灾害系统视角下的灾害耦合效应探讨

灾害耦合效应是灾害风险科学领域关注的焦点议题，与复杂灾害事件具有密切的联系。该文首先从词源角度阐述了“耦合”的内涵，提出了灾害耦合效应的概念，对比了灾害耦合与灾害叠加的差异，阐述了灾害耦合效应的整体性、有序性、动态性和目的性特征。其次从灾害系统的角度出发，分析了灾害系统结构体系和功能体系及演化过程与灾害耦合效应的联系，提出灾害耦合效应具有灾害形成要素耦合和灾害演化过程耦合，并探讨了两种耦合内在的特征及两者互动作用。再次从复杂灾害事件角度出发，探究了灾害群、灾害链和灾害遭遇与灾害耦合效应的关系，提出灾害演化过程耦合与灾害演化网络视角下的灾害链过程具有一致性，灾害形成要素的耦合与广义的灾害遭遇具有一致性。最后该文提出了加强灾害耦合效应研究与实践的关键点。     

基于非饱和土渗流理论的尾矿库流固耦合分析

基于非饱和土渗流理论,针对某上游法尾矿库工程地质、水文地质条件以及库内尾矿的物理力学性能试验成果,建立了尾矿库三维有限元模型,研究了尾矿的土-水交互特征曲线,分析了尾矿库的渗流场、应力场以及流固耦合效应,总结出了上游法尾矿库流固耦合计算规律。结果表明:(1)与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用时尾矿库堆积坝内浸润线平均埋深更符合实际、更趋合理;(2)与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用时尾矿库内正孔隙水压力更大,而考虑流固耦合作用时尾矿库内负孔隙水压力则更小;(3)与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用时尾矿库内最大Von-Mises应力和最大切应力均更小;(4)连续流固耦合只需耦合计算1次,完全流固耦合则需多次耦合计算,完全流固耦合作用时的计算精度随耦合计算次数增加而趋于精确,尾矿库流固耦合分析宜采用完全流固耦合分析方法。     

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明:当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。     

渗流-应力-损伤耦合研究现状

归纳总结了渗流-应力-损伤三场耦合的研究现状，并详细阐述了其中两场进行耦合研究的类型及各自的使用范围和优缺点。渗流一应力耦合包括多孔介质的渗流-应力耦合和裂隙系统的渗流一应力耦合两方面的内容。通过对前人研究成果的总结，研究岩体微裂纹的萌生、连接、扩展和贯通全过程中渗透率演化规律及作用机理，对于解决工程实际问题有一定的应用价值和参考价值。     

沿海城市多灾种耦合危险性评估的初步研究——以福建泉州为例

如何处理区域内多灾种之间的相互作用关系是当前多灾种综合风险评估研究的热点和难点之一。在梳理沿海城市多灾种之间相互作用关系的基础上,提出一种基于触发关系的多灾种耦合危险性评估方法。首先选取多指标建立单灾种分级方案,计算单灾种初始危险性指数;然后构建基于触发关系的多灾种耦合规则,结合GIS技术进行空间耦合,计算耦合后的危险性指数;最后对耦合后的多灾种危险性的综合进行了探讨。以福建省泉州市为例进行了案例研究,结果表明:该方法在多灾种耦合危险性评估中具有可行性,为后续多脆弱性和多灾种综合风险的研究提供支持,为决策者进行科学风险管理提供依据。     

考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉(Aribitrary Lagrange-Euler,ALE)描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应(Fluid-structure interaction,FSI)的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明:流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

浅谈裂隙岩体渗流与应力耦合的问题

针对工程岩体在渗流与应力相互作用下动态平衡体系中的变形及稳定,提出了裂隙岩体渗流与应力耦合的研究课题。结合岩体渗流的特性,分析了裂隙岩体应力与应变对渗透系数的影响情况,然后对裂隙岩体渗流场和应力场耦合作用及反演分析的思想和方法进行了论述,最后对目前裂隙岩体渗流场与应力场耦合的研究进展和存在的问题进行了介绍。     

中国自然灾害与粮食生产脱钩关系分析

利用脱钩理论,对全国和粮食产量之和占全国总产量90%以上的19个省(市、区)粮食生产与自然灾害之间的脱钩关系进行了分析。结果表明,从长时段来看,全国粮食生产和自然灾害之间表现为扩张耦合的关系;19个省(市、区)粮食生产和自然灾害之间均表现为耦合的关系,其中湖北、浙江、广东表现为负向耦合关系,其他省(市、区)表现为扩张耦合关系。     

城市燃气输配管网耦合风险研究现状及展望

城市作为一个复杂的系统,其发展离不开天燃气等动力能源,城市燃气管网运行存在来至人、设备、环境以及管理等各方面的风险隐患耦合作用,同时随着城市社会经济的发展,其凸显脆弱性,燃气管网各种风险相互耦合并引发事故灾难,将会对城市造成极大的破坏,相关事故在国内外屡见不鲜。为了减少城市燃气管网灾害事故的发生,从风险耦合的角度出发,对多因素耦合作用下城市燃气管网灾害风险的研究现状进行文献分析,从而发掘已有研究存在的不足。通过对国内外城市燃气管网耦合灾害风险的大量相关文献进行分析,发现过往研究存在以下问题:1当前对多因素耦合作用下的城市燃气管网的灾害风险作用机理进行的研究较少;2缺乏对城市燃气管网多因素耦合灾害风险演化规律的研究;3对城市燃气管网多因素耦合灾害风险评估模型的研究也较少;4也没有对城市燃气管网多因素耦合灾害风险的动态管控策略开展研究。针对此四方面的问题,最后提出了在城市复杂环境下,燃气管网面对多风险因素耦合作用时的研究方向,对多因素耦合灾害风险理论发展以及城市安全运行和管理起到促进作用。     

基于不同材料分类模型的地层变异性模拟比较研究

岩土结构物变形与稳定性评估的准确性往往取决于地层描述的精确程度。实际地层往往表现出变异性,材料分类模型能够对地层变异性进行有效地描述,目前常用的材料分类模型有主要有耦合马尔可夫链和广义耦合马尔可夫链,目前的研究中并未对两种模型进行系统的比较,给工程师们在模型选择方面带来困难。为此,以香港地区某场地地层为例,对两种材料分类模型的转移概率矩阵、信息熵图、地层变异模拟结果等方面进行系统的比较。结果表明:广义耦合马尔可夫链能够有效利用不同方向上的转移概率矩阵进行地层变异模拟,而耦合马尔可夫链在竖直方向或水平方向仅利用了一个方向上的转移概率矩阵。广义耦合马尔可夫链模型模拟所对应的不确定性范围要大于耦合马尔可夫链模型模拟的结果。广义耦合马尔可夫链模拟所得的地层分布相比耦合马尔可夫链模型所得的更合理。     

非常规灾害防治时空挑战纾解的敏捷路径

非常规灾害防治实践面临难以及时有效应对的时空挑战,包括被动响应的时空动态挑战、碎片化治理的非耦合挑战、快速决策的时空数据挑战与复杂耦合系统的统筹挑战,灾害防治亟需一种敏捷高效、动态响应、协调耦合、全面统筹的顶层设计。该文系统考察了敏捷治理理论与灾害防治需求间的契合性,并构建了开放性的敏捷灾害防治“时空(Time-Space)”二维螺旋模型,应用敏捷方法为灾害防治工作的设计、实现和部署提供了一个全面的框架,为纾解灾害防治的时空挑战,并在灾害防治全流程中达成迭代学习、技术介入和松散耦合的高效治理提供了一条敏捷路径。     

考虑惯性耦合的两相介质动力反应显式数值计算方法∗

基于包含惯性耦合（耦合质量密度系数）的 u?p 形式饱和两相介质弹性波动方程,开展了对饱和两相介质近场波动问题时域全显式数值计算方法的研究。通过对波动方程中的质量集中矩阵和流体压缩矩阵对角化处理,消除了方程中的动力耦联的影响。分别应用中心差分法和 Newmark 常平均加速度法求解固相位移和固相速度,基于向后差分法求解孔隙流体压力,建立了考虑惯性耦合的饱和两相介质的时域显式数值计算方法。将该方法的数值解与相应的解析解进行对比,二者符合良好,验证了该方法的正确性。将该方法应用于饱和两相介质自由场的地震反应问题,研究了惯性耦合对两相介质动力反应的影响。基于本文研究的两种情况表明,惯性耦合对饱和两相介质动力反应的影响程度有限。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Mori-son方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark-β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明:按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12.5%。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

泥石流柔性防护系统耦合作用数值模拟*

柔性防护系统近年来被广泛应用于交通沿线地质灾害的防治,但目前的相关研究主要集中在落石冲击作用下的力学响应,而遭受泥石流冲击作用的相关研究较少。泥石流与柔性防护系统的相互作用包括泥石流运动和柔性防护系统冲击大变形两个复杂的力学过程,目前尚无有效的耦合计算方法。为此,基于 LS-DYNA 程序,采用 ALE 方法,利用 Drucker-Prager 模型模拟泥石流的运动,并通过流固耦合算法,建立了考虑泥石流与柔性防护系统相互作用耦合计算方法。通过与既有野外足尺试验数据对比,包括泥石流流经沟槽不同位置时的速度、流深以及柔性防护系统钢丝绳内力、变形,验证了耦合计算方法的有效性。在此基础上,进一步研究了泥石流冲击作用下,冲击能量的平衡转换关系,结果表明：柔性防护系统消耗的能量占泥石流冲击总动能的比例不到 25%,将近 60% 冲击能量转换为泥石流内能,这进一步说明了采用耦合方法进行泥石流柔性防护系统分析与设计的必要性。     

单裂隙岩体稳定温度场与渗流场耦合数学模型研究

根据传热学理论和裂隙岩体渗流理论，提出了单裂隙岩体稳定温度场与渗流场耦合数学模型，运用Galerkin有限元C0型插值函数法建立控制方程的有限元格式，为该耦合模型的程序设计奠定了基础。     

流体参数对埋地管道破坏的影响分析

在考虑流固耦合和断层活动作用的情况下,应用ADINA中流固耦合分析求解器ADINA-FSI,建立了埋地管道破坏分析的有限元模型,介绍了固体模型和流体模型的建模过程以及流固耦合计算过程、断层位移荷载加载和约束的实现以及模型参数选择等。依据计算结果,分析了管内介质及流速等参数对管道破坏的影响。管道内输送的介质密度和流速越大,管道越易破坏,故在埋地管道设计中应充分考虑管内介质的密度与流速。针对计算结果,提出了几点认识和建议。     

考虑流固耦合的桥墩地震反应方法

跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日-欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier-Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明:流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。     

从地气耦合讨论某些天灾预测问题

从天体作用参与下的地气耦合观点讨论了某些天灾的预测，如１９９４年珠江大洪灾的成因性预报讨论和西北地区沙尘暴的成因性预报讨论。另外还从地气耦合观点讨论了我国龙卷风地理分布与６级以上地震分布大致相重的原因     

全国首届地气耦合学术研讨会在兰州召开

由中科院兰州高原大气物理研究所主办的“全国首届地气耦合(地气相互作用)学术研讨会”于1993年9月3日至12日在兰州召开。大会共收到论文50余篇,内容涉及气象、地震、天文等多种学科。会议期间,40多位专家、教授、学者及年青有为的科技工作者,就地气耦合研究的概况、地气耦合模式、地气耦合研究的模式、土壤对地气耦合的作用、人类活动在地气相互影响过程中的作用。地气与地震     

基于模糊聚类分析的综合管廊多灾种耦合预测模型

当下综合管廊灾害防护相关的研究十分匮乏,为此,该文设计基于模糊聚类分析的综合管廊多灾种耦合预测模型,先采用基于可变模糊聚类的综合管廊灾种样本聚类方法,将综合管廊中多个类型的灾种样本实施聚类;然后基于聚类后的灾种样本,通过基于模糊数学的多灾种耦合度模型,获取多个灾种之间的耦合关系;最后采用多灾耦合致灾风险预测方法实现综合管廊多灾种耦合预测。