台风风暴潮异模式集合数值预报技术研究及应用

台风风暴潮数值预报的准确性在很大程度上取决于台风路径预报和强度预报的精度以及风暴潮预报模型的计算精度。目前,国际上24/48 h台风路径预报平均误差分别约为120/210 km左右[1],对于走向异常的台风误差更大;更有,根据单一的台风路径和单族的风暴潮数值预报模式并不能保证获得可靠的风暴潮预报结果。考虑多重网格法原理具有在疏密不同的网格层上进行迭代以达到平滑不同频率的误差分量,使得计算快速收敛,精度提高的特性。在前期研究基础上基于业务化高分辨率(结构网格/有限差分算法)和精细化(非结构网格/有限元算法)台风风暴潮集合数值预报模型构建多模型台风风暴潮集合数值预报系统。采用"非同族"模型进行集合预报很大程度上降低了误差相似遗传的可能性。应用该方法对典型台风风暴潮过程进行了试应用,试报结果表明:该方法对风暴潮增、减水预报效果高于单一集合预报,具有一定的应用前景。     

北部湾墨西哥湾扇贝形态性状与闭壳肌质量的关系

为寻找墨西哥湾扇贝中对其闭壳肌重量影响最显著的形态学特征,在整个扇贝的生长过程中,每一个月测一次壳高(mm)、壳宽(mm)、铰合线长(mm)、体质量(g)和闭壳肌质量(g),每一轮的样本采集量为60,通过通径分析研究这些形态学特征对闭壳肌质量的影响。结果显示,根据各形态学特征对闭壳肌质量的直接的、间接的、总路径的贡献,发现体质量的影响是最显著的(p<0.01),其他的形态学特征如壳高、壳宽和铰合线长对于闭壳肌生长既不限制也不促进。     

直流电阻率法2.5维正演的外推瀑布式多重网格法

引入外推瀑布式多重网格法(EXCMG)求解2.5维直流电阻率有限元计算形成的大型稀疏线性方程组,结合基于地址矩阵的压缩存贮方式以及最优化离散波数,使得2.5维电阻率正演程序的计算速度大大提高而内存需求大大减小.研究结果表明:EXCMG法的收敛速度与网格尺寸无关,计算速度明显优于不完全Cholesky共轭梯度(ICCG)...     

GM(1,1)模型的改进及其在变形预测中的应用

为了提高GM(1,1)模型预测精度,采用积分优化、二次拟合优化以及残差改化方法,分步对GM(1,1)模型进行改进,建立灰色多重修正模型.具体改进步骤为:首先,利用积分优化方法对背景值进行纠正,减小模型误差并提高预测精度;接着,对模型参数(发展系数和灰作用量)进行二次拟合优化,使参数更加接近理论真值;然后,根据预测结果进行适当的残差改化,提高模型整体的预测精度;最后,建立根据GM(1,1)模型改进的灰色多重修正模型.以重庆南川地区甄子岩崩塌为例,建立灰色多重修正模型对危岩裂缝累计位移值进行模拟和预测,并与GM(1,1)模型进行对比.精度检验结果表明:灰色多重修正模型后验差比值(0.082 39)明显好于GM(1,1)模型(0.192 67),平均相对残差比(0.073 9)更远好于GM(1,1)模型(0.259 6),表明灰色多重修正模型在预测精度上有较大提高,可靠性更好.     

基于多重分形特征的岩体结构面剪切强度研究

Barton剪切强度模型是目前工程实践中普遍采用的强度公式,而实践应用时,该模型中结构面粗糙性系数（JRC）的评估存在主观性和片面性的缺点。鉴于此,应用多重分形理论,提出了采用多重分形参数准确量化JRC的方法。首先应用数字图像处理技术获取了结构面三维形貌数据信息;然后采用投影覆盖法进行了结构面的分形维数计算,重点对结构面的多重分形特征进行了分析,通过对比分析了构造的15个结构面的多重分形特征值。结果表明：结构面越粗糙,多重分形特征参数 和 值越大, 或 能够很好地描述结构面的形貌特征。最后对9组石膏试件进行了剪切试验,通过不同正应力下对应的剪应力数据分析,结合结构面形貌多重分形参数 或 ,以Barton剪切强度公式为基础,应用最小二乘法原理,给出了JRC与 及JRC与 关系。这样在工程实际中,可以用参数 或 对JRC进行估算,克服了JRC人为估值主观性及采用二维标准轮廓线评估片面性的缺点,为准确评估结构面粗糙度提供了一条新的途径。在此基础上,应用Barton模型可准确估算岩体结构面的剪切强度。     

基于多重互相关函数分析剪切波速

介绍了一种提高单孔法剪切波速测量精度的新方法-多重互相关函数法。考虑到判断场地剪切波到时差的困难,提出了用多重互相关函数来求得两剪切波的到时差。互相关分析可求取两相似信号的到时差,但当两信号相似性比较差时,所求得到时差的误差较大;自相关函数本身可进行多重自相关分析,互相关函数结合多重自相关函数后,也可以进行多重互相关分析来求取两相似信号的到时差。试验表明：相比互相关函数,多重互相关函数可改善触发信号和井中三分向探头输出信号的相似性及更好地抑制噪声,因此能更精确地计算出触发信号和井中三分向探头输出信号的的到时差。基于此原理设计了剪切波波速的测试系统,此系统能自动分析出测点的剪切波速和形成完整的报告。     

考虑非线性徐变的混凝土温度裂缝扩展过程模拟

混凝土温度应力超过相应龄期的抗拉强度一半时,混凝土的徐变变形不再与应力呈线性关系。采用一个混凝土非线性徐变模型来进行混凝土的温度应力计算,并给出了相应的算法。同时,吸取无网格方法在裂缝扩展模拟方面的优势,采用无网格方法对混凝土的温度裂缝过程进行了仿真计算。数值算例计算结果表明,所编制的无网格法程序具有较好的收敛性和可靠性,能够有效地模拟混凝土块在温度应力作用下的开裂发展过程,考虑混凝土非线性徐变效应后,在开裂时刻混凝土急剧增加的非线性徐变变形缓和了缝端的温度拉应力,使得相同龄期混凝土的裂缝深度和扩展速率要比只考虑混凝土线性徐变要小一些。     

砂土液化变形的有限元-无网格耦合方法

通过构造Biot固结理论u-p方程的无网格伽辽金-有限元耦合方法,对砂土液化变形问题进行了数值模拟。对于饱和砂土,采用Oka等提出的弹塑性本构模型,同时采用更新的Lagrange计算格式推导了控制方程。耦合方法能够发挥有限元和无网格各自的优点,既避免了由于单元变形扭曲而引起的计算中断,也可节约计算时间,算例验证了该方法在地震液化问题中的有效性。     

时变功率谱空间变化性分析

基于我国台湾地区SMART-1密集台阵强震记录资料和Kameda的时变功率谱模型,利用多重滤波技术和非线性最小二乘法拟合得到每条记录的Kameda模型参数值;通过分析模型参数随频率变化的散点图分布规律,建立了时变功率谱模型参数随频率变化的随机模型。采用随机振动理论和多元统计分析方法,分析了沿波传播方向距离、垂直于波传播方向距离及测点所在位置土层厚度等局部空间位置变化对时变功率谱模型参数的影响规律,探讨了时变功率谱模型参数的空间分布形式,建立了各模型参数随空间坐标变化的随机预测模型,从而为重大工程多点输入地震动参数的确定和多点输入加速度时程的合成提供实用模型。     

滑坡位移多重分形特征与滑坡演化预测

在系统分析滑坡位移监测资料和位移演化特征的基础上,根据多重分形理论基本原理,对滑坡位移演化所具有的复杂性、突变性和非线性特征进行了分析和研究。单一分形维数对滑坡位移的演化趋势预测存在不足,文中分别以新滩滑坡、丹巴滑坡和黄蜡石滑坡为例,计算了滑坡位移时序演化的多重分维数演化特征。分析和评价位移演化规律与多重分维数演化特征的关系发现,多重分维数D1 > D2 > … > D∞时,滑坡趋于稳定;D1 < D2 < … < D∞时,滑坡向失稳破坏演化。当滑坡位移时序多重分维数演化特征出现拐点时,即分维数由D1 > D2 > … > D∞,经D1 > … > Dn < Dn+1 < … < D∞到 D1 < D2 < … < D∞的演化过程时,滑坡向不稳定的状态演化;当分维数由D1 < D2 < … < D∞,经D1 > … > Dn D2 > … > D∞的演化过程时,滑坡向趋于稳定的状态演化。研究表明,可以运用多重分维数演化特征对滑坡位移演化趋势与规律进行评价与预测。