爆轰波与激波对撞的实验研究

对乙炔氧气混合气体中爆轰波与激波的正面对撞现象的实验研究是以高速摄影获取两波对撞的x-t纹影图,以烟迹板记录对撞中的爆轰胞格图案,并基于激波理论和经典CJ爆轰理论求解了两波对撞的稳态解并探寻其规律. 研究发现透射波系包括一道激波和爆轰波,以及紧随爆轰波后的稀疏波区,这一结果对应于一维理论分析中的CJ解. 透射波系基本不受初始压强影响;初始温度也只成比例地改变流场整体速度,温度越高,速度越快;对波系起实质影响作用的是入射激波强度,激波越强,则整个透射流场呈现偏向激波的趋势;理论分析还指出,稀疏波区的出现不可避免,当激波强度趋于声波稀疏波区趋于消失,激波越强则疏波区趋于扩大. 两波对撞存在一个有限的转变阶段,透射爆轰首先减缓,接着迅速迸发为过驱爆轰,然后再逐渐平衡为CJ爆轰. 对于强不稳定的燃气,对撞后爆轰波在空间上的发展极不均衡,一些区域发生火焰面与诱导激波的严重脱离,随后的火焰面失稳发展为诱导激波区内的爆轰波,实验观察到了这种爆轰在烟迹板上留下的极为精细的迹线.      

激波与爆轰波对撞的数值模拟研究

用二阶精度NND差分格式和改进的二阶段化学反应模型模拟了爆轰波与激波的对撞过程,研究了不同强度入射激波对爆轰过渡区域的影响. 当对撞激波较弱时,透射爆轰波演变主要受流动膨胀作用的影响,可划分为对撞影响区、爆轰恢复区和稳定发展区3个阶段. 在爆轰恢复区和稳定发展区,前导激波压力经历一个过冲、然后向稳定爆轰过渡的过程,表现了爆轰波熄爆和再起爆的物理特征. 当对撞激波较强时,可燃混合气体的高热力学参数导致了更高的化学反应活化程度,形成了弱爆轰向稳定爆轰的直接转变.      

爆轰波与激波对撞爆轰状态演化机理研究

对当量比氢氧混合气体中爆轰波与激波的正面对撞过程进行了二维数值研究. 采用了二阶精度NND差分格式与改进的两阶段化学反应模型,并以数值x-t纹影图以及烟迹图记录了对撞过程. 数值研究表明,透射爆轰波受到膨胀影响首先会衰减,甚至产生局部解耦现象;然后由于三波点的碰撞又能再次重新耦合. 在爆轰波对撞过程中,由于燃烧不均匀性而产生的弱横波对爆轰胞格的形成起着重要作用.      

爆轰波透射孔栅形成的高速爆燃波的结构和行为

以实验为主,研究光滑直管中乙炔氧气爆轰波透射孔栅形成的高速爆燃波结构和行为。实验以基于纹影平台的高速转鼓摄影记录孔栅下游近场内初始爆燃波的结构和发展,并以压力传感器跟踪其后继走向。研究发现,高速爆燃波是前驱激波和火焰的组合结构,随着初始压力的提升,它分别表现为紧随于前驱激波的层流和湍流燃烧火焰。入射爆轰胞格尺度小于或与孔栅扰动尺度相当时,湍流燃烧在下游近场迅速形成;层流结构的爆燃波通常无法抵制背景稀疏波而走向衰弱,而湍流燃烧结构可发生加速和向爆轰的转捩;他们之间存在一个不稳定的临界状态,高速爆燃波得以以0.5~0.6倍CJ爆轰速度传播较长距离,这一状态对应于双间断Rankine-Hugoniot关系的等容燃烧解。     

激波诱导火焰失稳与爆轰的条件研究

采用九阶WENO和十阶中心差分格式数值求解激波与火焰作用过程,考察了激波强度、火焰尺寸对激波与球形火焰作用过程的影响。结果表明,增大激波强度或火焰尺寸均可在流场中引发爆轰,但激波强度的影响更大,并且其引发的爆轰可使火焰迅速膨胀,放热率提高,从而影响燃烧特性;此外,爆轰波传播过程中会迅速消耗可燃预混气,合并原有的反射激波,并在流场中形成局部高压区,极大地改变流场结构。     

圆球诱发斜爆轰波的数值研究

斜爆轰发动机是飞行器在高马赫数飞行条件下的一种新型发动机,具有结构简单、成本低和比冲高等优点.但是斜爆轰发动机的来流马赫数范围广,来流条件复杂,为实现斜爆轰波的迅速、可靠引发,采用钝头体来诱发.利用Euler方程和氢氧基元反应模型,对超声速氢气/空气混合气体中圆球诱导的斜爆轰流场进行了数值研究.不同于楔面诱发的斜爆轰波,球体首先会在驻点附近诱发正激波/爆轰波,然后在稀疏波作用下发展为斜激波/爆轰波.模拟结果显示,经过钝头体压缩的预混气体达到自燃温度后,会出现两种流场:当马赫数较低时,由于稀疏波的影响,燃烧熄灭,钝头体下游不会出现燃烧情况;而当马赫数较高时,燃烧阵面能传到下游.分析表明,当钝头体的尺度较小时,驻点附近的能量不足以诱发爆轰波,只会形成明显的燃烧带与激波非耦合结构;当钝头体的尺度较大时,流场中不会出现燃烧带与激波的非耦合现象,且这一特征与马赫数无关.通过调整球体直径,获得了激波和燃烧带部分耦合的燃烧流场结构,这一流场结构在楔面诱发的斜爆轰波中并不存在,说明稀疏波与爆轰波面的相互作用是决定圆球诱发斜爆轰波的关键.     

爆轰波通过扩张喷管的双曝光全息实验和数值研究

结合实验和数值模拟方法,对以脉冲爆轰发动机为背景的爆轰波通过扩张喷管的流动进行了系列研究。实验采用双曝光全息干涉方法对爆轰波绕射流场进行测量,得到了比传统的纹影法更清晰和可定量化的照片。发展了基于非结构四边形网格自适应有限体积程序,结合基元化学反应模型对扩张喷管中爆轰化学反应流场进行了数值模拟,模拟结果与实验照片吻合较好。实验和数值模拟结果表明,爆轰波绕射具有许多和激波绕射不同的流场特征,其中包括二次起爆现象、化学反应面与前导激波相脱离而引起的复杂流场等,同时初始压力和扩张角度变化也对爆轰波绕射过程产生较大影响,初始压力越低,化学反应区和前导激波分离现象越明显,且前导激波的曲率越大。     

气相爆轰波冲击气固界面的透反射特性

为了研究气相爆轰波冲击气固界面过程中透射波和反射波的相关特性,建立爆轰波冲击气固界面的一维理论模型,对不同初始压力条件下爆轰波到达气固界面后的界面两侧的压力和界面速度变化进行分析。利用时空守恒元求解元方法对气相爆轰波冲击气固界面过程进行数值模拟,分析气体部分反射波的压力分布和速度变化规律及透射入固体中应力波的波形和波速特征,并搭建气相爆轰波冲击活塞实验装置进行进一步验证。结果表明:气体爆轰波到达气固界面后,在固体中透射指数形式的弹性波,并在界面处向气体区反射一道激波。爆轰波后的稀疏波与反射激波相交,削弱反射激波,最终形成稳定激波回传。气固界面在稀疏波和反射稀疏波的作用下,压力和速度逐渐下降,最终也形成稳定状态。在不同混气初始压力情况下,爆轰波冲击过程中产生的最高压力和爆压的比值基本保持不变。理论模型对特征点相关物理量的计算值和实验数据符合的较好。     

气相爆轰波在半圆形弯管中传播现象的实验研究

对气相(2H2/O2/Ar系统)爆轰波在半圆形弯管中的传播现象进行实验研究。用烟迹膜记录了弯管中爆轰波的胞格结构,采用压电传感器测量了沿弯管内外母线指定点的压力时间曲线,得到了爆轰波沿弯管内、外母线的平均速度和胞格尺寸的变化。结果表明:当平面爆轰波进入弯管后,受壁面的几何形状作用,诱导激波阵面发生弯曲。沿诱导激波阵面,自内母线到外母线方向,激波强度逐渐增大。同时,爆轰波后的化学反应区也受到影响,胞格尺寸发生较明显的变化。在本文条件下,当初压p08.00kPa,受扰动的爆轰波在弯管出口下游仍恢复为强度不变的稳定爆轰。胞格记录的三波点迹线表明:受扰动的爆轰波在出口段发生了马赫反射。实验结果还表明:当p0降至5.33kPa,平面稳定爆轰波经过半圆形弯管后,其强度发生衰减并直至出现熄灭。     

可燃气体中激波聚焦的点火特性

数值模拟了二维平面激波从抛物面上反射在可燃气体中聚焦的过程，研究了形 成爆轰波的点火特性. 对理想化学当量比氢气/空气混合气体，在初始压强20kPa的条件下， 马赫数2.6-2.8的激波聚焦能产生两个点火区：第1个点火区是反射激波会聚引起的，第 2个点火区是由入射激波在抛物面上发生马赫反射引起的. 这种条件下流场中会出现爆燃转 爆轰，起爆点分别分布在管道壁面、抛物反射面和第2点火区附近. 起爆机理分别为激波管 道壁面反射、点火诱导激波的抛物面反射和点火诱导的激波与第2点火区产生的爆燃波的相 互作用. 不同的点火和起爆过程导致了不同的流场波系结构，同时影响了爆轰波传播的波动 力学过程.     

汶川地震滑坡与地震参数及地质地貌因素之间的相关关系

采用大涡模拟方法,模拟了槽道湍流,得到了不同雷诺数下槽道湍流的结果. 在此基 础上,研究了平均速度、雷诺应力、脉动动能和脉动速度均方根的分布;讨论了平均速度的 壁面律问题;给出了雷诺应力、脉动动能和脉动速度均方根随雷诺数的变化规律,其中雷诺 应力、脉动动能给出了定量公式.     

地震诱发滑坡复活机制的FLAC3D 数值模拟分析

地震是影响斜（边）坡、滑坡稳定性的主要因素之一。白龙江上某大型滑坡经顺层斜坡发生倾倒变形而成,天然状态下处于基本稳定状态,在“5.12″汶川地震作用下,该滑坡有整体复活迹象,其后缘周界形成了连续贯通的拉裂缝、错动台阶,尤其是滑坡下游区变形拉裂较明显。本文以该滑坡在地震作用下发生复活为例,在分析滑坡所处的区域地质条件的基础上,详细研究了滑坡的基本特征以及地震作用导致滑坡复活的现象、特征,然后利用FLAC^3D 软件内置动力分析模块对该滑坡复活机制进行了分析、研究。数值分析表明,地震作用下滑坡变形破坏受坡体形态的影响较显著,滑坡对地震波具有明显的放大效应; 同一地震动条件下,滑坡体相对周边处于稳定状态基岩边坡对地震更为敏感。这较好地解释了“5.12″汶川地震作用下,该滑坡的复活原因。     

汶川地震后四川省巴州区地质灾害特征研究

5•12汶川大地震震后,对四川省巴州区次生地质灾害应急调查表明,地质构造和地形地貌是巴州区地质灾害形成的主导因素,降雨是地质灾害的主要诱发因素。巴州区主要的地质灾害类型为崩塌和滑坡,其中崩塌的危害性较大。现场调查表明,巴州区崩塌地质灾害类型以岩质崩塌为主,滑坡地质灾害类型以残积层滑坡为主,主要分布在构造侵蚀中低山和侵蚀剥蚀桌状低山地貌区。5•12汶川地震对潜在的崩塌危岩体的稳定性有不良的影响。     

汶川大地震触发地质灾害的断层效应分析

“5·12”汶川大地震(Ms=8.0)触发了数以万计的崩滑地质灾害,分布范围约10万km2。这些地质灾害的空间分布固然受地形地貌、地层岩性和人类工程活动等因素的影响,然而主要还是受到发震断层的控制,沿发震断裂呈带状分布。通过都(江堰)—汶(川)路、北川—安县、马公—红光3个地质灾害集中发育区的研究,发现汶川地震地质灾害具有以下断层效应：（1）由于属逆断型发震,地质灾害的分布表现出了明显的"上/下盘效应",发震断层上盘较下盘地质灾害分布密度高、范围广、规模大;（2）断层上盘0~7km范围为地质灾害强发育区,断层上盘7～11km范围和下盘0～5km范围为地质灾害中等发育区;绝大多数的大型滑坡都分布在距断层5km范围内;（3）断裂的转折和错列部位是地质灾害集中发育部位,大型地质灾害也往往发生在这些部位;（4）滑坡滑动的优势方向为NW-SE, 与映秀—北川断裂的空间展布方向基本垂直,这与地震波垂直于断层方向传播有密切的关系;（5）地震地质灾害主要集中发育在Ⅸ度及其以上烈度的区域。其中,Ⅺ度区发育密度与Ⅹ度区的基本相当,Ⅸ度区灾害密度只有前两者的1/3,而Ⅷ度区发育密度只有Ⅺ度区或Ⅹ度区的1/10。     

汶川震区北川县城泥石流源地特征的遥感动态分析

针对一种充气前缘(inflatable leading edge, ILE)增升技术,建立了其充气结构与流场耦合作用的运动方程. 将方程写成状态空间形式, 采用时域推进方法求解. 对使用了变前缘增升技术的NACA 63-212翼型进行了充气结构静变形的数值计算,结果表明充气结构的刚度对翼型的气动特性 有明显影响. 与原翼型相比,在不考虑充气结构变形时, 该增升技术大约能使翼型的失速迎角 增加30{\%},最大升力系数增加22{\%};考虑结构变形后增升效果有所降低. 刚度较低的薄 膜在前缘吸力峰的作用下会隆起形成鼓包,容易引起流动分离.     

汶川大地震山地灾害发育的控制因素分析

汶川大地震震后地质灾害调查结果表明,龙门山山地灾害无论是空间分布还是在剖面分布上均具有明显的不均一性：平面上集中在发震断裂及非发震断裂及其附近,剖面上集中在坡顶、坡折及孤立的突出地形上;运动形式具有加速起飞-滑翔-俯冲着陆三阶段。主要受控因素有发震断裂、高烈度、地震持续时间、斜坡地形效应、岩性及结构等。     

龙门山地震带的地质背景与汶川地震的地表破裂

龙门山位于青藏高原与扬子地台之间, 系由一系列大致平行的叠瓦状冲断带构成, 自西向东发育汶川—茂汶断裂、映秀—北川断裂和彭县—灌县断裂,并将龙门山划分为3个构造地层带,分别为变形变质构造地层带（主要由志留系—泥盆系浅变质岩和前寒武系杂岩构成）、变形变位构造地层带（主要由上古生界—三叠系沉积岩构成）、变形构造地层带（主要由侏罗系至第三系红层和第四纪松散堆积构成）。
龙门山断裂带属地震危险区,3条主干断裂皆具备发生7级左右地震的能力,其中映秀—北川断裂是引发地震的最主要断层,据对彭县—灌县断裂青石坪探槽场地的研究结果表明,在该断裂带上最晚的一次强震发生在930±40a.B.P.左右,据此,可以初步判定,这3条主干断裂的单条断裂上的强震复发间隔至少应在1000a左右,表明龙门山构造带及其内部断裂属于地震活动频度低但具有发生超强地震的潜在危险的特殊断裂,以逆冲-右行走滑为其主要运动方式。
汶川地震属于逆冲—走滑型的地震,地表破裂分布于映秀—北川断裂带和彭县—灌县断裂带上。根据近南北向的断裂（小鱼洞断层、擂鼓断层和邓家坝断层）和地表断距可将映秀—北川断层的地表破裂带划分为两个高值区和两个低值区,两个高值区分别位于南段的映秀-虹口一带和位于中北段的擂鼓—北川县城—邓家坝一带;两个低值区分别位于中南段的白水河—茶坪一带和北段的北川黄家坝至平武石坎子一带,两个高值区分别与小鱼洞断层和擂鼓断层相关。根据保存于破裂面上的擦痕,可将该地震破裂过程划分为两个阶段,早期为逆冲作用,晚期为斜向走滑作用,其与地壳增厚构造模式和侧向挤出摸式在青藏高原东缘的推论具有不吻合性。鉴于龙门山的表层运动速率与深部构造运动速率具有不一致性,初步探讨了龙门山地区的地表过程与下地壳流之间的地质动力模型,认为下地壳物质在龙门山近垂向挤出和垂向运动,从而造成导致龙门山向东的逆冲运动、龙门山构造带抬升和汶川特大地震。在此基础上,根据汶川地震所引发的地质灾害,对地震灾后重建提出了的几点建议。     

汶川八级地震地质灾害研究

汶川地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流,估计直接造成2万人死亡。地质灾害隐患点达10000余多处,以崩塌体增加最为显著,反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著。通过综合分析堰塞湖库容、滑坡坝高以及坝体物质组成和结构,对地震形成的33处坝高大于10m的滑坡堰塞湖进行了评估,划分出极高、高、中和低4种溃决危险。汶川地震滑坡滑床往往不具连续平整的滑面,"尖点撞击"是极震区滑坡的一大共性,可以分为勺型滑床、凸型滑床和阶型滑床等类型。据实地调查,滑坡附近震毁建筑物垂向震动非常明显,具有"地震抛掷"—"撞击崩裂"—"高速滑流"三阶段特征。在高速滑流中,发生3种效应:(1)高速气垫效应,滑坡体由较大块石和土构成,具有一定厚度,飞行行程可达1~3km;(2)碎屑流效应,撞击粉碎的土石呈流动状态,特别是含水丰富时,形成长程流滑;(3)铲刮效应,巨大撞击力导致下部岩体崩裂,形成新滑坡、崩塌,但是,其厚度不大,滑床起伏不平。本文以北川城西滑坡和青川东河口滑坡为例,分析了地震滑坡高速远程滑动及成灾机理。北川县城城西滑坡导致1600人被埋死亡,数百间房屋被毁,是汶川地震触发的最严重的滑坡灾难,举世罕见。青川东河口滑坡—碎屑流是汶川地震触发的较为典型的高速远程复合型滑坡,滑程约2400m,高速碎屑流冲抵清江河左岸,形成滑坡坝,致使7个村庄被埋,约400人死亡。     

汶川特大地震中山岭隧道变形破坏特征及影响因素分析

汶川大地震造成位于震中附近的都江堰-汶川公路多座隧道严重受损。本文通过现场调研、资料收集与分析,将地震区山岭隧道变形破坏的基本类型概括为洞口边坡崩塌与滑塌、洞门裂损、衬砌及围岩坍塌、衬砌开裂及错位、底板开裂及隆起、初期支护变形及开裂等。分析其影响因素,认为发震断裂的次级断层、基覆界面、洞口不稳定斜坡、高地应力环境下的软弱围岩对隧道强烈震害具有控制作用。以汶川地震给予隧道抗震的启示,建议强震区的山岭隧道应将洞口边坡防护、洞口明洞和洞门结构作为一个系统进行综合设计,在条件允许的情况下尽可能采用削竹式洞门结构;隧道穿越活动断裂带的次级断层时在其两侧一定范围内二次衬砌应采用钢筋混凝土结构;基覆界面、围岩软岩与硬岩之间的过渡地带、围岩质量突变地带等应采用改善围岩力学性质且让其渐变的措施进行处理。     

三维激光扫描测量在汶川地震后都汶公路快速抢通中的应用

都（江堰）汶（川）公路是一条高等级山区公路,同时是连接都江堰与汶川县城的主要干道,溯岷江而北上,全长108km。强烈的汶川地震导致了公路两侧大量崩塌、滑坡等地质灾害发生,严重阻断了交通生命线,由于公路沿线河谷狭窄、山高坡陡、表部岩石破碎,又适逢雨季来临,崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害为震后抢险救灾及地质调查工作带来极大挑战。本文通过三维激光扫描测量技术在都汶公路快速抢通中的应用,讨论其在抢险救灾快速反应中与传统地质调查方法相结合的适用性与可行性,从中不难看出该项技术具有精度高、速度快、真实反映原型并能快速提取相关信息,其势必成为传统地质调查方法的有益补充。