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关键词： 土石混合体   块石形状   主成分分析算法(PCA)   K均值聚类算法  

摘要： 现有块石形状特征的数值模型或过于简化块石形状或未进行块石形状的频率统计，为此基于主成分分析算法（PCA）和K均值聚类算法，提出新的建模方法.利用Matlab对土石混合体断面照片进行数字图像处理，得到块石轮廓样本；对块石轮廓进行形心原点化、长轴水平化、最大极径归一化等标准化处理，得到标准化后的块石轮廓向量.分别采用PCA和K均值聚类算法对块石轮廓向量进行降维和聚类，对得到的分类块石形状进行频率统计.建立考虑块石形状分类及频率、颗粒级配、块石倾角的土石混合体随机模型，进行双轴压缩数值模拟，分析塑性应变和应力-应变曲线特征.在较高含石量和较大块石粒径情况下比较模型的变形和抗压强度，考虑块石形状的土石混合体模型与传统含多边形块石的土石混合体模型差异明显.

关键词： 准噶尔盆地南缘   前陆冲断褶皱带   离散元数值模拟   滑脱层   先存构造   同沉积作用  

摘要： 受多期构造运动影响，准噶尔盆地南缘前陆冲断褶皱带具横向东西分段、南北分带，纵向构造叠置的变形特征。但该区构造变形机制及样式的不同认识在一定程度上制约了油气勘探的深入。为探究准南缘新生代以来构造变形机制及其变形过程，本文利用高精度地震、钻井和岩石力学等资料，根据实际地质条件，重点考虑滑脱层的数量、强度及厚度变化，结合滑脱层纵向组合、横向分布范围及同沉积作用、先存构造等因素，共设计了10组模型，并采用离散元数值模拟方法开展了对比实验。实验结果表明，滑脱层强度、厚度及其组合主要控制冲断褶皱带构造纵向叠置关系及构造样式，滑脱层分布及同沉积作用主要控制其横向变形范围，先存构造主要影响后期构造的继承性发育。在此基础上，分段开展了多因素组合模拟实验并与实际地震剖面进行对比，重构了准南缘构造变形过程，揭示了新生代以来其构造变形机制，即先存断裂、古凸起、三套不同性质滑脱层纵向叠置关系和同沉积作用共同控制了西段构造的形成与演化，“下强上弱”“下薄上厚”两套纵向叠置滑脱层控制了中段构造的形成与演化，先存断裂及单套较弱滑脱层控制了东段构造的形成与演化。该方法可为类似的复杂构造变形区提供参考。

关键词： 数值模拟   耦合模型   设计暴雨雨型   狭谷城市  

摘要： 为研究不同设计暴雨雨型对狭谷城市洪涝影响规律，应用水文-水动力耦合模型，以黄土高原某狭谷城市为研究对象，对不同重现期及峰值比例设计暴雨条件下的城市洪涝过程进行模拟。以典型断面流量过程、淹没水深、淹没面积为指标进行对比分析，结果表明：①本文所构建的水文-水动力耦合模型可精确可靠地模拟狭谷城市洪涝过程，流量、水深过程纳什效率系数为0.67和0.69。②相同重现期条件下，洪峰流量、最大水深增长速率随峰值比例增加呈先急后缓的非线性变化规律。③狭谷城市在相同重现期下的淹没情况易受峰值比例影响，在峰值比例r=0.25～0.5区间内变化明显。该研究可为狭谷城市应对极端暴雨和进行风险评估提供科学参考依据。

关键词： 煤矿综放开采   沿空留巷   柔模墩柱   数值模拟  

摘要： 针对大采高综放工作面沿空留巷围岩动压扰动强、稳定性控制难度大等特点，以老石旦煤矿16402综放工作面为工程背景，采用理论分析、数值模拟及工程实测的方法，分析了大采高综放条件下巷道失稳特征，以此建立了综放沿空留巷顶板与充填体相互作用力学模型，确定了柔模墩柱支护阻力，并利用FLAC3D数值模拟软件分析了不同柔模墩柱宽度、间隔条件下，沿空留巷围岩应力分布及变形规律。研究结果表明：随着柔模墩柱宽度的增加和间隔的减小，墩柱内垂直应力峰值不断降低，顶板下沉量不断减小，顶板下沉逐渐由非对称分布向对称分布演变。综合沿空留巷围岩应力、变形规律和经济因素，确定16402综放工作面柔模墩柱宽度为2 m，间隔为1 m。方案经过实施后观测发现，沿空留巷顶板最大下沉量为329 mm，煤帮部最大移近量为217 mm，墩柱最大移近量为25 mm，留巷围岩基本保持稳定，可为相似工程提供借鉴。

关键词： 坡地型弃渣场   振动台   数值模拟   动力响应敏感性分析   失稳模式  

摘要： 为研究坡地型弃渣场地震动响应敏感性及失稳模式，本文以坡地型弃渣场为研究对象，通过振动台模型试验对数值模拟进行校正，以证明利用数值模拟研究坡地型弃渣场的地震动响应的可行性。数值模拟考虑原始斜坡第四系覆盖层、渣体层和地震动3大类因素，研究弃渣场地震动响应规律和失稳模式，探讨失稳机制。研究结果表明：（1）弃渣场地震动响应随堆渣高度、坡度、第四系层倾角、地震动幅值、频率的增加而增大，随第四系层厚度增加而减小；（2）初步获得了坡地型弃渣场地震动响应影响因素敏感性大小：第四系层倾角>第四系层厚度>堆渣坡度>堆渣高度（弃渣场几何参数）、地震动幅值>地震动频率>地震动持时（地震参数）；（3）结合试验结果，修正了地震作用下坡地型弃渣场3类失稳模式：①“渣-覆界面滑移”模式，②“渣体振动溃散”模式，③“第四系层蠕变滑移”模式。综合上述分析结果，地震作用下弃渣场主要受堆渣高度、坡度、第四系倾角等影响，为弃渣场选址与堆置方案设计具有重要参考意义。本文提出的坡地型弃渣场失稳模式可为弃渣场防治措施提供依据。

关键词： 船桥碰撞   内河   桥梁下部结构   模型试验   数值模拟   力学特性  

摘要： 为研究内河桥梁下部结构在船舶撞击下的受力特性,依托安康市汉江一桥,开展水平冲击荷载作用下的单桩冲击力室内模型试验,在通过室内模型试验结果验证数值模型有效性的基础上,建立汉江一桥下部结构模型,研究分析其受船舶撞击下的船撞力、位移及损伤特性。研究结果表明:船桥碰撞产生的船撞力可分为直接撞击阶段与残余力撞击阶段,船桥碰撞问题的研究可仅采用直接撞击阶段;桥梁下部结构的刚度越大,船桥碰撞的接触时间越短、船撞力峰值越大;船舶撞击桥梁下部结构不同位置的最大位移变形主要出现在各部件的连接处,桩基的中性点主要出现在桩顶附近与桩身下半段;进行桥梁下部结构防撞设计时,应重点关注桥墩与承台连接处,承台与桩基连接处的强度问题。研究结果可为内河桥梁的防撞设计与相应的规范规程提供参考。

关键词： 聚合物驱   胶囊聚合物   聚合物延迟释放   渗流机制   驱油机理   数值模拟   提高采收率  

摘要： 针对常规聚合物剪切易降解、注入困难等难题，提出了胶囊聚合物驱提高采收率方法，采用多尺度渗流实验及模拟技术分析了胶囊聚合物驱渗流机制与驱油机理。研究表明：胶囊聚合物驱具有易注入、抗剪切、地层可控释放、吸附滞留率小的优势，具有很好的远距离运移能力，可实现聚合物驱“油藏深部增黏”；胶囊聚合物增黏程度越高，抑制黏性指进的能力越强，驱替前缘越趋于均匀，驱替波及范围越大。胶囊聚合物的性能主要受温度与水矿化度两方面影响，温度越高，胶囊聚合物溶液增黏速度越快，但胶囊聚合物释放后溶液的黏度基本不受影响；矿化度越高，胶囊聚合物释放后溶液的黏度越低，但矿化度对增黏速度的影响很小。胶囊聚合物驱适用于传统聚合物驱效果不佳的高含水油藏、井距较大的海上聚合物驱油藏、常规聚合物注入性较差的中低渗透油藏等。实施胶囊聚合物驱应“因地制宜”，根据目标油藏条件设计合理的胶囊粒径、释放时间以达到最优的驱油效果。

关键词： 物理海洋学   巴塔哥尼亚   潮汐振幅   数值模拟   FVCOM  

摘要： 位于南美洲南端的巴塔哥尼亚陆架海是全球潮差显著的区域，主要分潮为M2分潮。以往的研究表明，大陆架宽度引起的共振是造成该区域潮差显著的原因，但是该理论对陆架海域内格兰德湾、圣豪尔赫湾和圣马蒂亚斯湾的潮汐放大并不相同这一现象不能做出合理解释。本研究侧重于格兰德湾和圣豪尔赫湾这两个海湾，通过构建高分辨率的FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model）模型，并设置一系列数值试验，通过改变岸线形态和水深，进一步研究岸线和水深对潮汐振幅的调控作用。研究结果发现除了陆架共振外，弧形凹进的海岸线长度和岬角位置对格兰德湾的潮汐振幅也有调制作用，圣豪尔赫湾的潮汐振幅则受到岬角与上游海湾振幅的影响，局地水深和底摩擦也对圣豪尔赫湾的潮汐振幅存在一定影响。

关键词： 隧道   CD法施工   台阶长度   围岩变形   荷载分布   损伤变化   数值模拟  

摘要： 为模拟某Ⅴ级围岩隧道CD法施工开挖过程，采用FLAC3D软件，设计3、5、7 m和9 m等4种开挖台阶长度，从围岩变形特征、荷载分布特征和围岩损伤变化等3个方面，对比4种开挖台阶下围岩沉降及水平收敛、应力、塑性区的变化规律。结果表明：开挖初期围岩沉降速率快，变形在开挖面附近显著，表现出梯度分布，不同台阶长度下，围岩沉降和水平收敛变化趋势相似，并随着台阶长度的增加逐渐增大；围岩受力呈非线性变化，开挖面附近应力集中，远离开挖面应力逐渐减小；随着台阶长度的增加，围岩损伤加剧，主要为拉伸破坏，适当减小台阶长度可缩小损伤范围。

关键词： 高延性水泥基复合材料(ECC)   氯离子   裂缝宽度   数值模拟   电化学  

摘要： 为了研究带裂缝ECC在干湿循环环境下的氯离子侵蚀情况，以裂缝宽度为变量，基于损伤基体下氯离子扩散系数的经验公式以及实测的氯离子扩散系数，建立COMSOL一维电化学数值模型，同时考虑裂缝区域和完好混凝土保护层所包裹下部区域的氯离子浓度的差异，引入阳极塔菲尔斜率修正，最后通过试验数据与模拟结果对比进行数据敏感性分析。结果表明：单一裂缝下受侵蚀的ECC模拟结果和试验数据拟合较好，主裂缝越大拟合结果越准确；越靠近主裂缝，氯离子的浓度越高，越接近氯离子边界浓度时钢筋的腐蚀速率越高；模拟误差随着损伤程度增加而减小，50%损伤条件下最大误差为15%，而90%损伤条件下误差最小仅为10%；ECC腐蚀速率与裂缝宽度在50μm到200μm裂缝宽度范围内符合logistics函数的函数关系，相关系数为0.98。