隧道突涌水灾害缩尺物理模型试验研究综述

随着我国经济的快速发展,隧道工程建设越来越多地面临着大埋深、高地应力、高地温、高渗透压力等复杂地质环境,运用物理模型试验开展复杂环境下隧道突涌水灾变机理与安全防控研究已成为岩石力学的热点问题。结合近年来国内外针对隧道突涌水灾变缩尺物理模型试验开展的研究工作,重点对该类物理模型的流固耦合相似理论、相似材料研制、渗透压加载方法等内容进行了系统梳理,并对下一步的可能发展方向进行展望。参考部分文献和突水典型案例后,总结了流固耦合相似准则和高地应力下的相似准则、相似材料选用方案及材料配比、试验中的水压加载方案,认为未来关注的重点包括考虑温度场的物理模型试验相似准则的研究和涌水涌泥与突水突泥间渐变过程的研究2个方面。

海岸植被防护机制的物理模型试验研究进展

基于自然的海岸修复与防护越来越受到人们关注,从海岸植被对水动力及泥沙运动影响机制的物理模型试验研究方面,介绍了试验研究中植被的描述方法,包括植被的分类、材料选择、特性表征等;综述了植被影响下的流场结构、消浪特征、形态阻力相关的研究进展;论述了悬沙浓度分布、泥沙再悬浮、沉积和冲刷模式等泥沙输运方面的研究成果;结合大量模型试验研究,提出了未来的研究趋势。

圆截面组合桩加固滑坡的作用机理与合理嵌固深度物理模型试验研究

目前在滑坡治理中,大截面人工挖孔桩因存在施工安全隐患大和效率低下等问题已在部分行业领域被限制使用,开展可机械化施工的圆截面组合桩研究已成为新的趋势,但当前对圆截面组合桩变形受力机理与合理嵌固深度的研究尚不够深入。基于自主研发的圆截面组合桩加固滑坡物理模型试验系统,开展了不同工况下圆截面组合桩加固滑坡的物理模型试验,分析了滑体的变形演化过程,研究了圆截面组合桩加固下滑体与抗滑桩的变形受力特征,并对比分析了不同嵌固深度和桩顶连系梁对圆截面组合桩变形特征的影响,揭示了圆截面组合桩加固滑坡的作用机理。结果表明:①滑体的变形演化过程可分为压密、匀速变形、加速变形和变形破坏4个阶段;②前后桩均存在反弯点,反弯点会随着试验进程向桩顶移动,且后桩的反弯点更接近于滑动面;③当一排桩的嵌固深度保持不变、另一排桩的嵌固深度改变时,可将36%的桩长作为合理的嵌固深度;④连系梁使后桩的最大桩顶位移减小了15.6%,而对前桩的影响不大;⑤连系梁的存在降低了滑动面处的最大桩身弯矩,从而使得桩身弯矩分布更加合理。该研究成果有望为圆截面组合桩的设计提供借鉴和参考。

堤防漫顶溃决物理模型试验研究进展

随着社会经济的发展,堤防保护区内人口及资产密度不断提高,一旦遭遇极端降雨事件引发堤防溃决,会对人民生命和财产造成重大威胁,因此开展堤防溃决机理和溃堤水流特性的研究对水灾害防治工作具有重要的意义。堤防漫顶溃决物理模型试验是研究堤防溃决机理与溃堤水流特性的重要手段,有必要对该方面众多的成果进行归纳总结,以便更好的开展该领域的研究。本文回顾了近年来有关堤防漫顶溃决物理模型试验所取得的相关研究成果,总结了堤防漫顶溃决试验所用装置及测量设备,并对堤防溃口处水力特征、溃口形态演变以及溃口出流过程三个方面的研究成果进行了梳理。研究发现已有试验成果中对河道内外水动力响应变化规律的认识并不成熟,对堤防溃口水沙运动机理的阐述也不够清晰,继续开展堤防漫顶溃决试验,深入研究堤防溃决机理与溃堤水流特性依然非常必要。

IGBT器件级物理模型的FPGA设计与实现及在环验证

基于硬件在环(HIL)仿真,研究了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件级Hefner物理模型及其求解算法与优化方法,在现场可编程门阵列(FPGA)上设计并实现了Hefner优化模型,并基于PYNQ框架对其进行了在环验证。首先,分析并仿真了Hefner物理模型与其求解算法,提出并训练了一个前馈神经网络用以拟合模型中的一组非线性函数;接着,在FPGA上设计并验证了Hefner优化模型IP核,并使用基于PYNQ框架的FPGA在环验证方法对其进行了板级验证;最后,用IKW50N60H3和FGA25N120两种型号的IGBT器件对IP核进行了实例验证。结果表明,Hefner优化模型能准确地反映IGBT的开关瞬态特性;在Zynq 7020芯片的处理器系统(PS)端运行PYNQ框架,可编程逻辑(PL)端时钟频率为100 MHz时,实现60 000个时间步长的时间为212 s,是软件运行同样次数所用时间(341 s)的62%,FPGA加速明显。

基于大型物理模型试验的高位滑坡涌浪坝面爬高时空分布特征分析

对库坝区高位滑坡涌浪坝面爬高的时空分布特征研究是大坝工程设计和工程安全的重要课题.本文针对澜沧江GS水电站梅里石H_(3)滑坡开展了大型三维物理模型试验,探究了不同滑体方量和弗劳德数下涌浪坝面爬高时空分布特征.研究结果表明,坝面上各测点涌浪爬高的首波波形具有一致性,波动周期也基本相同,但在次波之后波形发生改变并出现较大差异.通过多元线性回归分析,对滑体方量、弗劳德数与滑坡涌浪坝面爬高之间的关系进行经验拟合.通过坝面涌浪爬高公式的逆推,确定了坝前首浪入射角度,并将计算结果与试验资料对比,进而确定了坝面首浪入射方向.滑坡涌浪的坝面爬高存在相异性的特点,位于首浪入射方向上的测点坝面爬高高于偏离首浪入射方向的测点坝面爬高,且首波入射角度越大,坝面爬高相异性越不明显.

物理模型构建培养生物学科学思维的教学策略

发展中学生科学思维,能够运用模型与建模等方法探讨、阐释生命现象及规律是生物学新课程标准的重要内容和研究热点。本文基于物理模型构建的理论基础,围绕情景化教学、角色式扮演、问题化场景等教学方式,提出了物理模型构建在中学生物学教学中对学生科学思维培养的教学策略。通过物理模型构建及其在教学中的运用策略开展相关研究,能够为学生提供思维环境,有利于学生对抽象知识的理解和重构,有助于培养学生的科学思维,提高学生的生物学核心素养。

岩石物理模型约束下声波测井数据评价及处理

声波测井数据是石油天然气勘探开发中最为重要的基础资料,其数据质量受井壁环境、频散等因素影响较大,且部分钻井并未采集声波,这对后续开展速度分析、储层识别和烃类检测都带来较大影响。因此需要对声波测井数据进行环境校正、补齐、预测等处理。目前,主要依据研究区域内已钻井的统计规律对声波测井数据进行评估和预测。而在深水区,因钻井距离远、地质条件差异较大等原因,不同地区的声波变化较大,依据统计方法评估数据存在较大的多解性。该文提出采用岩石物理模型来评估声波质量和预测声波数据。基于Xu&White岩石物理模型,采用密度曲线反演计算泥岩孔隙度,改善了岩石物理模拟在储层段和非储层段的拟合效果,且在多口井的适用性更好。基于新方法,建立了可在区域内稳定适用的岩石物理模型,可计算多口井在不同岩性、不同深度下的速度,为在不同地区和不同深度的声波质量评估和预测提供依据,指导后期储层预测和含气性检测。

基于岩石物理模型的凝灰质砂岩的识别与刻画--以珠江口盆地惠州凹陷古近系砂岩储层为例

惠州H5油田位于珠江口盆地惠州凹陷,古近系恩平组下段砂岩储层是其主力油层,但储层中因火山作用而发育了致密的凝灰质砂岩。此类致密砂岩导致储层性能下降,使得优质储层的预测面临挑战。准确识别凝灰质砂岩并刻画其分布范围是惠州H5油田优质储层预测的关键。为此,根据已钻井资料和地震资料进行了含凝灰质砂岩的岩石物理建模,得到了识别凝灰质砂岩的敏感岩石物理弹性参数;在此基础上,开展了地震资料叠前反演和人工智能深度学习的储层定量预测;在储层预测结果的基础上,识别并刻画了致密的凝灰质砂岩及其分布范围,从而突出优质砂岩储层。提出了凝灰质砂岩岩石物理建模和岩石物理模型驱动下的人工智能储层预测技术及其流程。该技术应用于惠州H5油田的储层评价,在钻前成功识别了H5-3d井区和H5-5d井区恩平组下段发育的凝灰质砂岩,准确刻画了其分布范围和边界,为后续评价井的钻探和储量申报提供了重要依据。

刁口河河道及局部海域物理模型测控系统研究

淤积、延伸、摆动、改道是黄河口主要演变规律,黄河治理必须给黄河入海留有出路。刁口河作为备用流路、分洪通道、生态补水通道,其战略地位十分突出。因此,借助于物理模型试验手段开展刁口河相关重大问题研究至关重要。针对刁口河河道及局部海域实体物理模型,设计了一套潮汐模拟测控系统。该系统运行可靠、试验精度高,可实现上游流量、下游水位及流向等多边界耦合控制,为黄河治理提供技术支撑。

生物学教学中物理模型的局限性及补偿路径

物理模型是对原型简约化和特征化后建构出来的,具有直观、形象和直接突出原型本质特征等优点。但是,在使用模型的教学过程中,会发现存在些许局限性。本文结合初中生物学不同教学内容中常用的物理模型进行分析,尝试提出补偿路径,为教学提供参考。

融合虚拟仿真与物理模型的虚实结合型实验教学模式

秉承“以工程能力和创新意识培养为主线”的人才培养理念,针对专业知识点分散、实验教学效果不佳的问题,有机融合虚拟仿真实验技术和实体模型实验技术,构建了虚实结合型的综合性实验项目;串联不同学习阶段各专业课程的知识点主线,通过系统化的工程训练提升学生对复杂工程问题及其逻辑联系的认知与理解.分析了现有实验教学模式存在的问题,介绍了虚拟仿真实验与实体模型实验的融合思路和建设路径,为实验教学模式的研究和实践提供了一种崭新的思路.

小学科学物理模型建构教学的实施策略

科学思维是科学学科核心素养的重要内容,包括模型建构、推理论证、创新思维。模型建构即以经验事实为基础,对客观事物进行抽象和概括,进而建构模型,运用模型分析、解释现象和数据,描述系统的结构、关系及变化过程。物理模型作为科学模型中最普遍的模型之一,在小学科学学习中被运用广泛。有的教师往往为了建模而建模,只追求一个外形与实物基本相似的模型,存在物理模型内涵不够丰富,模型建构教学不够深入等问题。

建构物理模型 提升核心素养——以电磁感应的动力学问题为例

模型建构是“科学思维”核心素养的要素之一。建构物理模型对于学生学习物理知识和发展物理思维尤其重要。文章对电磁感应的动力学问题中的模型进行归纳总结,并从解决问题的基本思路去分析如何通过合理建构物理模型提升学生的核心素养。

物理模型在转炉冶炼过程参数优化与控制中的应用

转炉冶炼是一种重要的冶金工艺,其过程参数的优化与控制对于提高冶炼效率和产品质量具有重要意义。本文主要探讨了物理模型在转炉冶炼过程参数优化与控制中的应用。首先,介绍了转炉冶炼的基本原理和过程。然后,详细阐述了物理模型的概念、建模方法以及在转炉冶炼过程中的应用。讨论了物理模型在转炉冶炼过程参数优化与控制中的具体应用案例,并分析了其优势和局限性。最后,总结了物理模型在转炉冶炼过程中的应用前景,并提出了进一步的研究方向。

初中物理教学中物理模型与概念教学的结合

初中物理教学过程中将物理模型与概念教学紧密结合可以有效提高教学质量,提升学生的学习效果.本文主要分析物理模型和概念教学的基本理论,旨在为后续的结合措施提供坚实的理论依据.根据对初中物理教学存在的问题的详细分析,探讨物理模型和概念教学在实际操作中面临的挑战,并提出针对性措施,优化教学方法,进一步提升学生的学习体验.这些举措包括加强教材建设,提高教师素养,重视实践教学,为初中物理教育改革自主创新给予有利参考.

较复杂物理模型构建过程具体化助推核心素养培养途径初探

“双新”背景下新课改要求将物理学科核心素养的培养贯穿于物理教学活动的全过程,物理模型建构作为核心要素十分重要.本文通过两个实际案例对较复杂物理模型建构过程具体化、显性化的方法做一些探索.

高中生物概念教学中物理模型建构应用探究

本文探讨了使用物理模型促进高中生物概念教学的策略。物理模型作为直观展示生物学概念的工具,在生物学教学中具有重要意义。通过物理模型,学生可以更直观、生动地理解抽象的生物学概念,增强学习兴趣和效果。文章分析了物理模型的应用方法,包括概念的可视化呈现、生物过程的模拟、生物相互作用的展示等,以及如何引导学生通过自评、互评激发学习的反思和改进。

长江支流泵站排涝对下游水厂影响物理模型研究

为研究长江感潮河段支流泵站排涝对下游自来水厂取水口的影响,利用物理模型分别进行了高锰酸钾示踪的定性模拟试验和NaCl溶液测定电导率的半定量模拟试验。结果表明:高锰酸钾示踪可观察到随着长江流量增大,泵站排出的水流运动轨迹有规律的由往深槽向近岸方向偏转;半定量模拟试验数据可见排涝水体对取水口的影响呈现出明显的两涨两落规律;仅泵站排涝流量为7 m^(3)/s时,排涝水流对取水口水质无影响;随着泵站排涝流量增大,内河排涝对取水口电导率的影响增大;泵站排涝对取水口影响最大的情况发生在长江水流冲刷稀释和水迹线方向之间达到平衡时。可见,物理模型可应用于环境领域的污染物扩散效应研究。

渗流对潮沟沟壁崩塌影响的三维物理模型试验研究

潮沟在海岸动力作用下因沟壁崩塌而频繁地迁移摆动,显著影响潮滩-潮沟系统的稳定性。现有研究多关注涨潮时期潮沟内部的水流冲刷,落潮期间的渗流侵蚀过程却少有涉及,亟需研究渗流对潮沟沟壁稳定性的影响机制。本研究通过物理模型试验探究渗流对潮沟沟壁崩塌的影响,从沟壁崩塌类型、沟壁线变化过程和沟壁后退速率3个方面开展分析。研究结果表明:沟壁破坏类型与渗流水头相关,渗流水头的增加导致破坏类型由悬臂破坏转变为张拉破坏;沟壁后退速率与渗流水头之间存在正相关关系。本研究揭示了渗流作用下潮沟沟壁崩塌的力学机理,阐明了落潮不同阶段沟壁的崩塌过程,对研究潮沟演变有重要意义。