非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟

为研究大波幅波浪作用下,非完全淹没水平圆柱所受波浪力的特征,基于黏性流理论采用有限体积法建立两相流数值波浪水槽模型,对不同波幅和圆柱垂向位置下非完全淹没水平圆柱所受波浪力进行了数值计算,并对波浪力和冲击力的特征进行了分析,讨论了冲击力与冲击速度的关系,结合经验计算公式拟合得到了冲击力系数。结果表明:波浪力的大小受波幅和圆柱垂向位置的影响比较显著,其影响机理与波浪场流体运动特性相关;冲击力的大小与冲击速度密切相关,而垂向冲击力在波浪力中起主导作用时,对应的最小预测冲击速度受圆柱垂向位置影响并不显著;不同圆柱垂向位置下冲击力系数随着波幅增大由分散性较强逐渐趋于集中。     

Three dimensional elasto‐plastic interface for embedded beam elements with interaction surface for the analysis of lateral loading of piles

This paper presents a numerical formulation for a three dimensional elasto‐plastic interface, which can be coupled with an embedded beam element in order to model its non‐linear interaction with the surrounding solid medium. The formulation is herein implemented for lateral loading of piles but is able to represent soil‐pile interaction phenomena in a general manner for different types of loading conditions or ground movements. The interface is formulated in order to capture localized material plasticity in the soil surrounding the pile within the range of small to moderate lateral displacements. The interface is formulated following two different approaches: (i) in terms of beam degrees of freedoms; and (ii) considering the displacement field of the solid domain. Each of these alternatives has its own advantages and shortcomings, which are discussed in this paper. The paper presents a comparison of the results obtained by means of the present formulation and by other well‐established analysis methods and test results published in the literature. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

中、高压下粗粒土-结构接触面特性受结构面形貌尺度影响的试验研究

采用改进的DRS-I型高压直剪仪进行了砂砾与不同形貌尺度的粗糙钢板结构面接触剪切试验,获得不同压力、形貌尺度条件下的剪切试验结果,分析了中、高压下的不同结构面形貌尺度与砂土颗粒平均粒径比值R（ ,相对形貌尺度）对接触面剪切特性的影响。结构面相对形貌尺度R直接影响接触面剪切过程中的力学与体变特性,中压与高压下分别呈现不同的影响规律且存在各自的峰值相对形貌尺度 与稳定相对形貌尺度 。达到峰值相对形貌尺度之前,R的增大使得接触面剪切耗能随之增加,而剪切体变在中压、高压下分别随之增加和降低;稳定相对形貌尺度之后,接触面剪切耗能与剪切体变达到稳定状态,随R的增大呈微小变化,变化幅值较小。上述规律与接触面附近一定区域的颗粒变位及破碎等机制密切相关,获得成果将为研究不同法向压力下受形貌尺度影响的结构面相对粗糙度问题提供新思路,对于研究不同法向压力下粗粒土与粗糙结构面的接触面力学与变形机制有一定借鉴意义。     

Effect of spatial correlation structure and transformation model on the design of shallow strip footing

Directional variability of spatial correlation is observed in natural soils due to their depositional characteristics and it influences the response of structures founded on these deposits. Nonetheless, the results presented in most of the available literature are based on the assumption of either isotropic spatial correlation or perfect spatial correlation of soil properties in horizontal and vertical directions. It is also observed from past studies that the effect of transformation model on the total uncertainty is quite significant. Hence, an effort has been made in this paper to study the effect of anisotropy of autocorrelation characteristics of cone tip resistance (q_c) and the transformation model on the bearing capacity of a shallow strip footing, founding on the surface of a spatially varying soil mass. The statistics in the vertical direction of the soil mass are taken from 8 Cone Penetration Test (CPT) records and statistics in the horizontal direction are assumed. For the case considered, it is observed that the transformation model significantly influences the degree of variability of design parameter. The results also show that isotropic correlation structure based on the vertical autocorrelation distance underestimates the variability of design parameter. On the other hand, perfect correlation in horizontal or vertical, or both directions, overestimates the variability of design parameters, and produces conservative estimates of allowable bearing capacity.     

循环荷载作用下正融粉质黏土强度特征与滞回环演化规律

季冻区路基春融过程中,特别是反复循环荷载作用下,极易造成承载能力显著降低、翻浆冒泥等灾害现象,但是目前对季冻区路基的研究大多数都停留在冻结土和经历冻融循环后全融土阶段,正融土的研究比较少。本文对正融粉质黏土进行了不同融化温度、冻结负温、含水率以及围压下的三轴单调加载和循环加卸载试验,研究发现经历循环加卸载的试样强度较单调加载绝大多数均有降低,每次循环会对试样造成一定的损伤;峰值强度随含水率的增大、围压减小而下降显著,主要由于试样顶端融化时存在大量水分和围压的约束作用造成;冻结负温和融化温度影响了融化速率,温度越低,前期强度越高,随时间推移影响减弱;用滞回环回弹模量定义了损伤变量,发现损伤变量与循环次数呈正相关;不同因素影响下,损伤变量的增长区别在于损伤快速发展和缓慢发展时对应循环次数上的差异;基于滞回环面积定义了耗散能,而损伤变量与耗散能却存在一定此消彼长的相关性。     

福建龙海市土壤营养元素全量特征及有效量预测

以福建龙海市为研究区,在不同地质背景、土地利用方式、土壤类型和土壤成因类型条件下进行样品采集,共采集56件土壤样品,测定pH值、有机质含量（SOM）、阳离子交换量（CEC）、营养元素全量及有效量。利用相关分析、线性回归分析等统计手段,探究土壤中营养元素有效量的影响因素,建立并验证了研究区土壤中营养元素有效量的预测模型,以此深入了解区内土壤养分状况,为该区土地的合理利用及治理提供科学依据。结果表明：龙海市土壤呈酸性—强酸性,有机质含量较低,阳离子交换量偏低;土壤中N、P、K、Mo、Zn元素全量相对富集;元素全量、有效量及其有效度变异性较强;土壤中B、Cu、K、Mn等营养元素全量与有效量相关性较好,土壤pH值对K、Mo、Si的有效度有一定影响,CEC与Si的有效度呈显著正相关,SOM增加有利于提高Cu、Fe、Mn、P、Zn等元素有效量。通过土壤全量分析数据及土壤理化指标建立的线性模型,可以预测表层土壤中Cu、Fe、Mo、Mo、P、S、Si等营养元素的有效量,若引入更多影响因子,将有利于进一步提高模型的拟合效果,使得预测更准确。     

电镀企业搬迁后场地调查及其环境影响评价

对上海新区一家刚搬迁的电镀厂场地进行现场采样,评价土壤、地下水和废水的环境状况。土壤样品检测了pH、CN-及主要重金属离子等11项指标,地下水样品分析主量元素、重金属元素、NH3-N、NO3--N、NO2--N、溶解性总固体、总硬度、CN-、挥发性酚类、高锰酸盐指数等24项指标,废水样品检测化学耗氧量(CODCr)、挥发性酚及土壤的分析指标共13项。结果表明:厂区内土壤呈碱性,综合污染指数为0.67,仅个别采样点Zn、Ni的单项污染指数大于1,土壤总体环境质量尚可;地下水的综合评价指数在4.27~7.58之间,水质判断为很差或极差,不能作为饮用水源,主要污染指标NH3-N、氯化物、溶解性固体、总硬度、重金属元素、氰化物、挥发性酚、高锰酸盐指数等都低于地下水Ⅳ级标准,未见明显的重金属污染;废水除了pH之外,重金属元素、挥发性酚和氰化物等指标都达到城市污水和电镀污染物排放标准。研究成果对污染型企业搬迁后的原厂区环境监测评价具有一定的借鉴意义。     

循环与单调加载作用下冻结黄土的变形与损伤特性

针对冻土工程中地基冻土体受力形式复杂、常处于变应力路径、反复加卸载作用问题, 开展了冻结黄土静力条件下的三轴加卸载试验与单调加载对比试验, 研究了两种应力路径下冻结黄土的变形和损伤特性. 通过对比发现, 加载方式对冻结黄土变形特性随围压的变化规律影响不大. 循环加卸载作用下, 冻结黄土的压密变硬增强了其抵抗变形的能力. 卸载阶段, 冻结黄土表现出卸载体胀的弹性现象, 呈现出与融土不同的体变特征. 基于弹性模量的劣化定义了冻结黄土的损伤变量, 并根据试验结果得出了冻结黄土的损伤演化规律可用双曲线函数来描述. 在较低的围压下, 围压增加对冻土损伤的发展有抑制作用; 而当围压足够大时, 由于冰的压碎和压融的出现, 围压增大加剧了损伤的发展.     

青藏高原中东部三种草地类型土壤理化特征及金属元素在有机畜牧生产中的作用

为明确高寒草地土壤理化特征及金属元素在有机畜牧生产中的作用,选取青藏高原中东部高山嵩草草甸、草甸化草原、温性草原三种草地类型为研究对象,分析土壤理化性质和重金属元素,并探讨其影响作用。结果表明：三种草地类型群落盖度由大到小依次是高山嵩草草甸（91%） > 草甸化草原（85%） > 温性草原（75%）,草甸化草原的物种数最多达25种,分别是高山嵩草草甸和温性草原的1.47倍和1.92倍。温性草原0~10 cm土层容重分别是高山嵩草草甸和草甸化草原的1.89倍和1.40倍,10~20 cm土层容重分别是高山嵩草草甸和草甸化草原的1.42倍和1.29倍。高山嵩草草甸土壤有机质、全氮含量最高,有机质含量分别是草甸化草原、温性草原的1.20倍和2.65倍,全氮含量分别是草甸化草原、温性草原的1.18倍和2.47倍。温性草原土壤pH值最高达8.46,分别是草甸化草原和高山嵩草草甸的1.04倍和1.10倍。总体来看,重金属元素含量在高山嵩草草甸最高,温性草原最低,草甸化草原居中。三种草地类型土壤7种重金属元素含量都在一级以内,其生态危害指数未出现强污染状况,适合构建示范区发展有机畜牧业。     

降雨及库水位影响下麻地湾滑坡地下水响应特征分析

精细化衡量地下水对外界因素的响应规律对分析滑坡稳定性具有重要意义。考虑库岸边坡的稳定性同时受库水位和降雨作用影响,提出了一种基于数据挖掘的滑坡地下水响应特征的研究方法。以三峡库区麻地湾滑坡为例,首先通过特征时段分析和Granger检验确定地下水响应滞后期,然后基于响应滞后期确定地下水水位的影响因素,结合Apriori数据挖掘算法揭示了麻地湾滑坡地下水的响应特征。研究结果表明:滑坡前缘地下水变化与库水位波动相关性较大,滑坡中后缘地下水变化与降雨相关性较大; 麻地湾滑坡地下水对于降雨和库水位的最佳响应滞后期为1 d;滑坡后缘的地下水水位对降雨响应较为强烈,而前缘的地下水水位对库水位响应更为强烈。     

含水层和土壤的随机特征对水分运动的影响

将土壤或含水层的介质参数视为随机分布,建立了饱和非饱和水流运动的随机微分方程,利用随机数值求解方法,得到各种随机参数对水头分布和含水量空间变异性的影响。分析结果表明,随着渗透系数空间变异性和相关尺度的增大,含水层水头分布的变异性增大;对于区域内有抽水井分布的问题,在井点附近区域,z向水流速度空间变异性大,而在井点处变异性较小。当采用Gardner-Russo模型描述非饱和水分特征时,其非饱和土壤介质参数α的变异性对土壤负压和含水量变异性的影响大于饱和渗透系数,土壤含水量越小,含水量的空间变异性越大。初步讨论了根据随机数值方法研究地下水运动问题的可靠性分析方法。     

循环加卸载下花岗岩非均匀变形演化的声发射特征试验研究

为了研究岩石材料在循环加卸载过程中的声发射特征与非均匀变形的对应关系,开展了花岗岩试件单轴循环加卸载试验。利用声发射系统和CCD相机分别对试样变形破坏过程中的声发射信号和试件表面的变形图像进行采集,结合数字散斑相关方法,对试件非均匀变形演化过程中的声发射特性进行研究。研究结果发现：每次循环加载过程中,非均匀变形的最小点皆与应力卸载的最低点相对应。而自局部化带启动后,每次循环加载过程中的非均匀变形的最大点滞后于循环加载应力的顶点。非均匀变形演化与声发射信号存在较好的对应关系,循环加载过程中非均匀变形的首次转折增大点对应声发射信号增加的起点,非均匀变形的最大点对应声发射信号平静期的起点。随循环次数增加,非均匀变形程度与Felicity比呈负相关关系,即非均匀变形越大,损伤程度越大,Felicity比越小。     

白城市水稻种植区土壤的地球化学特征与水稻产量的相关性研究

吉林省白城市水稻种植区土壤的地球化学特征研究表明，土壤中的SiO2,TiO2,Al2O3,FeO,MnO和P2O5等主要元素的含量与水稻产量具有正相关性，而CaO和MgO等主要元素的含量与水稻产量呈负相关性。土壤中的稀土元素含量和水稻产量呈正相关性。     

冻融条件下非饱和路基土的强度及微观特性研究

为探究非饱和路基粉质黏土在冻融条件下的强度及微观特性的影响,对路基非饱和粉质黏土进行了冻融循环试验、非饱和土直剪试验、氮吸附试验,结果表明：非饱和土强度随冻融循环的增加呈先减小后趋于稳定的趋势,冻结负温为-10℃黏聚力降低最明显,通过BET法求得试样经历不同外部条件影响后的比表面积值,根据氮吸附试验的等温线计算出非饱和路基土的分形维数,试验试样的比表面积与分形维数都随冻融循环次数的增加先增大后减小,冻融循环3次时达到最大值,随冻结负温的降低而降低。从微观的角度解释了非饱和路基粉质黏土经多次冻融循环后,基质吸力对非饱和土的黏聚力影响的原因。     

地震荷载作用下温度和围压对冻土强度影响的试验研究

通过对重塑冻结兰州黄土的动三轴试验，较系统研究了地震荷载作用下冻土的动强度特性，并且定量研究了其在不同温度(-2℃、-5℃、-7℃)和围压(1MPa、3MPa、5MPa)条件下的变化规律．结果发现：冻结黄土的动抗剪强度随围压的增大、温度的降低、振次的减少而增大；动粘聚力Cd随振次的减小和温度的降低而增大；动内摩擦角吼随振次的增大和温度的降低而增大。     

岩溶断陷盆地“盆-山”耦合地形影响下的气候特征及其对石漠化生态恢复的影响探讨

掌握石漠化山区受海拔影响的气候特征的垂直差异,能够对岩溶山地气候及其影响下的水热组合条件有更为科学的认识,对石漠化演变研究和综合治理有重要意义。本文通过在典型石漠化山区（云南蒙自断陷盆地区）沿盆地、坡地到山区设立三个小型气象观测站获取山地垂直剖面的气象数据,从月（季）、日尺度分析石漠化山区“盆-山”耦合地形的气候垂直特征及其对石漠化生态恢复的可能影响,结果表明:（1）观测剖面是当地主导风东南风的背风坡,年降雨量高原面（1 027.4 mm）>盆地（662.6 mm）>坡面（574.4 mm）;且 “山谷风”效应显著,白天吹谷风,降雨比例更大。地形起伏使盆地降雨年变异系数达152.36%,远大于坡面（113.81%）与高原面（99.36%）,地形放大了垂直方向的“干湿”差异,区域干燥指数:盆地（1.74）>坡面（1.70）>高原面（0.88）。（2）垂直方向水汽差异使高原面年太阳辐射量（5 492 MJ·m-2）略小于盆地（5 817 MJ·m-2）。同时盆地与高原面气温垂直梯度达0.74 ℃·100 m-1,因此在光热条上存在明显的垂直差异。（3）垂直气候特征对石漠化生态恢复的影响具体表现在:①年内降雨集中,结合坡度较陡的地形易加速水土流失;②降雨量少,且集中在日间,强烈的蒸发易加剧土壤水分亏缺,不利于植被恢复。③研究区水分缺乏,因此在植被恢复治理中应选择耐旱的作物,同时要考虑垂直方向的光热条件差异,盆地选择喜光热作物,海拔高的地区选择喜温凉的作物。