缓倾角塔柱状危岩压裂损伤-突变失稳预测

陡高边坡灰岩地区缓倾角塔柱状危岩常具有底部压裂诱发整体失稳破坏模式,其损伤-突变失稳机制属于山地灾害关键科学问题之一。以重庆南川区甑子岩W12#危岩崩塌为例,建立了荷载、水致弱化效应耦合下的损伤突变地质力学模型,获得了基于应变等价原理的损伤本构方程及总损伤度演化方程,并将水致弱化函数改进为软化系数的一元三次函数。将地质力学模型概化为等效弹簧模型,通过能量平衡原理建立损伤-折叠突变模型,获得了塔柱状危岩系统压裂失稳判据及临界突变位移特征值表达式。计算表明：W12#危岩压裂失稳时,该系统的控制变量为–0.003 251,小于0,表示该系统进入不稳定状态;计算理论突变位移起始值148.70 mm比实测位移第一拐点值154.34 mm偏小,相对误差约3.65%,偏于安全;理论损伤本构曲线、理论损伤演化曲线与现有文献数值模拟结果趋于一致,所构建的理论预测模型具有较好的适用性。其研究成果可用于预判塔柱状危岩压裂失稳损伤演化过程及突发失稳特征位移值,为灰岩区陡高边坡危岩崩塌监测预警和防灾减灾提供理论依据。     

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟

海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。     

高应力区砂岩加卸载条件下能量变化规律及损伤分析

根据高应力区砂岩三轴压缩试验和峰前卸围压试验的结果,分析了砂岩在不同应力路径下的能量变化规律。试验结果表明,相同围压下,峰前卸围压试验的各能量指标(总吸收能、弹性应变能、耗散能)均小于三轴压缩试验,能量变化特征与其初始应力路径密切相关,且随围压的增大而增大。峰前储存的弹性应变能比耗散能多,耗散能只在临近峰值点处才迅速增加。能量的耗散会导致岩石产生损伤,并且使岩性劣化、丧失强度,从能量角度定义的损伤变量,可以得出结论:开始卸荷低围压下的损伤变量大于高围压下,临近破坏时高围压下的损伤变量大于低围压下;卸围压使岩样束缚减小,加速了损伤的发展,岩样所受的应力状态愈趋不平衡。因此,基于能量的角度来表征岩石的损伤演化更符合实际。     

2018年1月江苏3次致灾暴雪成因对比分析

应用常规天气图资料、FY-2E 云顶亮温(TBB)资料、多普勒雷达观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对江苏2018年1月3—4日(简称“01·04”过程)、1月24—25日(简称“01·25”过程)和1月27—28日(简称“01·27”过程)3次暴雪过程进行了对比分析。结果表明：1)3次暴雪过程都是在500 hPa高空槽、中低层切变线、700 hPa西南急流和地面冷空气的共同影响下产生的;暴雪过程中水汽主要来源于中层,降雪期间逆温层结始终存在。2)不同之处是,“01·04”过程中层暖湿气流先形成,水汽条件更好,而后弱冷空气自低层楔入,促使暖湿气流抬升,上升运动发展更为旺盛;“01·25”过程和“01·27”过程低层先形成冷垫,而后中层暖湿气流增强沿冷垫爬升,冷垫更冷,“01·25”过程逆温更强。3)暴雪过程中TBB稳定低值期基本可以反映强降雪时段;“01·04”过程中有弱对流发展,造成降雪强度大。     

一例苏皖中尺度对流复合体模拟结果的诊断分析

利用2010年7月22日苏皖中尺度对流复合体（MCC）数值模拟输出结果,考察了模式对MCC的模拟能力,并对模拟结果做了动力和热力诊断分析,以揭示盛夏江淮下游MCC的特征。结果表明：1） 三重嵌套网格距为3.3 km的区域WRF模式的模拟效果较佳,结果与实况一致,并可利用模拟降水的范围及强度来确定MCC的位置及演变。2） 此MCC维持约10 h,其南北不对称,并随西太平洋副热带高压西伸北抬而随之北抬。MCC核心区对流层低层有水汽丰沛的入流,并有强辐合区,呈对流不稳定层结;中层有深厚的强上升运动,并因凝结潜热大量释放呈中性层结;高层则有出流;MCC核心区对流降水非常强。3） 在垂直剖面上,该核心区散度存在中低层辐合、高层辐散的柱状结构,此配置有利于强对流维持和加强,中低层以上有深厚的强上升气流柱,这些都是MCC核心区存在强对流的标志。该MCC的螺旋结构表明其中的强对流高度有组织。     

近34年河南首场暴雨时空分布特征及环流背景分析

利用1985-2018年河南省121个国家气象观测站每日20时至次日20时降水资料、常规高空地面观测资料、NCEP1°×1°再分析资料,通过统计和诊断分析方法分析了近34年河南首场暴雨的时空分布特征、影响系统、环流形势和物理量特征。研究结果表明:首场暴雨具有明显的年际变化和月变化特征,主要集中在4-5月,首场暴雨发生时间有提前的趋势;首场暴雨以全省性降水为主,黄淮之间沿黄及其以北和南部地区是暴雨的三个易发区;暴雨出现频次较多的站点和单日雨量最大的站点基本一致,首场暴雨出现的频次从河南省西北部到东南部逐渐增多。首场暴雨的地面影响系统主要是江淮气旋和江淮倒槽两类,高空影响系统500 hPa以低槽为主,700 hPa受低槽、切变线影响,850 hPa受低涡、切变线影响。江淮气旋类暴雨一般热力、动力条件较好,江淮倒槽类暴雨水汽条件较好。首场暴雨的水汽通量、辐合、辐散条件要优于夏季的,垂直速度略小于夏季的,比湿和不稳定度明显低于夏季的。     

一次低涡暴雨过程的诊断分析

利用FNL再分析资料和中尺度数值模式输出的高分辨率资料,分析了2016年6月30日～7月1日发生在重庆的一次低涡暴雨过程的环流背景、水汽输送特征和收支状况、云物理降水机制。结果表明:受500hPa短波槽和700hPa低涡共同影响,以及孟加拉湾和南海的暖湿气流持续输送,为此次低涡暴雨的发生、发展提供了有利的条件;南边界的水汽输入通量对整个暴雨过程中水汽的贡献最大,东边界次之。另外,降水发展不同区域不同时段,云物理降水机制都存在显著差异。渝西降水前期和后期,均为混合相降水;渝东北降水前期云系以冷云为主,后期以暖云降水为主。      

低层偏南气流对一次暴雨过程的动力作用分析和数值模拟

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2010年7月22-25日四川盆地西部出现的一次暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:暴雨出现在对流层低层南海至四川盆地一直维持偏南气流的环流背景下,暴雨与这支偏南气流的风速演变密切相关,降雨强度随南风气流的增强而增强,南风气流增强所形成的风速辐合及正涡度平流是暴雨的主要动力触发因子,暴雨与低层辐合和正涡度平流区域有很好的对应关系.WRF数值模拟试验进一步表明:850 hPa层3h风速演变对中尺度对流系统的发展具有很好的指示意义,在3h风速增大区域的下风方,未来3h对流云团将迅速发展;盆地西部形成的气流辐合与其西侧的高原地形密切相关.     

铜仁2013年4月15日暴雨空报原因及诊断分析

分析实况天气系统、欧洲数值预报及T639物理量要素等形势都指示2013年4月15日夜间到16日白天,铜仁市中北部有一次大雨,局地暴雨的天气发生的可能,结果暴雨并没有出现,仅仅在铜仁市北部出现了小到中雨.为了找到暴雨空报的原因,该文应用NCEP1.0×1.0再分析资料,对此次天气过程进行诊断分析.结果表明:虽然高空槽和850 hPa低层切变线、急流位置支持强降水发生,但是500 hPa南支槽偏西,中层700 hPa切变线明显偏北,贵州主要为西南偏西风气流控制,不利于水汽向贵州地区输送;另外铜仁本地上空的相对湿度值小,同时海上的水汽输送在本地上空无明显辐合,未形成水汽的大量累积,也是不利于暴雨天气出现的一重要因素;另外假相当位温随高度增加,大气层结趋于稳定;强的上升运动持续时间非常短,这也不支持暴雨天气出现.     

《内蒙古气象》征稿简则

《内蒙古气象》主要刊登气象科技领域的综合评述及研究论文,包括：天气、气候诊断分析与预测;气象业务技术经验及业务现代化建设;人工影响天气的有关技术;气象灾害的发生、发展规律及防灾减灾决策;专业气象服务技术方法;气象科技信息动态等。