一种模拟非均匀介质中弹性波传播新的k-space方法          下载免费PDF全文

黄继伟  刘洪 《地球物理学报》2020,63(8):3091-3104

传统的伪谱(PS)方法,采用傅里叶变换(FT)计算空间导数具有很高的精度,每个波长仅需要两个采样点,而时间导数采用有限差分(FD)近似因而精度较低.当采用大时间步长时,由于时空精度不平衡,PS法存在不稳定性问题.原始的k-space方法可以有效地克服这些问题但是却无法适用于非均匀介质.为了提高原始k-space方法模拟非均匀介质波动方程的精度,我们提出了一种新的k-space算子族.它是用非均匀介质的变速度代替原k-space算子中的常数补偿速度构造得到,引入低秩近似可以高效求解.我们将构造的新的k-space算子应用于耦合的二阶位移波动方程,而不是交错网格一阶速度应力波动方程,使模拟弹性波的计算存储量减少.我们从数学上证明了基于二阶波动方程的k-space方法与基于一阶波动方程的k-space方法是等价的.数值模拟实验表明,与传统的PS、交错网格PS和原始的k-space方法相比,我们的新方法可以在时间和空间步长较大的均匀和非均匀介质中,为弹性波的传播提供更精确的数值解.在保持稳定性和精度的同时,采用较大的时空采样间隔,可以大大降低数值模拟的计算成本.  相似文献   

南海东北部内潮的模态结构和传播     

刘倩  谢晓辉  尚晓东  陈桂英  汪宏 《海洋学报(英文版)》2019,38(9):12-23

The evolution of energy, energy flux and modal structure of the internal tides(ITs) in the northeastern South China Sea is examined using the measurements at two moorings along a cross-slope section from the deep continental slope to the shallow continental shelf. The energy of both diurnal and semidiurnal ITs clearly shows a～14-day spring-neap cycle, but their phases lag that of barotropic tides, indicating that ITs are not generated on the continental slope. Observations of internal tidal energy flux suggest that they may be generated at the Luzon Strait and propagate west-northwest to the continental slope in the northwestern SCS. Because the continental slope is critical-supercritical with respect to diurnal ITs, about 4.6 kJ/m~2 of the incident energy and 8.7 kW/m of energy flux of diurnal ITs are reduced from the continental slope to the continental shelf. In contrast, the semidiurnal internal tides enter the shelf because of the sub-critical topography with respect to semidiurnal ITs.From the continental slope to the shelf, the vertical structure of diurnal ITs shows significant variation, with dominant Mode 1 on the deep slope and dominant higher modes on the shelf. On the contrary, the vertical structure of the semidiurnal ITs is stable, with dominant Mode 1.  相似文献   

Modelling of viscoacoustic wave propagation in transversely isotropic media using decoupled fractional Laplacians     

Zhihao Qiao  Chengyu Sun  Jie Tang 《Geophysical Prospecting》2020,68(8):2400-2418

A new wave equation is derived for modelling viscoacoustic wave propagation in transversely isotropic media under acoustic transverse isotropy approximation. The formulas expressed by fractional Laplacian operators can well model the constant-Q (i.e. frequency-independent quality factor) attenuation, anisotropic attenuation, decoupled amplitude loss and velocity dispersion behaviours. The proposed viscoacoustic anisotropic equation can keep consistent velocity and attenuation anisotropy effects with that of qP-wave in the constant-Q viscoelastic anisotropic theory. For numerical simulations, the staggered-grid pseudo-spectral method is implemented to solve the velocity–stress formulation of wave equation in the time domain. The constant fractional-order Laplacian approximation method is used to cope with spatial variable-order fractional Laplacians for efficient modelling in heterogeneous velocity and Q media. Simulation results for a homogeneous model show the decoupling of velocity dispersion and amplitude loss effects of the constant-Q equation, and illustrate the influence of anisotropic attenuation on seismic wavefields. The modelling example of a layered model illustrates the accuracy of the constant fractional-order Laplacian approximation method. Finally, the Hess vertical transversely isotropic model is used to validate the applicability of the formulation and algorithm for heterogeneous media.  相似文献   

煤体静载破坏微震、电磁辐射及裂纹扩展特征研究     

艾迪昊  李成武  赵越超  李光耀 《岩土力学》2020,41(6):2043-2051

为研究型煤在单轴压缩破裂过程中产生的微震、电磁辐射信号与裂纹演化特征的对应关系，利用自主设计的低噪声静态加载试验系统，对0～0.25、0.25～0.5、0.5～1.0、1～2 mm共4种不同粒度的型煤进行了单轴压缩破坏试验，同步采集了煤样破坏过程中的微震、电磁辐射信号及破坏视频图像，提出了一种煤体裂纹快速提取方法并计算了型煤裂纹面积的变化规律。研究结果表明：型煤在单轴压缩过程中产生的微震、电磁辐射信号及裂纹面积在时域上具有良好的同步性。型煤破坏过程中裂纹面积随时间变化曲线可分为4个阶段。第1阶段为压实阶段，煤样所受应力值较小，其表面的裂纹面积以极为缓慢的速率增加。第2阶段为初始破裂阶段，随着应力的增加和内部弹性势能的积聚，型煤表面裂纹面积的增加速率较压实阶段有明显提高，伴随产生许多细小裂纹。第3阶段为加速破裂阶段，随着应力继续增加以及材料内部积聚弹性能的释放，试样变形过程加速，导致裂纹面积增速进一步增大。第4阶段为卸压阶段，试样的裂纹面积达到最大值，承载能力急剧降低，发生失稳破坏。  相似文献   

三峡库区龙门寨危岩体崩塌产生涌浪研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

郑嘉豪  黄波林  张全  赵海林  冯万里  王健  陈小婷 《地质力学学报》2020,26(4):533-543

长江两岸高耸的危岩体对航道、沿岸居民带来巨大安全隐患。大宁河属于长江一级支流，龙门寨危岩体位于大宁河上，距离巫山县城仅1 km。利用FLOW-3D软件，模拟了145 m、175 m两种水位工况下龙门寨危岩体崩塌产生涌浪过程和涌浪传播过程。模拟结果表明，涌浪在145 m水位工况下最大浪高约为17.9 m，175 m水位工况下最大浪高约为11.6 m；在巫山县的五个码头处，两种水位工况最大涌浪爬高分别约为10.9 m、3.8 m；根据涌浪高度，对大宁河进行危险分区，145 m水位工况下极高危险区长度约4.4 km，很高危险区长度约1.9 km；175 m水位工况下极高危险区长度约3.0 km，很高危险区长度约1.0 km。研究结果有助于防控龙门寨危岩体潜在涌浪灾害危害，保障大宁河航道和巫山县码头安全，同时也为三峡库区滑坡涌浪灾害提供了预警依据。   相似文献   

基于GPU加速的Boussinesq类波浪传播变形数值模型     

孙家文  朱桐  房克照  刘忠波 《海洋工程》2020,38(2):111-119

Boussinesq波浪模型是一类相位解析模型,在时域内求解需要较高的空间和时间分辨率以保证计算精度。为提高计算效率,有必要针对该类模型开展并行算法的研究。与传统的中央处理器(CPU)相比,图形处理器(GPU)有大量的运算器,可显著提高计算效率。基于统一计算设备架构CUDA C语言和图形处理器,实现了Boussinesq模型的并行运算。将本模型的计算结果同CPU数值模拟结果和解析解相比较,发现得到的结果基本一致。同时也比较了CPU端与GPU端的计算效率,结果表明,GPU数值模型的计算效率有明显提升,并且伴随数值网格的增多,提升效果更为明显。  相似文献   

井喷关井水击分析及水击波速计算          下载免费PDF全文

史富全 《探矿工程》2020,47(11):37-43

油气井发生溢流或井喷后，立即关闭防喷器，关井期间防喷器需经受关井产生的水击压力作用。本文在对井喷关井水击的传播物理特征分析的基础上，推导直接关井水击压力计算公式，综合考虑井筒流体含气率、气液两相流型、固相类型等对水击波速的影响，推导水击波在气、液、固三相混合流体中传播速度计算公式，并通过算例对水击波速影响因素进行分析。计算表明水击波速对含气率变化非常敏感，钻井液含气率在0～0.001的时候，水击波速几乎是发生了突变，水击波速在含气率为0.001时仅为385 m/s，相比纯钻井液情况下降了67%，而钻井液固相含量、套管的内径和壁厚对水击波传播速度影响较小。  相似文献   

内含裂隙角的恐龙化石轴向受压数值试验及裂纹扩展机理研究          下载免费PDF全文

杜圣贤  陈军  于学峰  贾超  张尚坤  宋香锁  罗文强 《山东国土资源》2019,35(5)

面临众多古生物化石遭受风化破坏的现实,恐龙化石保护是一项世界性难题。化石的风化原因多种多样,其中化石内部裂隙是导致恐龙化石风化、破坏的重要因素。该文以岩石断裂力学为理论依据,模拟分析内含裂隙的恐龙化石在压力作用下的破坏情况。通过数值模拟的方法,进行了内含裂隙恐龙化石数值压缩试验,并对内含裂隙的恐龙化石裂纹扩展机理进行了研究。研究结果表明,随着裂隙角度增大,开裂角逐渐减小,裂隙处特别是两端应力集中,其他部位应力较低、分布均匀;裂纹扩展是从裂纹尖端起裂,最终裂纹扩展到边缘。此研究结果为揭示恐龙化石风化机理和开展保护提供了基础参考资料。  相似文献   

木本植被覆盖岸坡上波浪爬升过程的数值模拟研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

徐海珏  胡萍  白玉川  杨波 《海洋学报》2020,42(3):10-24

近岸木本植物构成的生态缓冲带作为新型的海岸软防护结构，兼具功能性和生态友好性，在沿海工程建设中愈发受到关注，如何深入开展其防护效果的机理研究是目前亟待解决的问题。本文采用数值模拟方法，在N-S方程中分别考虑树枝和树干的拖曳力影响，提出了木本植被作用下波浪沿斜坡爬升的表面波衰减的连续介质等效模型，并采用MAC法来跟踪自由曲面上的水颗粒轨迹。本文以波浪沿1/30的斜坡爬升为算例，对比讨论了有无植被作用下波浪的传播过程，并将算例结果与以往试验结果规律进行对照，验证了数值模型的有效性。最后，分别讨论了植物枝干的高度、密度、树枝倾斜角度等植被特性和波浪因素对植被消浪效果的影响，得到植被消浪的基本规律。文中的计算结果也可为实际的护岸工程和生态景观设计提供参考。  相似文献   

ENSO对MJO传播特征演变的影响          下载免费PDF全文

龙雨青  张雪莹  麦博儒 《热带气象学报》2022,38(3):410-421

利用TRMM降水和ERA-Interim温度、比湿、环流场等再分析资料, 探讨了在1998-2018年冬季年际尺度海温变化对MJO的强度、结构和传播特征的影响。主要结论如下: 通过一种追踪MJO的方法在研究时间范围内共可挑选出50个MJO事件, 其中有14个MJO事件发生在El Ni?o期间, 25个发生在La Ni?a期间, 11个发生在ENSO正常年。El Ni?o年MJO会传播至更远的中东太平洋附近, 而La Ni?a年MJO事件趋于在西太平洋地区消亡, 这主要与东太平洋地区持续的季节内尺度的经向水汽输送有关。此外, 在印度洋和太平洋地区, El Ni?o年的MJO活动更强, 而在海洋性大陆附近, La Ni?a年的MJO活动略强一些。ENSO对MJO强度的影响主要通过影响MJO对流中心东侧水汽的输送, 水汽在异常东风气流的输送下穿过对流中心东边界进入对流中心, 进而造成MJO活动强度的差异。   相似文献