城市地下空间水灾试验与数值模拟研究综述

为了解城市地下空间水灾研究进展,预测其发展趋势,系统调研城市地下空间水灾的相关文献,并从试验和数值模拟角度,归纳总结城市地下空间洪水漫延规律、地下空间阶梯流动力学特征及其对受灾人员撤离影响的研究进展,分析当前研究内容和研究方法中存在的局限和不足,预测城市地下空间水灾的研究趋势。研究表明,当前研究趋势是建立计算精度和计算效率较高的大尺度复杂多层地下空间洪水漫延问题数值计算模型,并研究地下空间复杂形态楼梯上洪水水流动力学特征及其对人员安全撤离的影响等。

基于光滑粒子流体动力学方法与GPU并行计算的阶梯流数值模拟

为了更好地模拟分析地下空间阶梯流动力学规律和提升数值计算效率,利用光滑粒子流体动力学方法(SPH),并借助GPU并行计算技术对地下空间阶梯流进行数值建模和计算。基于GPU并行化加速的SPH地下空间阶梯流模型的数值计算结果表明:该模型不仅计算获得较好的阶梯流流态,而且计算效率大幅度提高,比串行SPH模型和移动粒子半隐方法(MPS)模型快数百倍,为研究大尺度城市街区洪水提供了一个比较有前景的研究途径。

北京市局部大气沉降颗粒表面成分分析

采用X射线光电子能谱(XPS)对大气沉降颗粒表面元素组成和元素的存在形式进行分析,发现其表面含有Al、Ca、Si等地壳元素和C、N、O等轻元素。Al、Si、Ca等地壳元素的原子数分数总和高达16.4%,表明大气颗粒物的沉降过程伴随着地壳元素的累积;元素S与N的原子数分数比值接近1,表明没有足够的碱性物质NH_3中和酸性物质SO_4^(2-),沉降颗粒表面呈现酸性。结合高分辨率XPS图谱分析,发现沉降颗粒物表面的含碳物质以有机含碳化合物为主,同时存在少量的无定型碳;而氮元素则主要来源于以NO_x、NH_4^+为主的无机氮和以吡啶氮为主的有机氮。

煤与瓦斯突出机理探讨及其预报方法

煤与瓦斯突出是严重的矿井地质灾害,受到瓦斯、地应力、煤体强度、温度等众多因素的影响,问题的特殊性和复杂性导致煤与瓦斯突出成为摆在人类面前的科研难题。为了防止煤与瓦斯突出的发生,国内外研究者们对其机理做了大量探索,提出了多种假说。着重探讨了受认可程度最高的3种假说及其各自适用的局限性,提出存在的问题,并总结目前应用较为有效的突出预报方法。

钻孔措施治理厚煤层煤巷瓦斯涌出数值模拟

采用有限体积法对采取钻孔排放瓦斯措施下厚煤层煤巷煤壁瓦斯涌出规律进行了数值模拟,得到不同煤层原始瓦斯压力和透气性系数条件下煤壁煤体瓦斯压力分布与煤壁瓦斯涌出速率。模拟结果表明,与未采取钻孔排放瓦斯相比,钻孔排放瓦斯措施使得煤巷周围一定范围内形成瓦斯泄压区域,厚煤层沿底板煤壁瓦斯涌出速率明显减小;根据模拟结果,采用数据拟合曲线方式得到厚煤层煤巷煤壁瓦斯涌出速率公式,该式可表征采取钻孔排放瓦斯措施下厚煤层煤巷煤壁瓦斯涌出速率。