西安市小寨区域城市雨洪综合模拟与解析研究

为有效评估城市雨洪管理效果,以西安市小寨区域为例,搭建耦合管网模型和地表漫流模型的绿-灰-蓝雨洪系统综合模拟模型,从径流控制、管网排水与城市防涝等方面解析城市雨洪管理现状。研究表明：小寨海绵城市改造区年径流总量控制率基本可满足要求;2 a一遇、3 a一遇降雨排水瓶颈的管网长度分别为145.02、181.91 km; 20～50 a一遇暴雨条件下,海绵城市改造区无明显积水,大环河北岸、南三环中段和雁展路局部积水深度大于15 cm。该模型能够直观表现地表雨水漫流和管道水流运动过程,科学评估城市排水防涝与生态海绵城市建设效果。     

社区尺度居民楼内涝淹没过程精细化模拟及室内财产损失评估

以西安一小区居民楼为研究对象,构建了高精度城市雨洪模型,并通过实测暴雨内涝监测数据验证了模型的可靠性;利用构建的模型模拟了6种设计降雨重现期下的居民楼室内动态淹没过程,并以西安市中等收入家庭的房屋配置为计算单元,分析了各类居民室内财产的淹没水深阈值,依此拟合得到了室内财产淹没水深-损失率关系曲线,结合居民楼在不同降雨重现期下的淹没水深,计算得到了各居民楼在不同降雨重现期下的内涝淹没财产损失数据。结果表明：不同降雨重现期下,同一居民楼一层居民房屋室内进水淹没水深随降雨重现期的增大而增大;同一降雨重现期下,各栋居民楼因高程不一致导致内涝淹没过程及最大淹没水深不一样。     

基于强度折减法对岩质边坡分析

提出一种特殊界面单元模拟复杂岩质边坡的潜在滑动面,利用强度折减法确定复杂岩质边坡安全系数。通过对锦屏一级电站左岸岩质边坡稳定性分析表明,与传统的极限平衡法及Goodman单元相比,利用此方法能够取得较为合理可靠的结果。     

复杂层状岩层隧道塌方原因分析及其治理

围岩呈薄层状、支护结构-围岩未耦合和施工不当导致复杂层状岩层的新扎沟隧道塌方,结合工程实际情况,提出双排超前注浆小导管＋钢拱架＋喷射钢纤维混凝土联合治理塌方区域,在塌方影响区域设置监测站。监测数据显示,围岩变形在一定的时间段内趋于稳定,表明该方案治理复杂层状岩层隧道塌方行之有效。     

基于自稳隐形拱理论的高地应力软岩巷道支护

基于自稳隐形拱原理的高地应力软岩巷道支护设计是在围岩具有自承能力的基础上,通过对巷道围岩的应力进行分析,找出拉、压应力的分界线。并得出了极限自稳隐形拱是地下巷道围岩可能失稳的最大区域边界。本文运用FLAC3D数值模拟计算方法对巷道进行了分析研究,验证了自稳隐形拱与极限自稳隐形拱的曲线方程,提出了合理巷道断面+爆破最佳位置+锚网索的支护方案。现场施工监测表明,该设计方案可以有效控制该类围岩的稳定。     

基于AHP-Fuzzy法的西安小寨水灾害防控效果评价

为科学合理地评价城市水灾害防控能力,在采用高效高精度的二维城市雨洪模型对西安小寨水灾害防控建设区下垫面条件建设改变前后内涝削减与污染物输移过程进行数值模拟的基础上,结合老城区本底特性与其他相关建设内容,基于AHP-Fuzzy法构建城市水灾害防控效果的指标评价体系。依据此套评价体系,对研究区域水灾害防控建设前后水灾害防控能力进行了综合评价,量化了研究区域水灾害防控效果。AHP-Fuzzy法的评价结果表明,经过一系列城市水灾害防控建设,小寨区域城市水灾害防控能力从建设前的良好提升至建设后的较好,评价结果反映了城市水灾害防控建设的必要性。     

基于非均匀网格的高效高精度洪涝过程模拟

随着计算机技术的发展,网格划分技术日趋成熟。针对变化环境下洪涝灾害频发以及实际地形范围广泛,且通常存在狭长沟道与广阔泛洪区等问题,本文建立了一套具有层次拓扑关系的结构化非均匀网格划分模型,并与基于GPU加速的高分辨率数值模型相结合模拟地表水流动过程。高质量网格影响着模型计算精度与计算效率,非均匀网格划分技术以地形高程的梯度变化为基础设计网格划分原则,在需要高分辨率网格的计算域中检测关键地形特征以可靠地求解浅水方程,并可对局部区域网格静态加密,从而在较准确捕获水位计算敏感区的同时减少计算网格数量,降低计算成本。数值模型采用Godunov格式有限体积法进行空间离散,利用TVD-MUSCL格式将模型时间与空间精度提高至二阶,通过GPU并行技术在不降低计算精度基础上大幅提高模型运行速度。使用理想和实际案例来演示基于GPU加速的高分辨率模型在非均匀网格上的流量模拟性能,以较为准确获取洪水淹没时间及淹没面积等信息。结果表明,基于非均匀网格的高分辨率数值模型具有良好的稳定性,与均匀网格相比,在保证模拟精度的前提下,其运行速度约为均匀网格的2-3倍,计算效率在GPU加速基础上进一步提高。新模型适用于模拟复杂区域的大规模洪水演进及城市内涝过程,在实际大尺度洪水模拟中具有一定潜力。     

西安老城区海绵改造内涝削减效果数值模拟研究

为评估西安小寨老城区海绵城市改造效果,采用耦合管网模块的二维城市雨洪模型对不同降雨重现期下小寨老城区海绵改造前后的内涝积水情况进行模拟.通过对比模拟不同降雨重现期下建设前后的积水分布、积水水量和积水面积,发现不同重现期下的内涝情况在海绵改造后均有所改善,小寨老城区海绵改造对老城区内涝缓解作用明显.     

房柱式开采采留比优化设计

基于榆阳煤矿房柱式开采的工艺要求,应用极限强度、逐步破坏理论、FLAC3D数值模拟设计房柱式开采采房和煤柱的相关参数,现场实测了煤柱的变形规律和应力分布状况,证明了煤柱在房采过程中按照优化设计采留比的稳定性,并且回采率提高16%左右,达到了在确保安全的基础上有效利用资源的目的。     

干湿循环下煤矸石混凝土孔结构特性及抗氯离子侵蚀机理

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素。通过干湿循环试验,研究了煤矸石混凝土的抗氯离子侵蚀性能,分析了煤矸石体积取代率(0%、20%、40%、60%)对氯离子浓度分布和表观扩散系数的影响。通过压汞试验,测定了煤矸石混凝土的孔结构参数,通过计算其孔隙体积分形维数,研究了孔结构对煤矸石混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明:随着煤矸石掺量的增加,自由氯离子的浓度先减小后增加,而表观扩散系数先增加后减小;煤矸石掺量为40%时,混凝土密实性最好,孔隙体积分形维数最大;与未添加煤矸石的混凝土相比,掺量40%的煤矸石混凝土氯离子浓度最低,此时抗氯离子侵蚀性能最好,且表观扩散系数下降35.68%。