土壤中的非线性地震效应：数值模拟和研究

为了研究土壤地震响应的非线性效应，进行了水平土层中垂直入射地震波传播的数值模拟。不同强度的噪声状剪切地震波和单色地震波作为输入信号。土壤行为由非线性滞后模型来描述。为了提取和研究地面响应的非线性成分，采用了非线性识别系统和地表振动的高阶谱分析方法。甚至对于弱输入信号，模拟的土壤响应也含有显著的非线性成分。由于组合频谐波的产生和发展，输入信号强度的增大会导致传播信号进一步失真。结果表明：奇数类型的非线性在土壤中最典型，比如第立方阶和第五阶非线性，会使输入信号的主频产生第3阶和第5阶的更高阶谐波。偶数阶类型的非线性，如第2阶、第4阶和第6阶，与振动的不对称性或者偏斜度有关（即地表的准静态形变），通常情况下很微弱，但某些土壤的应力一应变关系可用显著的偶数部分的函数表示的特殊情况除外。由于产生了更高的谐波，弱非线性会致使高频成分增加。若是强非线性状态，放大倍数和剪切模量的减小变得很明显，传播信号谱的改变达到最大值。因此，任意谱的输入信号转换成为E（f）～f^k形谱的输出信号，其中k取决于介质特性。     

爆破地震动效应的数值模拟分析

爆破设计中,场地条件复杂时经验公式的应用受到一定限制。本文采用波动有限元分析方法,研究复杂场地条件下工程爆破时场地的地震动效应,研究爆破地震动特征及衰减规律。根据某重点工程场地岩土参数的原位测试和试验结果,用自行研制的软件包进行场地爆破地震动效应的数值模拟分析,为工程爆破设计及施工前建筑物、仪器设备的加固提供了依据。施工试爆实测结果与本文数值模拟分析给出的结果一致,说明本文方法是可行的,对其它工程也有借鉴作用。     

三峡水库蓄水后等效应力场的数值模拟和胡家坪M_S4.1地震的孕震机理

利用有限元方法,在三峡水库172m试验性蓄水后发生胡家坪MS4.1地震的大背景中,建立了三峡库首区三维线弹性有限元模型。计算得到了172m水位相对于蓄水前库首区地壳8km深度处的等效应力场,与该地区同期流动重力场异常分布特征基本一致。在此基础上,将蓄水后等效应力场的变化与胡家坪MS4.1地震对比后发现,本次地震发生在等效应力递增区与递减区的梯度带上。分析认为,这样的地段等效应力变化明显,是应力应变积累和构造活动强烈的部位,加之处于仙女山断裂的北端段,容易促使断裂失稳错动而引发地震活动。     

沙漠-绿洲陆-气相互作用和绿洲效应的数值模拟

本文利用一个已发展的陆面过程参数化方案与大气边界层模式耦合,模拟了半干旱区绿洲戈壁非均匀下垫面的陆面过程及其与大气边界层的相互作用,给出了“绿洲效应”这一自然现象垂直剖面上更为清晰、准确和细致的结构特征.数值模拟的结果与早前的许多观测实验结论相吻合,即“绿洲效应”具有明显的“冷岛效应”和“湿岛效应”;它表现为在绿洲区域比戈壁沙漠区域环境温度低、湿度大、湍流动能输送弱,具有下沉气流而导致与周围戈壁沙漠区域产生水平输送环流.而更加细致地研究这些现象对于深入了解绿洲气候的形成和绿洲的维持机理具有重要的意义.     

汶川Ms8.0地震同震效应的三维非线性数值模拟分析

基于多学科的研究成果,充分考虑对地质构造运动和地震活动起着重要作用的活动断裂,采用接触摩擦分析理论处理活动断裂的力学特征,建立了川滇地区活动断裂三维非线性有限元模型.模型中包含的22条活动断裂均采用接触摩擦单元处理,整个3-D模型划分为单元37233个,节点10469个.     

三峡库区人居环境气候适宜性

运用GIS技术,在充分考虑气温、湿度、风速以及日照等条件下,计算了1995年1月至2010年12月三峡库区22个气象站点的温湿指数和风效指数及其时空分布,对三峡库区人居环境气候适宜性的总体分布趋势进行分析.并以2003年6月三峡工程一期蓄水作为时间中点,分析了三峡工程蓄水前后库区人居环境气候适宜性变化,同时对库区水位与气象要素的相关性进行定量分析.结果表明:从11月到翌年3月,库区气候偏冷,属于较不舒适人居环境;夏季的6-9月,整个库区气候偏热,属于较不舒适的人居环境;库区年均温湿指数和风效指数均呈现明显的地区差异,整体表现为由库区中部向东西递减的趋势;库区气候适宜性指数在三峡工程前后变化明显,库区水位与气候适宜性因子在2003年6月以前没有显著的相关性,在2003年6月以后,与温湿指数呈显著正相关,而与风效指数呈显著负相关.     

三峡水库水面蒸发年内滞后效应分析

水面蒸发在季节变化上相比净辐射等气象要素的相位延迟反映了水体储热对水面蒸发的影响,量化这一对气象要素波动的滞后响应对理解和估算深水水库(湖泊)蒸发非常重要。三峡水库等河道型深水水库的水位和面积具有显著周期性变动,使得其水面蒸发的响应模式更为复杂,而目前对其认识非常薄弱。本文利用2013年8月—2020年7月三峡水库巴东站水面蒸发场和陆面蒸发场的蒸发和气象观测数据,分析了水面蒸发的季节变化及其年内滞后效应。结果表明:水面蒸发场蒸发量在年内的8和12月呈现双峰变化,与只有8月单峰值的陆面蒸发场蒸发量显著不同。水面蒸发场蒸发量相对净辐射、平均气温和水面温度分别存在4、3和2个月的滞后,而陆面蒸发场蒸发量相对滞后时间均在1个月以内;水面与陆面蒸发场相比,水温、蒸发量和水面与大气饱和差之间的滞后时间分别为1、3和4个月,而平均气温和净辐射之间不存在滞后。本文揭示出三峡水库巴东段水面蒸发年内滞后效应主要受到水库水温引起的水面与大气饱和差在季节上滞后的影响,需通过深入分析水温的时空变化来明确整个三峡水库的水面蒸发特征。     

三峡水库影响下长江中下游水文干旱演变及对气象干旱的响应

利用1960-2016年长江流域183个气象站逐月气温和降水数据以及干流3个水文站逐月径流资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI)分析三峡水库蓄水运行前后长江中下游宜昌、汉口和大通站水文干旱的多时间尺度演变以及对气象干旱的响应特征.结果表明:(1)三峡水库运行后下游各站冬春季旱情明显趋缓,而秋季干旱状况略有加重;水库蓄水后各站中旱和重旱发生频率均呈减少趋势,其中中旱减幅明显,而特旱发生频率则总体表现为增加趋势;(2)三峡水库蓄水后3个站平均干旱历时的变幅相对较小,而干旱烈度和烈度峰值的均值增幅较大;同时,各站短时间尺度(1和3个月)干旱特征变量的变幅总体呈现沿程递增趋势,而长时间尺度(6和12个月)干旱特征变量的变幅整体表现为沿程递减趋势;(3)水库蓄水后各站短时间尺度SRI与SPEI的相关性减小,但相关性随时间尺度增加而迅速增强,12个月时间尺度的相关系数达到最大并略高于蓄水前;在年内相关性上,蓄水后各站短时间尺度SRI与SPEI的相关系数明显减小,冬季表现尤为突出,而长时间尺度的相关系数则略有增加;(4)水库影响下不同时间尺度宜昌站水文干旱滞后于气象干旱平...     

三峡水库高位蓄水后的地震安全防范

三峡水库完成175m高位蓄水后,对可能出现诱发新地震灾害的可能性和危险性进行探讨,提出加强地震监测,深入开展水库诱发地震研究、认真进行地震应急准备的有效措施,以做好三峡水库高位蓄水后的地震安全防范工作。     

三峡水库蓄水后对支流大宁河富营养化特征及水动力的影响

三峡水库蓄水后支流大宁河水华频发,为了揭示水库蓄水以来,大宁河富营养化变化趋势以及水华暴发期间水动力等环境因子的影响特征,自2005年长期跟踪监测大宁河的水质状况,并于2010年针对东坪坝库湾2次典型水华事件,初步探讨了水华暴发期间的主要影响因素.结果表明:2005年以来,大宁河水体处于中度营养状态,水质尚好,但低估了水华敏感期的富营养化状况.东坪坝3月水华暴发期间,叶绿素a浓度与流速呈显著负相关,与pH、DO也呈显著相关,表明在此次水华期间,流速对藻细胞的增殖或聚集产生直接或间接的影响,pH和DO是引起水华暴发的主要水质因子;5月水华暴发期间,叶绿素a浓度与流速呈显著负相关,与流量呈显著正相关,同时与pH、透明度(SD)呈显著相关,表明在这次水华期间,流速和流量都对藻细胞增殖或聚集产生直接或间接的影响,pH和SD成为水质敏感因子.3月和5月水华暴发时间分别处于水库高水位运行期和泄水期,这可能是导致水华影响因子不同的主要原因,但具体机理还有待于进一步研究.本文结果表明在三峡水库调度运行的不同阶段支流库湾水华暴发的机制不同,需要针对不同时段支流库湾水环境特征分别加以调查研究.     

近20年来三峡水库泥沙淤积及其对库区的影响

泥沙问题是三峡工程建设与运行中的关键技术问题之一,只有妥善处理好泥沙问题,才能保证三峡工程长期有效使用,维持水库功能的全面发挥。本文首先结合实测水文、河道地形观测资料,对三峡水库运行近20年来的泥沙淤积特性及水库排沙比进行了较为全面的分析研究,并与已有研究成果进行了对比;其次,围绕防洪、航运以及坝前段的泥沙淤积等方面,进一步分析了水库淤积产生的影响。结果表明:三峡水库蓄水以来,在不考虑区间来沙的情况下,三峡水库共淤积泥沙20.484亿t,近似年均淤积1.102亿t,水库排沙比为23.6%,水库年均淤积量为原论证预测值的33%。其中,库区干流段累计淤积泥沙17.835亿m³(变动回水区冲刷0.694亿m³;常年回水区淤积18.529亿m³),淤积在水库防洪库容内的泥沙为1.648亿m³(干、支流分别淤积1.517亿m³和0.131亿m³),占水库防洪库容的0.74%,“十一五”攻关阶段研究得出的多年平均淤积量及排沙比较实测值均偏大,变动回水区冲淤则出现反向的...     

Unexpected sedimentation patterns upstream and downstream of the Three Gorges Reservoir: Future risks

This paper summarizes the latest developments, future prospects, and proposed countermeasures of reservoir sedimentation and channel scour downstream of the Three Gorges Reservoir (TGR) on the Yangtze River in China. Three key results have been found.(1) The incoming sediment load to the TGR has been significantly lower than expected.(2) The accumulated volume of sediment deposition in the TGR is smaller than expected because the overall sediment delivery ratio is relatively low, and the deposition in the near-dam area of the TGR is still developing.(3) River bed scour in the river reaches downstream of the Gezhouba Dam is still occurring and channel scour has extended to reaches as far downstream as the Hukou reach. Significantly, sedimentation of the TGR is less problematic than expected since the start of operation of the TGR on the one hand;on the other hand, the possible increases in sediment risks from dependence on upstream sediment control, deposition in the reservoir, and scour along middle Yangtze River should be paid more attention.(1) Sediment trapped by dams built along the upper Yangtze River and billion tons of loose materials on unstable slopes produced by the Wenchuan Earthquake could be new sediment sources for the upper Yangtze River. More seriously, possible release of this sediment into the upper Yangtze River due to new earthquakes or extreme climate events could overwhelm the river system, and produce catastrophic consequences.(2) Increasing sediment deposition in the TGR is harmful to the safety and efficiency of project operation and navigation.(3) The drastic scour along the middle Yangtze River has intensified the down-cutting of the riverbed and erosion of revetment, it has already led to increasing risk to flood control structures and ecological safety. It is suggested to continue the Field Observation Program, to initiate research programs and to focus on risks of sedimentation.     

基于Matlab的三峡水库地震数据处理与分析

本文以Matlab为平台,编制了相应的程序代码,实现了SAC二进制数据读取、地震观测报告数据检验、频谱分析、地震数据的互相关计算和各种地震数据成图等项功能,并将它们运用于长江三峡水库地震加密台网数据的处理.结果表明,三峡库区地震都属于水库诱发地震,在仙女山断裂过江段、九湾溪断裂附近的地震属于断层因蓄水诱发的错动事件;巴东库区神龙溪两岸地震明显呈现出3条线性分布,这是由于水库蓄水后库水从神龙溪两岸等地下暗河渗入而诱发的地震;在长江三峡库区泄滩乡以西的两岸则存在着一些与蓄水相关的塌陷地震.     

三峡水库蓄水前后干流总磷浓度比较

为认识三峡工程蓄水对水库总磷浓度的影响,于蓄水前(1998 - 2002年)和蓄水后(2004 - 2009年)每月对三峡水库干流5个断面总磷浓度进行监测并对数据进行分析.结果表明,同蓄水前相比,蓄水后水库近坝水体总磷浓度显著降低,至2009年,巴东官渡口断面和坝上太平溪断面总磷浓度比蓄水前分别下降了42.8％和54....