据海河流域平原区地下水的实际情况,选择地下水埋深、降雨入渗补给模数等7个... 详细信息

海河流域平原区作为本流域经济发展的重要区域,随着区域经济的飞速发展,对地下水资源的需求量越来越大,合理开发利用和保护地下水成了迫在眉睫的问题。本文根据海河流域平原区地下水的实际情况,选择地下水埋深、降雨入渗补给模数等7个能够反映地下水状况的指标建立地下水脆弱性评价指标体系,利用主成分-因子分析法获取相应的权重体系,及用综合指数法对海河流域平原区的地下水脆弱性进行评价,并用监测井实测的硝态氮浓度对评价结果进行检验,表明评价结果较为客观,能为该区域的地下水开发利用和保护提供有价值的参考依据。

关键词：水资源地下水脆弱性指标体系 GIS技术

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防渗墙的弯矩计算

岩石力学与工程学报 2009年第6期28卷 1213-1219页

作者：介玉新周厚德清华大学水利水电工程系北京100084 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

在防渗墙设计时,较为关注的是防渗墙内力大小,特别是弯矩。借助有限元数值计算得到的往往是单元应力和节点位移,这就需要利用应力和位移信息间接计算防渗墙的弯矩。通过一防渗墙的计算分析,对上述问题进行探讨。研究结果表明,剪切闭锁... 详细信息

在防渗墙设计时,较为关注的是防渗墙内力大小,特别是弯矩。借助有限元数值计算得到的往往是单元应力和节点位移,这就需要利用应力和位移信息间接计算防渗墙的弯矩。通过一防渗墙的计算分析,对上述问题进行探讨。研究结果表明,剪切闭锁对位移计算的影响不大,使用线性实体单元能够得到与二次单元相近的结果。位移计算结果对网格划分也不太敏感,所以防渗墙计算并不一定需要采用高次单元。用应力计算弯矩和用位移计算弯矩对防渗墙来说都是可行的,用应力计算弯矩需要在截面方向划分较多网格。位移计算弯矩需要的网格较少,但在一些情况下会出现振荡,而且对网格划分和单元类型比较敏感。即使得到的位移值很接近,利用位移得到的弯矩仍然会有很大差别。

关键词：水利工程防渗墙弯矩位移有限元方法网格