考虑温度耦合效应的竖井地基固结有限元分析

针对塑料排水板(PVD)安装热源能提升PVD性能、加速竖井地基固结这一工程现象,基于热-水-应力 (T-H-M) 三场全耦合的有限元方法来模拟利用热源进行地基处理新技术(PVTD)。首先,以微分形式与等效弱形式分别给出T-H-M耦合控制方程,并推导出其有限元方程组。然后在多场耦合有限元软件中建立饱和土的T-H-M全耦合模型,并通过与已有解析解比较,验证了模型正确性。最后,对一个经典有涂抹区的竖井地基算例,分不耦合温度(UT)、耦合温度但不考虑其对饱和土物性影响(CT)、耦合温度考虑温度对饱和土渗透性影响(CTP) 3种情况进行固结计算分析。研究结果表明,相对于无热源竖井地基,CT情况下由于热源产生的附加孔隙水压力,固结速度略有下降;CTP情况下,由于热源有效改善涂抹区的渗透性能,竖井地基固结速率明显加快。上述研究结论从理论上较好地阐明了PVTD的作用机制。     

Application of a Coupled Land Surface-Hydrological Model to Flood Simulation in the Huaihe River Basin of China

A hydrological simulation in the Huaihe River Basin（HRB） was investigated using two different models： a coupled land surface hydrological model（CLHMS）, and a large-scale hydrological model（LSX-HMS）. The NCEP-NCAR reanalysis dataset and observed precipitation data were used as meteorological inputs. The simulation results from both models were compared in terms of flood processes forecasting during high flow periods in the summers of 2003 and 2007, and partial high flow periods in 2000. The comparison results showed that the simulated streamflow by CLHMS model agreed well with the observations with Nash-Sutcliffe coefficients larger than 0.76, in both periods of 2000 at Lutaizi and Bengbu stations in the HRB, while the skill of the LSX-HMS model was relatively poor. The simulation results for the high flow periods in 2003 and 2007 suggested that the CLHMS model can simulate both the peak time and intensity of the hydrological processes, while the LSX-HMS model provides a delayed flood peak. These results demonstrated the importance of considering the coupling between the land surface and hydrological module in achieving better predictions for hydrological processes, and CLHMS was proven to be a promising model for future applications in flood simulation and forecasting.     

关于暴时电离层电流分布的南北半球不对称性

采用国际上广泛认可的高层大气和电离层经验模式提供的各种参数, 通过电离层电流连续方程, 计算出强磁暴条件下6月至日和12月至日内, 磁纬±72°和磁地方时00:00～24:00之间电离层电场、电流等的分布. 计算中考虑了地磁和地理坐标间的偏离; 除中性风场感生的发电机效应外, 还包含了磁层耦合(极盖区边界的晨昏电场和二区场向电流)的驱动外源. 结果表明, 6月至日时, 磁层扰动自极光区向中低纬的穿透情况在南、北半球内基本接近, 北半球内略强; 但12月至日时, 呈现明显的不对称性, 南半球的电流穿透远强于北半球, 而电场的穿透则是在北半球更强. 无论南北半球, 在中高纬地区, 午夜至黎明时段出现较强的东向电场分量, 其[WTHX]E×B[WTBZ]的向上漂移效应, 正是解释我们以往不少研究现象中所期盼的物理机制.     

UTEVA树脂分离纯化珊瑚中铀、钍的改进研究

珊瑚是记录海洋环境变化信息的载体之一,测定其U/Ca比值可重建海水温度或测定Th/U同位素比值可计算年龄重建海平面高度等。准确测定珊瑚中U、Th含量及同位素比值是提取所记载的海洋环境变化信息的前提,其难点在于高Ca基体分离和痕量U、Th富集纯化。基于此,本研究拟采用UTEVA树脂改进了一步富集分离珊瑚中U、Th的前处理方法,并联合高分辨电感耦合等离子体质谱仪测定U、Th含量。结果证明：上样介质HNO₃浓度由3 mol/L降至2 mol/L不影响U、Th的吸附效率,用2 mL Milli-Q水可将U完全洗脱,U、Th的全流程空白值（mean±1σ, n =12）分别为（1.32±0.65） pg、（2.05±0.63）pg,显著降低了U的全流程空白值。测定了3个海南滨珊瑚中U含量（mean±1σ,n=6）,分别为（3.46±0.02 ）μg/g、（2.67±0.05）μg/g、（2.15±0.07）μg/g,Th含量（mean±1σ,n=6）分别为（10.12±0.24）ng/g、（4.82±0.10）ng/g、（5.62±0.12）ng/g,测定精度均在3.3%以内,U、Th加标回收率分别为97.9%～100.9%、97.3%～99.7%,方法准确度高,精密度好。本研究可为测定珊瑚等碳酸盐类样品中U、Th含量及其同位素提供准确、简便和快速的样品前处理方法。     

完全非线性波浪与二维固定结构物作用的IGN-BEM耦合分析模型

为高效准确地对完全非线性波浪与二维固定结构物的相互作用进行模拟分析,建立了二维完全非线性时域耦合模型。耦合模型将计算域划分为靠近结构物的内域和远离结构物的外域,每个区域均采用满足完全非线性自由水面边界条件的波浪模型进行求解。在内域使用Laplace方程描述流体运动并采用高阶边界元法（BEM）对其进行求解;而在没有结构物的外域,波浪运动的控制方程为Irrotational Green-Naghdi（IGN）方程并采用有限元法（FEM）对其进行求解。内域和外域通过一段重叠区域进行耦合,从而实现模型间变量的传递。首先利用耦合模型分别对规则波的传播、直墙前立波的生成以及相关物理模型试验进行模拟,数值结果与精确解和试验结果的良好吻合验证了耦合模型耦合方式的合理性以及处理非线性问题的准确性;然后使用耦合模型模拟分析了波浪与固定结构物间的相互作用,并将结果与线性解析解以及完全非线性BEM模型的结果进行了对比分析,进一步证明了耦合模型的正确性与高效性。     

分析土和结构相互作用的一种实用耦合方法

提出一种新的数值解与解析解耦合的理论和计算方法,研究土-结构相互作用(SSI)体系的地震动力响应。采用大型有限元软件OpenSees模拟复杂结构的非线性行为,用等效线弹性频域内解析解模拟地基土的行为,使用时域离散递归方法将频域内的解析解转化到时域内,再通过子结构边界上力和位移的协调条件来求解。二者之间的耦合和实时数据交流通过CS集成方法来实现。以一个单自由度算例和一个实际工程为例,验证此方法的精度、稳定性和工程实用性,对比在考虑和不考虑SSI体系情况下结构动力响应的区别。本文所提的耦合SSI计算方法和部分研究成果可为工程设计人员提供参考。     

中国城镇化与耕地变化时空耦合研究

利用全国(港澳台地区除外)1985—2013年的面板数据,分析各省份城镇化水平的演进态势及耕地数量的动态变化,并分不同时段测算各省份城镇化发展水平与耕地资源变动的耦合协调程度。结果表明:(1)1985年以来,全国大部分地区的城镇化水平整体上都呈现上升的变化趋势,东三省城镇化水平稳定上升但活力不足,西北多省份上升中波动较大,西南地区水平偏低。(2)全国耕地资源在20世纪80年代普遍减少,后期多省份有所增加,但京、津、沪、苏、粤等地的耕地面积一直在以一定的速率减少。(3)全国城镇化与耕地资源关系的协调度呈现西高东低、北高南低的空间格局。较多地区在快速城镇化进程中城镇化发展与耕地资源的协调度呈恶化趋势。     

中国北方晚中生代陆相盆地红-黑岩系耦合产出对砂岩型铀矿成矿环境的制约

为研究中国北方陆相盆地红层-黑色岩系对砂岩型铀成矿的制约,文章研究了国内外红-黑岩系与砂岩型铀矿赋存岩层的时空关系,筛选了10万余m岩心钻探资料,选择准噶尔、鄂尔多斯和松辽盆地这3个典型产铀盆地,通过编制盆地钻孔柱状图、典型地区连井剖面图及关键岩层的地球化学测试等方法,对红-黑岩系和砂岩型铀矿的赋存岩层进行了垂向、横向上综合分析与对比。研究发现:北方陆相盆地自西向东铀矿赋存地层的时代由中侏罗世过渡到晚白垩世;晚中生代至少存在6次大规模的富氧红层沉积事件:Ⅰ中侏罗世—晚侏罗世早期(BathonianOxfordian),Ⅱ早白垩世早中期(Berriasian-Barremian),Ⅲ早白垩世中期(Barremian),Ⅳ晚白垩世早期(Cenomanian),Ⅴ晚白垩世中期(Coniacian)和Ⅵ晚白垩世晚期(Campanian)。其中第Ⅰ、Ⅴ和Ⅵ期红层之下沉积了时代相近的黑色层,与之构成"红-黑岩系"的沉积结构,是北方砂岩型铀成矿的3个重要层位。典型盆地内地球化学表明,红层与黑色层的B、Sr和Cu元素含量及Fe~(2+)/Fe~(3+)、B/Ga、Sr/Cu和FeO/MnO比值具有明显的差异,结合黑色岩层中草莓状黄铁矿、碳屑、油斑和红层中碳酸盐岩的发育,认为红层为相对较强氧化环境,黑色层为相对较还原环境。连井剖面资料显示红层、黑色层与砂岩型铀矿空间关系密切,铀矿多产于红层与黑色层之间过渡带上,呈板状矿体赋存于灰色、绿灰色砂岩和细砂岩中。一般红层与黑色层垂向距离超过500 m不利于成矿。晚中生代陆相盆地内耦合产出的黑色岩系和红色岩系是古沉积环境由还原向氧化转变形成的垂向分带,前者为铀矿物质沉淀提供了"障",后者为表生流体溶解铀矿提供了"场"。文章初步提出了红-黑岩系垂向环境变化制约着北方陆相盆地砂岩型铀大规模成矿作用的新认识。这些认识不仅对砂岩型铀矿成矿环境、成矿规律及成矿模式研究具有重要意义,更对目前正在开展的砂岩型铀矿勘查工作具有实践指导意义。     

丝绸之路经济带中国段旅游资源与旅游发展耦合研究

在对丝绸之路经济带中国段各省份旅游资源与旅游发展综合评价的基础上,运用耦合协调模型计算旅游资源与旅游发展的耦合度与协调度,运用障碍因子模型确定影响旅游发展的旅游资源障碍因子。结果显示：各省份旅游资源与旅游发展的耦合程度普遍较高,主要为高度耦合和中度耦合2种类型;协调程度包含良好协调、中度协调、勉强协调和失调4种类型,以中度协调和勉强协调为主;旅游资源和旅游发展的耦合度与协调度还没有完全在空间上达到良性共振。除陕西外,其他各省资源条件都是主要障碍因素,因此,要提高旅游发展水平,首先需要加大对各省份旅游资源整合力度,提高旅游资源的质量;出现频率最高的障碍因子分别是资源条件（C₁）、年平均气温（C₂）、年平均降水量（C₃）、空气质量（C₇）、GDP（C₁₀）。     

双向耦合循环剪切条件下超固结饱和海洋黏土孔压与强度特性研究

针对长江口地区的重塑饱和海洋黏土,进行了一系列均等固结条件下的应力控制式轴向-扭转双向耦合循环剪切试验,着重探讨了循环荷载分量比R与超固结比OCR对孔压与动强度特性的影响。试验结果表明,随着R的减小,波动孔压幅值逐渐降低,而残余孔压先降低后升高,R = 1时残余孔压最小。在循环耦合剪切作用过程中,对应相同循环次数,随着OCR的增大,累积孔压变小,而波动孔压幅值却在增大。对应相同循环次数比N/Nf,随着OCR增大,残余孔隙水压力比ur / urmax减小。经归一化处理后ur / urmax-N/Nf关系曲线对于正常固结与超固结饱和黏土可分别用不同的表达式来表达。随着R的降低,破坏循环次数先增大后减小,R = 1时最大。随着OCR的增大,饱和黏土的强度变化减小