黄河上游近60年水沙变化特征及其影响因素

由于受人类活动及气候变化影响,黄河上游干流水沙特征发生显著变化。为探究黄河上游水沙变化情况,基于黄河上游5个水文站1964-2019年水沙、遥感影像等数据,利用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法、累积距平曲线和双累积曲线等突变检验方法和小波分析法,对黄河上游水沙变化特征进行研究。利用水沙关系曲线及线性回归法等方法估算人类活动和气候对水沙变化的贡献率,并着重讨论梯级水库建设及土地利用变化对水沙的影响。结果表明:1)黄河上游玛曲-小川段流域内降雨量和径流量变化幅度不明显,贵德站、循化站、小川站1986-2019年年均输沙量分别减至1964-1985年的9.8%、24.6%、38.8%,输沙量大大减少。黄河上游玛曲-小川段径流量突变多在1986年,输沙量突变多在1969、1986、2004年,径流量存在8、16、22 a周期,输沙量存在4~8、18~21、27 a周期。2)1969年后,河流输沙能力增强,水沙关系显著改变。在不同时段内,人类活动对径流量变化在1987-2019年贡献率为66.3%,对输沙量变化在1970-1986、1987-2004、2005-2019年的贡献率为72.96%、70.73%、69.7%。人类活动对黄河上游干流水沙影响占据主导因素。3)刘家峡水库淤积最为严重,单库运行期水库淤积量为2.39亿t,排沙比变化范围为1.39%~10.7%。梯级水库联调使得径流量在1964-2004年间减少47.8%,1964-2019年间梯级水库减沙94.8%,梯级水库对输沙量影响远大于对径流量的影响。4)1980-2020年间,草地面积增加了1880.03 km²,增幅3.1%,有利于减少输沙量,草地拦沙效益大于截流效益。     

城市热岛强度订正与供热量预报

利用公主坟自动气象站(供热区)和北京市观象台(郊区)间1997～2001年4个冬季逐月(11月～3月)逐日4次气温差值,研究了城市热岛变化特征,结合其他研究提出了北京市各供热区城市热岛强度订正原则和初步结果。对北京市2001～2002年采暖季的室内外气象-热力试验数据进行科学分析,求出不同环境温度条件下单位面积供热量模式,按此模式运行则存在较大节能空间。     

Predicting Net Cross-Shore Total Load Transport: A Phase-Averaging, Quasi-Steady Approach Incorporating Undertow Contribution

Wave shapes that induce velocity skewness and acceleration asymmetry are usually responsible for onshore sediment transport, whereas undertow and bottom slope effect normally contribute to offshore sediment transport. By incorporating these counteracting driving forces in a phase-averaged manner, the theoretically-based quasi-steady formula of Wang (2007) is modified to predict the magnitude and direction of net cross-shore total load transport under the coaction of wave and current. The predictions show an excellent agreement with the measurement data on medium and fine sand collected by Dohmen-Janssen and Hanes (2002) and Schretlen (2012) in a full-scale wave flume at the Coastal Research Centre in Hannover, Germany. The modified formula can predict the net onshore transport of fine sand in sheet flows. In particular, it can predict the net offshore transport of medium sand in rippled beds through enlarged bed roughness, as well as the net offshore transport of fine-to-coarse sand in sheet flows with the aid of a new criterion to judge the occurrence of net offshore transport.     

不同堆载形式对群桩负摩阻力的影响

在既有桥墩桩基础周围土体堆载时,会引起土体的沉降和侧向变形,进而在桩身产生负摩阻力,对桩基变形及承载性能有很大影响。为研究围载和单侧边载作用下群桩中不同位置桩基的受力差异,以3×3群桩基础为研究对象,进行围载和单侧边载作用下的模型试验,分析了不同位置桩基轴力、侧摩阻力、中性点位置和基桩承载力安全系数等的变化规律及差异。研究结果表明：围载工况下,角桩的轴力、侧摩阻力最大,边桩次之,中心桩最小;中性点位置角桩最深,边桩略高,中心桩距桩顶最近。边载工况下,靠近边载侧和中间一排桩基轴力、侧摩阻力与围载时的变化规律类似,远离边载侧的一排桩基受边载影响较小,无负摩阻力;各桩基中性点位置变化规律类似于围载工况。与围载工况相比,边载时同一位置桩身轴力、负摩阻力均较小,中性点位置较高。与单侧边载工况相比,围载时各基桩承载力安全系数FS均较小且随荷载的增大衰减梯度较大。该研究成果为不同堆载形式下群桩基础的设计提供参考。     

碎石土斜坡水平受荷桩承载特性研究

斜坡上的桩基础的承载性能是复杂多变的。对于四川西部山地地形较广泛,且地基覆盖层多为特有的碎石土地层来说,水平受荷桩的相关研究还较少。为了研究碎石土地基斜坡上单桩基础的水平承载特性及桩土间的相互作用,通过现场水平静载荷试验在坡度为0°、15°、30°、45°的条件下,探讨桩身变形、桩身弯矩、土压力的变化。运用FLAC3D有限元分析软件得出水平荷载作用下,碎石土斜坡不同坡度的桩基础与桩周土之间的应力云图、位移云图的变化特点。将数值模拟结果与现场试验结果进行了对比,提出了单桩水平临界荷载和极限荷载在不同坡度区间内取值时的折减系数,为实际工程提供一定的参考。     

大直径超长灌注桩水平承载性能的参数敏感性

大直径超长灌注桩是高规格建（构）筑物桩基工程的发展趋势,但有关其水平承载性能的研究还较少。依托江苏靖江文化中心大直径超长灌注桩建设项目,通过现场试桩试验获得了桩身水平受力及承载变形特征。采用孔压静力触探（CPTU）测试p-y曲线法构建了大直径超长灌注桩水平承载数值计算模型,在与现场试桩结果比对验证之后,进一步研究了桩径尺寸效应、桩顶嵌固形式、桩身倾角、竖向载荷对大直径超长灌注桩的影响规律。最后通过计算各影响因素的参数敏感度,实现了对大直径超长灌注桩水平承载性能参数敏感性的客观定量评价。研究结果表明：原位测试CPTU可以很好地应用于大直径超长灌注桩的水平承载分析,大直径超长灌注桩参数敏感度由大到小依次为：桩顶嵌固形式、尺寸效应、竖向荷载、桩身倾角。     

南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中有机质的分布和降解状态的差异

利用气相色谱法对南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中正构烷烃(n-alkanes)和脂肪酸进行测定和分析,结合粒径、比表面积(specific surface area,SSA)、有机碳(OC%)、碳稳定同位素(δ~(13)C)等参数研究有机物来源和降解状态,并对其影响因素进行分析。研究结果表明:沉积物主要以粉砂为主,平均粒径分布范围在10.97—517.21μm之间,选取的16个站位的比表面积平均值为8.05m~2/g,最大值是S23站位的24.46m~2/g,最小值是S29站位的1.73m~2/g,OC%含量在0.15—1.18之间,δ~(13)C值为–23.05‰—–21.24‰。沉积物中正构烷烃碳链的分布范围是nC_(14)—nC_(33),低碳数峰群以nC_(16)、nC_(18)为主峰碳且具有偶碳数优势,高碳数峰群以nC_(29)为主峰碳。脂肪酸的碳数分布范围是nC_(14)—nC_(30),低碳数单峰型分布,短链饱和脂肪酸(short chain saturated fatty acids,SCSFA)和单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)的含量占总脂肪酸含量的70%以上,长链饱和脂肪酸(long chain saturated fatty acids,LCSFA)的含量不到10%,据此说明这两个区域有机质均以海源输入为主。在有机物保存和降解方面,海南岛附近海域有机质载荷(OC/SSA)和δ~(13)C之间的正相关,表现了良好的陆源和海源的有机物更替,但是珠江口附近海域系列样品却未见相似过程。不仅在物源更替方面,在有机质降解特征上珠江口附近海域中的有机物与海南岛附近海域和南海陆架深水区也有很大的差别。海南岛附近海域和南海陆架深水区有机质的降解符合一般规律,随着水深的增加降解程度逐渐变大,然而珠江口附近海域随着水深的增加有机质却越来越"新鲜"。结合前人对珠江口附近海域黏土矿物组成的研究,本文认为珠江口附近海域沉积物中有机质之所以会出现上述"异常"可能是因为该研究区域黏土矿物对有机质选择性吸附所导致。     

Experimental investigation of the vertical pullout cyclic response of bucket foundations in sand

A series of 1 g model tests was conducted to investigate the accumulated vertical pullout displacement and unloading stiffness of bucket foundations embedded in dry and saturated sands. The foundations were subjected to vertical pullout cyclic loading with different load amplitudes. Cyclic load was applied up to 10⁴ cycles. Test results showed that the accumulated vertical pullout displacement increased with the increase in the number of load cycles and cyclic load amplitudes. The unloading stiffness of the bucket foundations decreased with the increase in load amplitude and number of cycles. Empirical equations were proposed based on the test results to evaluate the accumulated vertical pullout displacement and unloading stiffness of the bucket foundations in saturated sand. These equations can be used for the preliminary design of single or tripod bucket foundations.     

Evaluation of pullout load capacity of suction caissons in sand using a three-dimensional displacement approach

An investigation was conducted to obtain analytical solutions for the pullout behavior of a suction caisson undergoing inclined loads in sand. The inclined load is transformed into an equivalent load system in which the vertical, horizontal, and moment loads are applied on the center of the lid of the suction caisson. The vertical and lateral stiffness coefficients along the skirt of the suction caisson in sands are presented using the new three-dimensional elastic solutions taking into account the nonhomogeneous and nonlinear properties of the sand. The vertical, lateral, and rocking stiffness coefficients on the base of the suction caisson are presented considering the solutions of a hollow rigid cylindrical punch acting on the surface of a soil. The yield, pullout, and failure for sands with the nonhomogeneous and nonlinear characteristics are taken into consideration. The effects of the load inclination, the loading depth, and the aspect ratio on the pullout load capacity of the suction caisson are presented. Behaviour of the suction caisson in sand prior to failure is clarified from the relationship between tensile load, displacement, and rotation and that between depth, vertical pressure, and lateral pressure.     

基于南海定点观测数据的强风场特性研究

为了满足我国海洋工程抗风设计需求,在南海某海洋平台定点开展了原型测量工作。通过对海面上82 m和29 m两处开展实测工作,获得了冬季寒潮和超强台风"尤特"影响下的风场现场实测数据。利用非平稳过程分析方法对两类强风过程的脉动风分量、湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风谱等风场特性进行了分析。验证了脉动风分布的高斯性,给出了湍流强度与阵风因子的非线性拟合参数,分析了不同高度处风场特性剖面变化规律,证明了脉动风实测谱与Von Karman经验谱的良好拟合关系。