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关键词： 地铁   大直径盾构隧道   软土地层   承载性能   数值模拟  

摘要： [目的]随着地铁盾构隧道施工技术的发展,大直径盾构隧道工程逐渐增多。软土地层大直径地铁盾构隧道的地质条件和隧道结构存在特殊性,有必要对其承载性能进行深入研究。[方法]以深大(深圳机场至大亚湾)城际铁路白泥坑站—大运站区间大直径盾构隧道工程为依托,通过精细化建模和分析,揭示了管片衬砌的承载性能和损伤演化规律,明确了不同直径隧道承载性能的差异。结合现场监测,论证了数值研究的合理性。[结果及结论]随着荷载增大,衬砌结构依次经历拱顶开裂、拱底接缝张开达2.0 mm、拱腰外侧裂缝宽度逾0.2 mm、拱底接头外侧混凝土屈服、拱底螺栓受拉屈服等关键损伤行为。大直径盾构隧道承载阶段可分为4个阶段:弹性受力阶段(收敛变形δ为0~<2.0‰D,D为隧道外径)、轻微损伤阶段(δ达2.0‰D~<5.6‰D)、损伤快速发展阶段(δ达5.6‰D~9.4‰D)、濒临失效阶段(δ达9.4‰D以上)。其中:弹性阶段的结构承载状态良好;轻微损伤阶段的结构耐久性下降,但承载安全性依旧良好;在损伤快速发展阶段,有必要对结构进行修复。

关键词： 暴雨-洪水-泥石流灾害链   复杂网络   FLO-2D   关键节点   关键边  

摘要： 暴雨灾害会引发山洪及泥石流等次生灾害,形成复杂的灾害链,对社会经济和自然生态系统造成重大威胁。现有研究对多灾害节点之间的交互关系及其叠加风险的探索尚显不足。为解决这一问题,结合复杂网络理论与FLO-2D数值模拟技术,构建了一种针对暴雨-洪水-泥石流灾害链的分析框架,并以河南省栾川县柿树沟为研究区域,分析河南郑州“7·20”特大暴雨灾害背景下的灾害链动态演化特征。研究结果表明:1)数值模拟结果显示泥石流的最大流速可达6.56 m/s,最大堆积深度为7.30 m,高、中、低危险区占比分别为3.61%、17.65%、78.74%;2)排水设施损坏或堵塞、电力设施损坏、内涝积水、车辆被淹、泥石流、河水倒灌是灾害链网络的关键节点;3)河水倒灌→内涝积水、内涝积水→车辆被淹、内涝积水→电力设施损坏、河堤毁坏→河道堵塞、车辆被淹→人员伤亡是灾害链网络的关键边。从动态演化的视角识别灾害链中的关键节点和关键边,深入解析多灾害节点之间的交互机制,可为灾害风险评估、防灾减灾措施优化及应急管理提供科学依据。

关键词： 六盘山构造带   黏弹塑性模型   动力学模拟   流变结构   地壳变形  

摘要： 作为青藏高原北东向陆内扩展的最前缘,六盘山构造带的变形机理是认识高原隆升扩展与大陆变形动力学机制的关键.参考前人基于地球物理资料提出的两种模型,本文构建跨六盘山构造带的二维黏弹塑性有限元模型,研究地壳流变结构横向差异对六盘山构造带地壳垂向变形的影响.模拟结果表明,青藏高原东北缘与鄂尔多斯块体的双边碰撞下,块体之间表现出显著的垂向变形,但无法产生与实际地形相符的狭窄六盘山隆起.相反,考虑高原东北缘与鄂尔多斯块体之间中下地壳内构造增生楔的存在,能够产生与六盘山实际地形梯度一致的地表隆升,青藏高原东北缘与鄂尔多斯块体地形高差约500 m.同时,模型给出的垂向变化速率约1~2 mm·a^(-1),与水准观测给出的运动速率结果吻合,强调了先存构造增生楔在控制地壳垂向变形中的重要作用.此外,模拟结果还显示,当青藏高原东北缘中下地壳整体黏滞系数较低时,高原东北缘整体抬升,而非六盘山构造带的局部隆起,与实际地形和水准观测结果不符,指示青藏高原东北缘现今以地壳尺度的耦合变形为主.六盘山构造带的变形受控于纯剪切作用下的地壳缩短增厚与中下地壳局部低黏滞系数物质的共同作用.对比青藏高原东缘跨龙门山断裂带的地形梯度及形变特征,认为中下地壳流变结构的横向差异控制着青藏高原陆内扩展前缘的垂向变形差异,研究结果为认识青藏高原向陆内扩展模式与岩石圈变形机制提供理论依据.

关键词： 海上风电   风机基础   动力响应   数值模拟   海岸工程  

摘要： 我国海上风能资源丰富,但复杂的海洋地质条件以及极端的海洋风、浪环境,给海上风电的安全运行提出了巨大的挑战。海上风机基础是海上风电的重要组成部分。其稳定性决定了整个工程的安全和质量。为适用复杂的海洋地质条件,降低海上风电建运成本,该文创新地提出了一种单桩-摩擦环海上风电复合基础型式,并采用p-y曲线法简化复杂的桩-土-水耦合效应,通过Kaimal风谱模型模拟湍流风场并计算气动荷载,通过莫里森方程计算波浪荷载,对单桩基础型式和单桩-摩擦环复合基础型式下的风电结构进行动力响应分析,来论证这一新型基础型式的优势。研究表明:单桩-摩擦环复合基础型式能显著地增加桩侧抗力、基础结构刚度和基础等效质量,从而有效地抑制极端风、浪荷载作用下海上风电结构振动,具有更优的动力安全特性。

关键词： 土石坝   除险加固   稳定性   渗流量   灌浆  

摘要： 为了提升土石坝的安全性与稳定性,通过介绍民主水库土石坝除险加固工程项目实例的内容,分析了土石坝存在的主要安全问题及其影响。该项目涵盖了工程概况、土石坝存在的渗漏、裂缝及稳定性不足等核心问题,分析了洪水调节结果及坝区工程地质条件。在此基础上,提出了针对性的除险加固设计方案,包括坝体结构加固、大坝防渗加固以及大坝灌浆设计等关键措施。除险加固工程完成后,进行了稳定性及渗流量检验。研究结果表明:所采取的加固措施有效提升了土石坝的整体稳定性,显著降低了渗流量,确保了土石坝在极端条件下的安全运行能力,为类似土石坝的除险加固工程提供了有益的参考与借鉴。

关键词： 掘进工作面   瓦斯异常涌出   钻墙截流   数值模拟   现场试验  

摘要： 以南家咀煤矿14501回顺掘进工作面为研究对象,利用数值模拟和现场试验相结合的方法,对比分析了自然泄放和钻墙抽采2种模式下的煤壁瓦斯涌出特征。数值模拟研究结果表明,自然泄放状态下,煤壁瓦斯涌出量随暴露时间增加呈指数衰减趋势,且煤层瓦斯压力越高,相同暴露时间内的瓦斯涌出衰减越明显;钻墙截流抽采作用下,煤壁瓦斯涌出量随抽采时间增加呈指数衰减趋势,且煤层瓦斯压力越高,相同抽采时间内的瓦斯涌出衰减越明显;对比2种模式下的煤壁瓦斯涌出规律发现,抽采50 d左右时的煤壁瓦斯涌出量相对于自然暴露情况降低了24%。通过现场观测2种模式下的煤壁瓦斯涌出量与巷道瓦斯浓度变化规律,自然泄放状态下的巷道口瓦斯浓度达到0.38%,而在钻墙截流抽采作用下的巷道口瓦斯浓度迅速衰减;抽采至5 d时,巷道口瓦斯浓度降低至0.29%,表明钻墙抽采对工作面瓦斯截流效果显著。

关键词： 高铁路基   列车荷载   动力响应   数值模拟  

摘要： 为了研究列车荷载作用下的路基动力响应,采用数值模拟方法,建立有砟轨道-路基-地基三维模型,分析了不同速度列车荷载作用下的路基动力响应在宽度、深度方向以及路基各层的分布规律及衰减特性。研究结果表明:在沿路基宽度方向,铁轨处动力响应最大,距离铁轨越远,动力响应越小,动力响应的衰减速率随与铁轨距离的增大而减小;在沿路基深度方向,动力响应随着深度的增大而减小,其衰减速率也随深度的增大而减小;速度不会影响动力响应的整体变化趋势,但是随着速度的增大,动力响应幅值会增大;速度由150 km/h增加到200 km/h时,加速度有较明显增大;速度由200 km/h增加到250 km/h时,沉降与动应力有较明显增大。该研究成果可为高铁路基的设计安全提供技术参考。

关键词： 高温合金   数值模拟   微观组织   力学性能   工艺过程  

摘要： 在航空、航天及能源等尖端科技领域，高温合金凭借其在极端环境下的优异性能已成为不可或缺的关键材料。然而，其复杂的化学成分及多尺度精细组织结构给传统试验研究带来了巨大挑战。此类研究普遍存在周期长、成本高、难以系统解析多重影响因素协同作用等问题，导致研究效率受限，难以满足现代工业对高温合金材料开发与性能优化的迫切需求。随着计算技术和算法的不断进步，基于数值模拟的高温合金研究体系应运而生，并迅速成为材料科学领域的关键研究方法。通过构建高保真度的多物理场耦合模型，该技术能够深入探索高温合金的微观组织演化机制、宏观力学行为响应特性以及复杂工艺参数间的定量关联，从而为材料成分设计、工艺参数优化和服役性能预测提供科学依据。本文概述了数值模拟技术在高温合金研究领域的一些具体应用，并对其未来的发展趋势进行了展望。

关键词： 扭转方管   直方管   对流传热   热通量传输   速度项   速度梯度项   机制   努塞尔数   数值模拟  

摘要： 针对扭转方管内局部努塞尔数减小问题,本文应用热通量对流传输方程开展数值模拟研究,分析直方管和扭转方管内热通量的输运机制。结果发现:雷诺数为1200,截面边长为2 cm的直方管某区域内局部努塞尔数是扭率为4的扭转方管内的1.11倍,而扭转方管内平均努塞尔数是直方管的1.80倍。直方管内速度项和速度梯度项均促进热通量传输,而扭转方管这一区域内速度梯度和其自身对热通量传输作用相反引起热通量传输抑制。本文的研究可以为进一步理解扭转方管强化传热效果提供基础。

关键词： 液滴生成   多相流   格子玻尔兹曼方法   扩散界面方法   微流控技术  

摘要： 液滴微流控技术在化学分析、生物检测及材料制备等领域具有巨大的应用潜力,被动生成液滴方法主要依赖微通道几何特性与剪切流动就能够快速实现液滴生成.其中,十字微通道作为典型结构,其流体参数和对称性差异对液滴生成过程的影响尚未得到充分研究.因此,本文采用格子Boltzmann方法开展对称与非对称十字微通道内的液滴生成过程的数值模拟研究,系统地分析了毛细数、黏度比及流道对称性的作用机制.本文首先通过平板剪切流动下液滴变形和理想固体表面静止液滴这两个经典算例验证了数值模型的计算可靠性,然后围绕对称十字微通道内水相流体“界面浸入-剪切断裂-液滴迁移和融合”三个流动阶段展开研究,分析了毛细数和两相黏度比的协同作用机制.在此基础上,进一步量化了流道对称性对十字微通道内液滴生成过程的影响.相关研究结果为微流道设计和液滴微流控的流体参数调控提供了理论依据,并进一步推动液滴微流控技术的应用和发展.