中尺度地形对暴雨降水影响的数值模拟

对2006年8月27~28日甘肃省中南部大暴雨过程进行数值模拟,模拟结果较好地复制了此次暴雨过程以及与之相联系的影响此次过程的中尺度对流系统的发生、发展过程。喇叭口地形使甘谷降水增加明显,抬高地形对地形迎风坡上空低层辐合及上升运动有显著的加强作用,且其动力抬升作用主要体现在降水发生前和发生时。

对基坑在开挖支护施工过程中的土体应力和位移情况进行了数值计算,对考虑与不考虑降水的模拟结果进行对比,结果表明两者的位移分布规律相似,但降水有利于减小坑底隆起,降水时产生的地表沉降较大;随着开挖的进行,基坑开挖面以下土体单元卸载,内支撑支护有效提高了支护结构的整体稳定性。

将太阳能平板集热器流道设计为间距为0.7mm的平行微尺度通道,这种微尺度通道集热器的特点是吸热板和底板之间距离较小,流体与吸热板间的传热系数较大,水的质量流率低,热容小,可使水温快速提升。通过对微尺度太阳能集热器与传统尺度太阳能集热器传热性能的分析对比,可看出微尺度集热器在水的升温速率和对流传热系数方面有显著的优越性,为太阳能集热器用于海水淡化提供了一条高效应用的途径。

为研究湍流积分尺度对高层建筑风荷载大小和分布的影响,研究其合理取值,基于大涡模拟开展了b类地貌不同湍流积分尺度下caarc(commonwealthadvisoryaeronauticalresearchcouncil)标准高层建筑模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验进行了比较.研究结果表明:大涡模拟能较好地反映高层建筑周围风场绕流特性和表面风压分布.随着湍流积分尺度的增大,平均运动的变形率向湍流脉动输入能量,以致平均风速降低、湍流强度增大；侧面风压脉动性降低15%、分离流附着提前出现；基底扭矩谱和弯矩谱的峰值及高频段幅值均减小；层斯托罗哈数在0.4倍建筑高度以下基本相同,随高度的增加其值下降20%~30%；层平均阻力系数下降5%~10%；迎风面风压系数平均值下降2%~5%,侧面和背面下降12%~17%.湍流积分尺度对迎风面和侧面上风向的风压水平相关性、层升力和0.8倍建筑高度以下的层阻力相关性的影响可以忽略.随湍流积分尺度的增大,风压水平相关系数增大,背风面增大5%~10%,侧面下风向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上层阻力相关性系数增大25%~50%.b类地貌湍流积分尺度的调整系数为0.4时,计算得到的风荷载与试验结果趋于一致.

植物通过蒸腾作用,与周围大气不断进行着热湿交换,从而调节大气的温、湿度分布。植被对太阳辐射的反射和遮挡作用,使得调节作用提升到叶面高度附近。植被的高度、覆盖率、覆盖面积都会对空气的温、湿度分布产生不同的影响。利用流体力学计算软件,提出了把建筑室内外热环境耦合,将植被区域视为多孔介质的方法,初步分析了不同高度植被对建筑微环境的空气温度及热量交换的影响规律,旨在探究各种植被条件对建筑微环境的影响。

盾构法施工不可避免对隧道周围岩体产生扰动，引发不同程度的土体变形和地表沉降，对地表结构造成不利影响。以郑州市轨道交通5号线西站街站—建设路站区间隧道工程为工程实例，利用abaqus有限元软件，建立三维盾构开挖模型，对比分析不同工况下模拟沉降数据。模拟数据表明，在理想施工质量条件下，建筑物沉降量最小；双线同步开挖时，建筑物沉降量最大，变形也大，因此应避免双线同步开挖施工。

将建筑基础(或承台)底面以下,采用桩基础或地基加固措施后的地层视作"等效加固地基",在基坑开挖对邻近基础影响的数值模拟分析中,为地基土层力学参数量化选取和桩土相互作用模拟提供了一种等效简单做法。并通过工程实例对基础稳定性进行了评价。

采用二维潮流泥沙数学模型,根据深圳西部港区主要港口的年维护疏浚量,计算分析疏浚工程对周围港区回淤的影响,为港区施工的科学管理提供依据。

以深圳安托山安峦公馆基坑爆破开挖工程为研究对象,采用数值模拟方法分析了爆破振动传播途径中距离爆源不同距离处的振动速度,以及大断面、小断面隧道衬砌振动速度的分布情况。结果表明：在距离地铁40m以内爆破施工时应采取减震措施;地铁隧道迎爆侧的水平和竖向振动速度要大于非迎爆侧,隧道衬砌最大振动速度在迎爆侧拱顶和拱脚,爆破施工过程中应对隧道迎爆侧重点监测和防护;隧道断面对水平和竖向振动速度均有放大作用。

结合某高速公路隧道侧部溶洞的具体情况，针对先开挖靠近溶洞侧和先开挖远离溶洞侧两种不同的开挖顺序，利用有限元软件ansys和有限差分软件flac3d进行数值模拟，分析了两种不同开挖顺序对隧道位移场和应力场的影响，并通过比较得出了最优的开挖顺序。

为研究常见小型溶洞引起的隧道稳定性问题,结合工程实例,应用有限元方法,分析全断面开挖时,ⅱ类溶洞处于隧道不同位置对围岩位移和隧道结构受力的影响。结合实测数据对比分析,总结围岩位移和衬砌受力变化的规律和原因。模拟结果表明,隧底溶洞距离为1m时,仰拱轴力增加21%,其余部分变化微弱;侧壁溶洞距离为1m时,边墙轴力增加14.8%,其余部分变化微弱;隧顶溶洞距离为1m时,拱顶轴力增加10%,其余部分变化微弱。实测数据和模拟结果表明,溶洞位置对于收敛值的影响,隧底溶洞>隧顶溶洞>侧壁溶洞,溶洞位置对于沉降值的影响,侧壁溶洞>隧顶溶洞>隧底溶洞。溶洞范围较小(r2m)或相对距离较远(l5m)的情况下,衬砌安全系数满足要求,可不予处治。

本文利用中尺度可分辨云模式(wrf,weatherresearchandforecasting)对2011年8月14日北京地区一次强降水过程进行了数值模拟和敏感性试验,研究了城市环境(包括城市气溶胶和城市地表)对北京地区云和降水的影响.研究结果表明:城市气溶胶污染增强和城市地表使得北京地区(城区和周边)降水量减少,对城区平均累积降水量的影响作用分别为-38.92%和-3.4%.降水系统向北京主城区移动过程中,城市气溶胶在城市环境影响降水过程中的作用逐渐减小为85.13%,城市地表的作用增加到14.87%.城市污染气溶胶增强,使得非降水性粒子增多,而降水性粒子减少,这不利于对流的发展增强,使得水汽的垂直输送减弱,导致区域降水量减小.城市地表对强对流的发展也表现为减弱作用,这使得水汽的垂直输送减小,区域降水量减小.

利用中尺度天气模式wrfv2.2进行了两组风场的敏感性试验,分别模拟了西风与季风变化对黑河流域降水的影响.通过对大气环流、水汽输送、水汽辐合以及垂直上升运动的分析得出以下结论:西风与季风对黑河流域降水的影响方式不同,西风带直接作用于黑河流域,影响其降水,而季风则是通过对西风的调整间接影响黑河流域降水;西风与季风变化对黑河流域降水的影响范围不同,西风增强后,黑河流域南部山区降水落区西移,降水增加,最大值中心偏西北;季风增强后,黑河流域南部山区降水落区向东南移,降水增加,最大值中心偏东南.与其它量相比,黑河流域降水与垂直速度的对应关系最好.

大气动力学中\"平流输送\"是非常重要的宏观动力学过程,云凝结物的平流输送与降水云系的发展演变密切相关,它把宏观动力过程与各种云凝结物粒子的时空演变联系起来,云凝结物的平流输送可以增加或减少局地大气中云凝结物的含量,改变云凝结物的空间分布状况,影响云凝结物的微观物理过程,进而促进或抑制降水云系的发展演变。本文在数值模拟研究中,通过改变云凝结物平流输送的状况来研究宏观动力过程对云微观物理过程的影响,因而利用arps模式开展3个分别排除云凝结物水平平流输送、垂直平流输送和三维平流输送的敏感试验,进行关于云凝结物平流输送对降水云系发展演变影响的敏感性数值模拟研究。结果表明,云凝结物的平流输送对水汽比湿的影响很小。云凝结物的三维平流输送有利于增加降水云系中雪和霰的混合比含量,抑制云水、雨水和云冰混合比含量的增长。云凝结物的水平平流输送可以降低降水云系中云水和雨水的混合比含量,增加云冰和雪的混合比含量;云凝结物垂直平流输送的作用是增加降水云系中雨水、雪和霰的混合比含量,减少云与冰混合比含量。云凝结物三维平流输送效应的分析表明,云凝结物的三维平流输送主要通过调整云凝结物的微物理过程源汇项以及降水粒子(雨水、雪和霰)的下落末速项来改变降水云系中云凝结物的垂直结构;另外,雪的三维平流输送对雪本身的分布也有一定影响。

基坑大面积降水会引起周边土体产生沉降,从而对邻近隧道的运营产生影响,在基坑降水过程中,邻近既有隧道的应力变形特性仍有待了解。基于深圳某基坑坑底工程桩降水工程,采用有限元软件plaxis,探讨了基坑开挖后工程桩降水对临近双向水平隧道的应力及变形的影响。结果表明:坑底工程桩降水会引起基坑周边土体水位大幅度下降,靠近基坑开挖侧的隧道其水位下降程度要显著大于远侧的隧道；邻近双线隧道竖向沉降受降水影响显著,左、右线隧道其最大变形值分别增长了91.5%、144.6%；双线隧道其内力值均由于坑底工程桩降水施工而有所增大,远离基坑开挖侧隧道内力增长更为显著。

为了模拟水泥粒径分布对水泥水化过程的影响,本文建立了一个基于水化深度的水化模型。该模型假定水泥水化过程由水化深度控制,且水化深度随时间的变化关系与颗粒粒径无关。通过等温差示扫描量热仪测定了2种不同粒径分布水泥的等温水化热曲线,根据试验结果分析得出最大水化深度的存在,并推导得出水化模型所需的基准水化速率。最后将建立的水化模型用于模拟水泥的等温水化热曲线。结果表明:基于水化深度的水化模型能够准确模拟水泥粒径分布对水泥水化过程的影响。

采用4个ph值梯度的模拟酸雨溶液喷洒法处理黄槐幼苗,探讨不同ph值[ph2．0、3．0、4．0、5．6(对照)]的模拟酸雨对黄槐在叶伤害、高生长、地径、根长、叶面积、叶绿素含量和土壤ph值等方面的影响,并以叶片的损伤程度来分析该植物对酸雨污染的敏感性反应,同时在光学显微镜下观察了不同ph值模拟酸雨处理对黄槐幼苗叶片解剖结构的影响,初步研究了黄槐对酸雨的抗性能力。研究结果表明,黄槐可以忍耐ph3．0或以上的酸雨,具有较强的抗酸雨能力,可作为酸雨污染地区应用的园林绿化树种。

为评价农田灌溉水利用状况并揭示灌溉水利用效率的尺度变化规律,应用改进的分布式水文模型(swat)模拟了漳河灌区三干渠灌域的水循环过程和作物产量。以子流域嵌套方式将研究区划分为9个尺度来计算灌溉水利用效率指标,并分析其随尺度变化的特征及原因。结果表明,灌溉水分生产率受降雨、气候条件的时空分布特征影响较大,而且随尺度增大明显,其尺度关系可以近似应用幂函数描述,函数的形式和参数与分形思想接近。排水率在中等尺度上的数值最大,但随尺度变化不显著。因此,在一定精度条件下,灌溉水分生产率的尺度转换模式可以尝试应用幂函数形式。漳河灌区在中等尺度上的节水潜力最大。

针对三峡水库的建立,国内外学者主要研究其局地气候的变化,而对于局地天气的影响研究则相对较少。利用中尺度数值模式wrf,通过改变下垫面水库库区的形状、面积,模拟水库区域3天的天气演变情况,检验水库对宜昌天气的影响。结果表明:水库建立后,宜昌地区气温在夜间明显升高,白天明显降低,其温度主要受临近城市区域湖泊面积大小的影响而非湖泊总面积大小。湖面风不再是简单白天向四周发散,晚上向湖面集中,而在湖面上空形成了一个小的环流系统。最后利用class模式验证平流作用对相对湿度、边界层高度的影响。结果表明:湖面周边区域相对湿度的变化取决于湿度平流作用;温度平流对边界层高度的变化起主导作用,影响效果也最明显;湿度平流对边界层高度的变化影响较小,二者共同作用的影响效果最强。

河道拦沙坝附近的水流流态复杂,且行洪期受泥沙影响较大。河道拦沙坝对水流的影响可以通过三维水流数值计算进行分析。以某水道的拦沙坝的数学模型为计算实例,通过数值模拟出了该区域的三维流场分布,分析了拦沙坝对河道水流的流速和流场的影响特性。计算结果表明,拦沙坝对河道流场影响较大,最明显的区域为拦沙坝密集区附近,并且形成较大的涡流,对拦沙作用具有双重影响特性。

为分析不同地层条件下盾构法开挖隧道对土层的扰动情况,采用flac3d模拟了黏土和砂土两种地层盾构法开挖后土层的变形情况.结果表明,砂土地层中采用盾构法开挖隧道对土层扰动较大,黏土地层中扰动相对较小,基于模拟结果提出了两种土层下盾构施工要点,可供相关工程参考.

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