弧形海岸裂流的数值模拟研究

弧形海岸波浪产生的裂流严重危害人类活动，但是目前对其特征缺乏充分认识。本文对Haller物理模型实验和三亚大东海的数值模拟表明FUNWAVE模式具有较好的裂流模拟能力。基于该模式进行了多种弧形海岸条件的裂流数值模拟，给出裂流的一些特征：（1）海岸弯曲度增大，裂流增强；（2）海岸坡度对裂流有比较大的影响，太陡或太平缓的海岸不利于形成裂流；（3）海岸尺寸减小，裂流减弱；（4）波高和波周期增大，裂流增强，但是对于某些海岸而言，0.4m波高可能就存在危害比较大的裂流。     

礁坪上波浪传播的数值模拟

本文基于具备间断捕捉能力的二阶全非线性Boussinesq数值模型,对规则波和随机波在礁坪地形上的传播变形进行了数值模拟。该模型采用高阶有限体积法和有限差分方法求解守恒格式的控制方程,将波浪破碎视为间断,同时采用静态重构技术处理了海岸动边界问题。重点针对礁坪上波浪传播过程中的波高空间分布和沿程衰减,礁坪上的平均水位变化,以及波浪能量频谱的移动和空间差异等典型水动力现象开展数值计算。将数值结果与实验结果对比,两者吻合情况良好,验证了模型具有良好的稳定性,具备模拟破碎波浪和海-岸动边界的能力,能较为准确地模拟波浪在礁坪地形上的传播过程中发生的各种水动力现象。     

常Q滞弹性介质地震波动数值模拟——时域本构优化逼近

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼，可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言，常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到，增加标准线性体个数能有效提高模拟精度，但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法，详细分析了时域本构逼近误差的影响因素，清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度，与频带上下限取值无关这一特性，阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素，结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则，对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步，本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构，解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题，并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.     

龙门山断裂带及附近区域地貌形成与地应力演化机制研究

以龙门山附近区域水平运动特性以及深部岩体力学特性为基本条件，采用FLAC模拟软件计算分析了龙门山断裂带及附近区域的地貌形成过程和地应力演化机制。研究结果认为:区域板块运动是龙门山地貌形成的重要原因，龙门山3条断层在62万年内的相对滑移速率分别为1.53，0.245和0.458 mm/a，与实际监测结果基本吻合；龙门山断裂带左侧呈抬升趋势，右侧四川盆地的垂向运动保持稳定；随着区域板块的运动，3条断裂带附近主应力的变化均经历了3个阶段，即应力低态稳定阶段，应力增高阶段和应力高态稳定阶段，最终形成应力积聚—应力释放的平衡局面；断裂带附近的最大、最小主应力比值介于2.94—3.71之间，平均为3.3，与实际监测结果基本吻合。由此可以推断，龙门山及附近区域将长期处于高偏应力环境，即长期处于“应力累积—进入临界状态—发震—新的应力累积”的地震周期。      

察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的地面核磁探测与数值模拟研究

察尔汗盐湖地下晶间卤水蕴藏了宝贵的盐湖矿产资源,如何确定地下卤水的赋存规律以制定科学合理的卤水开采和补给方案,正成为盐湖资源大规模可持续利用亟需解决的重要问题。本文以察尔汗盐湖西北部的典型采卤区作为研究区域,1)利用新型的地面核磁共振找水仪,通过在研究区布设两条十字交叉的测线,探测并反演解译测区地下60米深度内的卤水静态赋存形式,2)结合OpenGeoSys(OGS)多物理场耦合地下水数值模拟软件,对测区地下卤水的动态运移形式进行数值模拟计算。地面核磁探测结果表明研究区含水量整体偏低,最大含水量约0.8%,平均含水量约0.4%。测点结果给出的含水层位分界面与邻近钻孔的地层层位分界面的一致性较高,浅部的层位误差在10%以下,达到了0.5米的精度。考虑到测区南北两边均有采卤渠正在汲取地下卤水,且在测区中心存在两条废弃的采卤渠,OGS地下水数值模拟研究结果表明采卤渠造成测区浅部卤水较大空缺,与研究区浅部含水量总体偏低的探测特征一致。研究结果表明地面核磁共振技术能准确探测卤水当前的赋存状态,地下水运移模拟技术可以深入认识采补活动引起卤水赋存状态的变化规律。探测和模拟结合的联合研究是确定卤水赋存规律的重要手段,研究成果可为盐湖资源合理开采高效利用提供基础资料和相关科学支撑。     

西北地区地下水水量-水位双控指标确定研究——以民勤盆地为例

地下水是西北内陆河流域干旱半干旱地区重要的供水水源、生态因子和环境因子。当前缺乏针对西北干旱半干旱地区特点的地下水水量和水位双控管理指标确定方法研究，无法为西北地区开展流域水资源管理生态保护提供技术支撑。本研究基于地下水可持续利用和生态保护的原则，提出了一套确定西北地区地下水水量-水位双控指标的技术方案。采用“以位定量”的思路，依据指标监测井代表的不同地下水功能区的地下水管理水位，确定水位指标区间值；将通过天然植被排泄的地下水量作为不可袭夺的排泄项，以数值模拟方法预报求解满足水位指标约束的地下水开采量，计算水量指标区间值。以民勤盆地为研究区开展示例研究，依据技术方案计算得到水位指标的下限阈值为埋深5.00～49.37 m，上限阈值为埋深0.00～5.00 m，水量指标上限为6 000×104 m3/a，下限为10 000×104 m3/a。采用2012—2016年区内实际开采量和监测水位变化趋势进行验证，当开采量在水量指标区间内运行时，水位也基本在水位指标区间内变化。该技术方法可以为西北地区开展双控管理提供一定的技术支撑。     

砂岩压实作用研究现状及进展

砂岩压实作用研究主要包括压实作用机制、影响因素和响应特征三方面内容，重点阐述了砂岩压实作用模型与数值模拟研究、压实作用物理模拟与数值模拟融合研究两方面的新进展，结果表明:1）压实作用模型包括机械压实作用和化学压实作用模型，机械压实作用模型重点介绍了石英砂岩的粒间体积-深度曲线；而化学压实作用模型是与压溶作用相关的溶解作用和胶结作用，着重介绍了压溶成因的石英胶结作用。2）压实作用物理模拟与数值模拟的融合研究，主要是在压实作用机理认识基础上，通过压实模拟实验，建立基于实验数据的压实作用模型，进而开展数值模拟研究。最后指出压实作用研究趋势将朝着砂岩组分更加复杂的压实作用模型、压实作用与流体流动耦合、垂向-侧向多动力学机制、砂岩-泥岩协同机制、构造-沉积-成岩"三相"耦合的压实作用数值模拟等方面发展。     

南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——震源子波检测及模拟分析

在野外采集中考察气枪的稳定性以及室内进行确定性子波反褶积处理,都要求能够获得气枪阵列的实时远场子波。从震源子波检测方法出发,阐述了近场子波采集、幅值转换及记录流程,并列举出实测近场子波时需要考虑解决的问题;接着介绍了震源远场子波的获取方法和主要途径;震源近场子波及远场子波的实测方案,检测震源子波所需的仪器设备和采集技术方法。文中分析了气枪子波的气泡干扰问题,虚反射与后续气泡震荡间的关系以及吸收衰减对子波的影响,并根据实测远场子波,对齐氏和范氏两种气体模型进行了模拟效果对比,结果表明:采用范氏气体模型所模拟的子波与实际子波更为吻合,模拟出的气枪的子波波形、振幅大小、气泡周期上,与业界通用的Nucleus软件的模拟结果吻合较好,在后续的使用中将继续优化。     

隔震曲线梁桥不同等级地震的振动特性模拟分析

曲线桥梁抗震特性模拟分析对于曲线桥梁隔震、减震有着重要意义。基于隔震曲线桥梁设计过程中的特点,通过非线性水平弹簧单元对铅芯橡胶支座双向非线性的能力进行模拟,根据SAP2000科学选择强震观测地震波,并考量曲线桥梁本身存在的特性对桥梁振动特性产生的影响,针对隔震曲线桥梁在不同等级地震下振动特征进行模拟分析,其中,通过隔震曲线桥梁铅芯橡胶支座模型的构建和梁桥不同等级地震计算模型、输入地震波与传感器量测等步骤得到的模拟结果为:不同地震波与加速度峰值输入过程中,地震动较小下的支座水平刚度比较大,且结构相对稳定;地震幅值增大时,桥梁支座水平刚度减小,且支座的恢复力位移滞回变化曲线面积比较大,能够更多地将地震输入能量消散掉,减小能量不断向曲线桥梁上方传递的速度,可有效减轻地震反应,起到隔震的效果。     

基于Remez迭代算法求解差分系数的双相介质自适应有限差分正演模拟

利用传统有限差分方法对基于Biot理论的双相介质波动方程进行数值求解时,由于慢纵波的存在,数值频散效应较为明显,影响模拟精度.相对于声学近似方程及普通弹性波方程,Biot双相介质波动方程在同等数值求解算法和精度要求条件下,其地震波场正演模拟需要更多的计算时间.本文针对Biot一阶速度-应力方程组发展了一种变阶数优化有限差分数值模拟方法,旨在同时提高其正演模拟的精度和效率.首先结合交错网格差分格式推导Biot方程的数值频散关系式.然后基于Remez迭代算法求取一阶空间偏导数的优化差分系数,并用于Biot方程的交错网格有限差分数值模拟.在此基础上把三类波的平均频散误差参数限制在给定的频散误差阈值和频率范围内,此时优化有限差分算子的长度就能自适应非均匀双相介质模型中的不同速度区间.数值频散曲线分析表明:基于Remez迭代算法的优化有限差分方法相较传统泰勒级数展开方法在大波数范围对频散误差的压制效果更明显;可变阶数的优化有限差分方法能取得与固定阶数优化有限差分方法相近的模拟精度.在均匀介质和河道模型的数值模拟实验中将本文变阶数优化有限差分算法与传统泰勒展开算法、最小二乘优化算法进行比较,进一步证明其在复杂地下介质中的有效性和适用性.