基于Hoek-Brown的岩石横观各向同性屈服准则研究

为了描述岩石强度的各向异性特征,通过引入材料的微结构张量,考虑单轴抗压强度σ_cβ随层理倾角β而变化,提出了基于微结构张量的修正Hoek-Brown屈服准则。开展不同层理倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)的页岩试样不同围压(0、5、10、15和20 MPa)下的三轴压缩试验,结果显示,页岩峰值强度与层理倾角β呈"U"形曲线关系,在围压较低时呈"肩"形曲线关系,弹性模量E_t和泊松比ν对围压不敏感,其平均值随层理倾角β的变化关系分别呈倒"U"形、"肩"形。页岩的微观和宏观破坏图像表明,其破坏模式受围压和层理倾角双重控制。试验值与模型预测值的对比表明,修正的Hoek-Brown屈服准则可较好地对页岩强度的各向异性进行模拟。同时,采用Koteshwar千枚岩、Koteshwar板岩、绿泥石片岩等层状结构岩石的单轴和三轴压缩试验数据,进一步验证了提出的修正Hoek-Brown屈服准则对多数具有层理结构的横观各向同性岩石峰值强度模拟具有普遍适用性,并对屈服准则在试验数据较多和较少情况下的峰值强度模拟效果进行了评价。     

青海东昆仑洪水河铁矿床新元古代含铁建造铁同位素特征及其成因意义

青海省东昆仑造山带洪水河铁矿床为一中型铁矿床,其含铁建造产于狼牙山组千枚岩中,矿石类型主要为块状磁铁石英岩型,少量为条带状磁铁石英岩型,前人一般认为其属于沉积变质型铁矿床。本文在前人研究基础上,对洪水河铁矿区含铁建造中块状铁矿石进行了铁同位素、主量元素、稀土元素和微量元素分析。结果显示：除1件样品外,其余含铁建造样品的铁同位素δ56FeIRMM014均介于0.97‰~1.97‰之间,和全球典型新元古代含铁建造的Fe同位素特征基本一致;铁矿石的SiO₂+Fe₂O₃质量分数高达78.56%~98.06%,具有极低的Al/(Al+Fe+Mn)值（0.00~0.06）,为典型的化学沉积岩;总稀土元素（w (∑REE)）变化范围为(16.49~80.89)×10^-6,没有明显的Ce异常(Ce/Ce*为0.93~1.05),轻稀土元素轻微亏损,显示出类似新元古代含铁建造型的特点。综合对比洪水河铁矿区含铁建造的Fe同位素组成、沉积时代和地球化学特征,推断洪水河铁矿区含铁建造的沉积环境为新元古代柴达木—东昆北陆块的被动大陆边缘构造环境,铁等成矿物质主要来源于海相热液流体;富含Fe²+的海相热液流体上涌并逐渐演变为低温热液后在亚氧化水体环境中与含氧海水混合,最后导致Fe²+被部分氧化并形成氢氧化铁,氢氧化铁逐渐沉积在大陆斜坡上最终形成含铁建造。洪水河铁矿的成因类型可划归为拉皮坦型新元古代含铁建造。     

深切河谷水文地质结构类型

为有效防治水电水利工程建设和营运过程中可能遭遇的水文地质问题,本文以岩体工程地质力学理论为指导,在已有国内外岩体结构、水文地质结构认识的基础上,提出了深切河谷水文地质结构的概念。针对中国水电工程建设的主战场——西部深切河谷区地质环境特征,总结归纳出岸坡型、顺河型、跨河型、区域型4大类深切河谷水文地质结构及其特征表现,并初步阐述了各类河谷水文地质结构对相应水电工程建设项目工程水文地质问题的控制机理。     

考虑水文变异的黄河干流河道内生态需水研究

气候变化及人类活动导致水文变异,变异前后样本总体分布显著不同,即改变了当地生态系统的水文状况,打破生态平衡。本文使用滑动秩和检验(Mann-Whitney U检验) 分析水文变异,并对水文变异成因做了系统的分析。在此基础上,对变异前各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数,求出概率密度最大流量,并将其视为相应月河道内生态流量。本文用该法计算黄河干流7 站各月河道内生态流量,即得河道内生态需水情况。分析表明,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法是可行的;水文变异后,黄河流域干流各水文站满足生态需水的频率大大降低,汛期降低幅度比非汛期大;黄河生态系统水环境恶化的主要原因是人类活动。     

当代气候变化的主要特点、关键问题及应对策略

总结归纳了当代气候变化的主要特点和基本规律,并从能量角度分析了全球气候变化的原因和气候变暖的本质驱动力。同时,还提出了目前气候变暖中几个值得重点关注的问题,讨论了为何要更加重视气候变暖的不利影响及其不利影响的深刻性和广泛性,并从长远发展和短期现实角度对目前科学应对气候变暖做了一些初步思考。     

夏季强沙尘暴内部热力动力特征的个例研究

根据对流体在热低压条件下激发强沙尘暴的机理,并应用Rennó和Ingersoll于1996年提出的热机自然对流理论,对2004年7月12日甘肃省酒泉基准站发生的强沙尘暴内部动力热力结构进行了探讨。结果表明:①在沙尘暴发生前的一小时大气底层处于干热状态,垂直方向巨大的温度梯度有利于干对流发展。②激发强沙尘暴的对流体的切向旋转速度和垂直运动速度的大小,很大程度上决定了沙尘暴的强弱。③利用酒泉站探空资料计算出的沙尘暴对流体的最大切向旋转速度为11.4 m·s-1,垂直运动速度为14.0 m·s-1;地面沙尘暴观测系统记录的平均环境风速仅为5.5 m·s-1,瞬间最大风速只9.3 m·s-1。     

稀疏植被地表反照率及土壤热传导率特征研究

利用“敦煌试验”稀疏植被站2002年典型晴天的资料,分析了与地表能量平衡最密切的两个参数：地表反照率和土壤热传导率的特征。分析发现稀疏植被下垫面的地表反照率日变化具有明显的不对称特征,这与以往在戈壁或沙漠上的地表反照率的研究明显不同,这可能是由于早晨的露水造成的。另外分别用定义法和加权平均法分别计算得到典型晴天敦煌稀疏植被的平均地表反照率基本为0.25,两种方法计算得到的地表反照率非常接近,得到的地表反照率的值与敦煌戈壁的值较接近,但比“黑河试验”的结果大。这也从一个侧面反映出稀疏植被区是一个气候敏感区。得到的稀疏植被下垫面的地表反照率应该可以作为遥感反演和陆面过程模式的一个参考值。另外还得到了敦煌稀疏植被干燥土壤的热传导率的平均值为0.20 W\5m-1\5K-1,在晴天,干燥土壤的执传导率基本分布在0.164~0.24 W\5m-1\5K-1范围内,平均值与敦煌戈壁2.5 cm处的土壤执传导率接近,但稍大一些;比“黑河试验”在戈壁观测的值小近一倍,而比权威的文献给出的干燥沙漠的值要小一些。     

高原地区农作物水热指标与特点的研究进展

通过对作物农业气象条件鉴定、作物农业气象试验研究、作物生态气候适应性分析和作物农业气候区划以及农业气象灾害调查记载对比评估分析等手段, 整理和总结了髙原地区7种粮食作物、6种经济作物、6种特色作物、7种瓜果作物和4种中药材等共计30种农作物水热指标以及冬小麦和春小麦土壤水分指标. 高原地区作物水热指标具有4个明显特点, 釆用不同积温界限值来确定不同作物属性热量指标, 喜凉、中性、喜温和喜热作物分別釆用≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃和≥15 ℃积温界限值作热量指标. 不同温度带作物适宜的热量指标差异明显, 有随温度带愈冷凉作物热量指标呈偏低的趋势. 不同水分气候区作物水分指标差异较大, 有随湿润度增加作物水分指标呈递减的趋势. 作物水热指标随气候变化而发生缓慢变化, 气候变暖使作物全生长期延长, 对同一熟性品种而言, 需要热量指标比变暖前有提高趋势; 气候变干使作物水分指标有增加趋势. 农作物水热指标是衡量作物适生种植的重要标准, 是引种、作物布局、栽培管理、髙产优质安全生产的重要科学依据, 是气象为农业服务必不可少的基础资料, 也是服务工作的前提.     

太湖风浪场的计算与比较

首先探讨了浅水风浪数值模型—SWAN模型应用于模拟内陆湖泊风浪生成和传播变形时的特点。该模型存在不能有效地模拟近固壁边界处风浪场的缺点,以能正确地模拟湖区的风浪场和节约计算时间为原则,确定了计算范围。对太湖进行了风场和风浪场的现场观测。分别利用规范公式和SWAN模型两种方法、根据观测和预报的风场计算了湖区的有效波高,并将计算结果和现场观测值进行了详细比较。结果表明基于观测的风场,利用两种方法所计算的太湖风浪场的精度基本相当;在根据观测的风场、利用SWAN模型计算内陆湖泊的风浪场时,需要精心选择恰当的风场;在根据预报的风场预报湖区风浪场时,SWAN模型的精度要高于规范公式的精度。     

基于分形理论的灌溉水有效利用系数空间尺度变异

基于2010 年度广东省75 处样点灌区的实测资料和遥感图像, 应用分形理论, 采用网格盒维数法计算了各样点灌区盒维数, 结果表明:广东省灌区具有明显的分形特征, 盒维数介于1.0004~1.675 之间, 分维数均值为1.308, 形状指数均值为0.335, 都随灌区规模呈同步减小趋势。不同规模灌区盒维数大型灌区(1.442) > 中型灌区(1.287) > 小型灌区(1.195)。灌溉水有效利用系数与空间分形特征诸因子中以非空网格对数值最高, 相关性达到0.941。基于此, 建立了不同网格尺度下的灌区面积与灌溉水有效利用系数和盒维数空间尺度变异函数。同时, 从影响灌溉水有效利用系数的众多因素中, 选取了工程评价值、盒子维数、灌区形状指数、参考作物蒸发蒸腾量ET0 和当年降水量5 项指标进行了空间格局影响因素分析, 结合灰关联计算结果表明:空间各影响因素中以工程评价因子的关联度最高, 达到0.8478, 其次为形态特征因子, 自然气象因子影响最小。尝试利用分形理论为不同面积尺度灌区灌溉水有效利用系数的空间变异规律分析和尺度转换提供一种新的思路, 该结果对于指导灌区投资改造和规划建设, 具有较强的理论和应用价值。