地下洞室分期开挖应力扰动特征与规律研究

针对地下洞室开挖扰动分析中常忽略应力主轴旋转以及应力扰动无法量化的现状,以大岗山水电站地下厂房为研究实例,根据主应力方向与洞室横断面及洞轴线之间的几何关系,定义了描述应力主轴旋转的特征角。研究表明,洞室开挖引起了顶拱和边墙不同程度的应力释放和主方向旋转,围岩主应力均在开挖当期卸荷强烈,主应力方向在开挖当期和后继一个开挖期中旋转强烈,且顶拱和边墙部位主应力方向调整具有一定的共性,表现为最小主应力方向最终近似垂直于洞室开挖面,而最大主应力与中主应力方向则近似在平行于开挖面的平面内调整。在此基础上,考虑应力主轴旋转影响,定义应力扰动指标SDI作为描述洞室围岩应力场扰动程度的力学表征量,研究了大岗山水电站地下厂房围岩应力场扰动的时间演化过程和空间分布特征,并将数值模拟得到的强应力扰动区与现场测试的开挖损伤区进行了对比分析,相关认识和结论具有一定理论和工程意义。     

超浅层顶管施工诱发地表沉降规律分析

随着社会化进程的推进,顶管法在各类城市地下管线的施工中得到广泛应用。超浅层顶管施工。绝大多数是在已建道路下进行的,施工时,易发生地表沉降,且沉降量很大,易破坏路面。为此,超浅层顶管施工对周围环境的影响已引起人们足够的重视,其施工及控制技术是目前迫切需要掌握的。利用有限差分软件FLAC3D对顶管施工过程中地表沉降进行模拟,旨在了解超浅层顶管施工引起的力学效应。对超浅层顶管施工引起的地表沉降作出预测,为采取措施减小地表沉降提供依据。     

中国大陆密度和地震波速扰动异常的年龄属性研究

大陆动力学研究需要物质随空间和时间的变化的信息。三维密度和地震波速度扰动图像反映岩石圈物质的空间分布,要和大地构造学中的时间尺度信息综合起来,才能恢复动力学作用的过程。本文通过对比不同构造期的构造图和地壳不同深度的地球物理性质图像,研究中国大陆密度以及地震波速度扰动和构造事件的相关度。研究表明,岩石圈地幔的密度和波速扰动和现今板块构造的相关度是高的,说明岩石圈地幔的密度大黏度高,不仅地震波速快得多,物质蠕动的速度也比下地壳慢得多,板块运动产生的变形保存时间比较久。中国大陆中地壳的密度扰动和白垩纪以来的构造事件的相关度是高的,说明中地壳的密度扰动主要反映了白垩纪以来的构造事件。中国大陆上地壳结晶基底的密度扰动和侏罗纪以来的构造事件的相关度是高的,说明上地壳的密度扰动可以反映燕山期的构造事件。对于中国大陆而言,下地壳的波速变化和板块构造没有明显的相关性;不过下地壳深层的密度扰动也反映新构造期的构造事件。其原因可能是因为下地壳的物质黏度比较低,物质蠕动的速度比岩石圈地幔快得多,板块运动产生的变形不容易保存。总之,应用不同深度的密度扰动图像分别推测不同地质时期的地壳构造运动发生的地点和范围是可...     

基于结构水文地质学的采掘诱发高势能突水溃砂主动防控

在谷德振先生“水文地质结构”学术思想指引下,本文提出建立结构水文地质学的设想,论述了其基础理论框架。从方法论角度将矿山水害防控分为被动防控和主动防控两种方法。以结构水文地质学指导煤矿高势能突水溃砂防控,分析了被动防控可能产生突水溃砂灾害的机理; 提出了主动地质工程防控的原理,包括地质材料性质改造、结构隔水性能重构、赋存水动力环境改造、减轻采掘诱发覆岩破坏等具体方法。抛砖引玉,以期催生符合中国矿山防治水实践需要的创新理论和方法。     

电力隧道超大直径顶管施工扰动特性研究

由于顶管工程在经济方面的优势以及控制周围环境水平的提升,而得到广泛应用,但目前顶管扰动特性方面的研究多数限于中小顶管,未考虑超大直径顶管的特殊性。对上海世博电力电缆隧道顶管施工进行了现场监测,并主要分析了水-土压力变化曲线,测试结果反映了超大直径顶管顶进5阶段的扰动特性。工程经验表明,超大直径长距离顶进成功的主要作用因素有3个：泥浆套作用、开挖面控制和姿态动态调整。最后对泥浆套在顶管中的形成过程以及扰动作用机制进行了研究,泥浆套在注入、泥膜形成以及整体发挥作用的过程中具备填充、支承、隔阻、润滑等作用。     

中国大陆克拉通地体地壳密度结构特征

本文根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了克拉通地体地壳的密度结构。中国大陆克拉通地体地壳密度结构的总体特点是:地壳密度总体偏高,尤其是在经历了岩浆底垫作用后,下地壳形成了粗大的和高密度的壳根,而造山带的下地壳通常有低密度的山根。现今的克拉通地体有几个演化的阶段,由陆地核演化为一定规模的克拉通地体可能经历漫长的时间。不同演化的阶段地体的物理性质有明显的变化,要赋予大地构造单元以演化阶段的内涵,才能准确理解它们的行为和属性。同时,根据地壳密度结构成像的结果,可以了解克拉通地体的成熟度。中国大陆克拉通地体或者内部地块的地壳密度结构大致可以分为三类。上中下地壳密度都偏高的属于第一类,称为典型的克拉通,塔里木、阿拉善、华北东部、上中扬子等属于第一类。第二类克拉通地体上地壳密度偏低,而下地壳密度偏高,称为弱结晶基底的克拉通,鄂尔多斯和佳木斯属于第二类。第三类上中地壳密度偏高,而下地壳密度偏低,称为无壳根的克拉通残片,柴达木和准噶尔盆地属于此类,它们可能是古克拉通地体的残片。     

GRAPES全球集合预报系统模式扰动随机动能补偿方案初步探究

为了体现次网格尺度能量升尺度转换过程中存在的不确定性, 文中将随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter, SKEB)方案应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球集合预报系统(GRAPES-GEPS), 以更好地表征模式误差并且增大集合离散度。使用的SKEB方案基于具有一定时、空相关特征的随机型以及由数值扩散导致的局地动能耗散率来构造随机流函数强迫。并根据流函数与水平风速旋转分量的关系, 将SKEB方案中的流函数强迫转化为适用于GRAPES全球模式的水平风速扰动。结果表明, SKEB方案的使用一方面能够提高GRAPES对大气动能谱的模拟能力; 另一方面能够改善GRAPES-GEPS的集合离散度与集合平均误差的关系, 增加了集合离散度, 并在一定程度上减小了集合平均误差, 尤其是在热带地区这种改进更为显著。而且该方案使得热带地区连续分级概率评分(CRPS评分)显著减小。就降水预报而言, 从Brier评分与相对作用特征面积(AROC, Area under the Relative Operating Characteristics)的结果来看, SKEB方案有助于改善中国地区小雨[0.1 mm, 10 mm)、中雨[10 mm, 25 mm)与大雨[25 mm, 50 mm)量级降水的概率预报技巧, 而对暴雨[50 mm, ∞)量级降水预报技巧影响很小(24 h降水量)。总体上, 模式扰动随机动能补偿方案提高了GRAPES-GEPS的概率预报技巧。      

地面资料在侦测暴雨天气过程中的应用

利用地面常规观测资料和自动站加密温度资料以及卫星云图资料,分析了2005年7月6—7日和7月9—10日发生在江淮流域及其附近的两次暴雨过程的地面要素分布特征,发现强降水带分布在非锋性斜压带和斜压槽附近。然后利用NCEP再分析资料,用第二类热成风螺旋度和非地转湿矢量诊断解释了非锋性斜压带和斜压槽产生强降水的动力机制,结果表明在地面非锋性斜压带和斜压槽处易发生锋生和斜压现象,从而诱发强降水。     

斜压半地转模式中的非频散周期解

给出了３个通量矢量，从而将非线性平流项表示为３个通量矢量的旋度和散度，它们分别对纬向风和经向风的低频加速产生贡献。经过卷积运算，还建立了低频变化的动力学模型。给出了通量矢量Ｅ．、Ｇ１．、Ｇ２．等的空间分布及其相应的流函数与势函数的水平分布和时间演变，从而指出，瞬变扰动间的相互作用对流动具有低频加速作用。     

两次北上相似路径台风导致的暴雨湿位涡诊断分析

利用2012年8月28—29日和2019年9月7—8日水平分辨率为0.25°×0.25°的ERA5再分析资料、地面观测资料和中国气象局热带气旋最佳移动路径数据,对两次北上相似移动路径的台风“布拉万”和“玲玲”导致东北地区暴雨天气过程的湿位涡进行诊断分析。结果表明：台风导致的强降水与假相当位温的密集带对应较好,降水主要位于假相当位温密集带偏暖一侧,锋区越强,降水量越大。两个台风过程均在降水前期存在对流不稳定层结,为台风降水提供初始能量积累。初始时刻出现湿对称不稳定,是台风中心西北侧暴雨出现的主要因素。降水增强时刻,大气对流不稳定再次参与,说明低层对流不稳定提供了降水快速增强的主要能量。低层湿正压项(MPV1)和湿斜压项(MPV2)的绝对值均出现先增大后减小再增大的趋势,强降水主要分布在两个极值中间过渡时段。两次北上台风引起的吉林省中部暴雨带均与低层850 hPa的MPV2负值区和MPV1的正值区有较好的对应关系。