Probability of scour depth exceedance owing to hydrologic uncertainty

The average risk of a bridge over water in the USA collapsing from scour during its 75 years design life is estimated at 3.7×10^?3. This risk makes scour of foundations the number one cause of bridge collapse and 3 times larger than the next cause of bridge collapse, which is collisions. The current paper presents a site specific method to estimate the probability that a certain scour depth will be exceeded during the life of a bridge. The methodology is limited to some uncertainties associated with the randomness of hydrologic conditions. It does not include uncertainties associated with other input parameters, such as geometry and soil erodibility or uncertainties associated with the scour prediction model. The SRICOS–EFA method is used as the reference method to predict the scour depth. This method requires three inputs: the hydraulic parameters (e.g. velocity hydrograph), the geometry parameters (e.g. pier size) and the soil erodibility parameters (e.g. erosion function). The input is used together with the program to generate the scour depth versus time over the period of interest. The final scour depth is that reached at the end of the specified period. This paper proposes a probabilistic framework to present the final scour depth as a cumulative density function. The cumulative density function of the flow is sampled randomly to give a future hydrograph, which has the same mean and standard deviation as the original hydrograph. For this synthetic hydrograph a final scour depth is obtained by using SRICOS–EFA. Thousands of equally likely hydrographs are generated and the corresponding final scour depths are organized in a distribution. That final scour depth distribution gives the probability that a chosen scour depth will be exceeded.     

An analytical solution for the nonlinear distribution of effective and total stresses in vertical backfilled stopes

The increasing use of backfill in underground mines requires a proper evaluation of the stress state in and around the filled openings. This is, however, a relatively complex issue due, in part, to the large contrast in strength and stiffness between the backfill material and surrounding rock mass. In recent years, it has been shown that arching theory, based on limit equilibrium analysis, can be used to estimate the stress distribution in backfilled stopes. Nonetheless, many simplifications are involved in such analytical solutions and this affects the precision and significance of the calculated results. In this paper, a previously developed solution is enhanced by introducing the combined effects of non-uniform vertical stress distribution and positive pore water pressure. This leads to a more representative analytical solution, as demonstrated by successful comparisons with numerical simulations. The results indicate that the proposed solution can be used to estimate the effective and total stress state in submerged or partially submerged backfilled stopes with a simple geometry.     

云凝结核浓度对不同弗罗德数下形成的地形云和降水的影响

云凝结核(CCN)对云和降水的影响除与其物理化学性质密切相关外,还受到气象条件的影响,但此类研究较少。文中基于WRF中尺度数值模式,引入了表征大气层流速、层结稳定度和地形关系的湿弗罗德(Fw)数,研究揭示了CCN浓度的变化对不同Fw下形成的地形云和降水的影响。研究表明,当Fw≤1,接近临界流时,地形阻挡起主要作用,地形抬升和重力波作用主要发生在迎风坡一侧,主要形成层状云和向上游传播的浅对流波状云,降水主要发生在靠近山顶的迎风坡一侧。在此种情况下,CCN浓度升高对地形云和降水影响较小,当CCN浓度由100 cm~(-3)增至1000 cm~(-3)时,云滴含水量增大,但雨水含量减小,说明云粒子向降水粒子的转化效率降低,CCN浓度升高抑制了暖雨过程。但在云发展后期,云滴被上升气流带至高层形成过冷云滴,与雪粒子发生碰并形成霰粒子,使冰相物理过程有所增强。CCN浓度升高可导致20 h累积降水量减少10—15 mm,约减小7%—8%;当Fw1时,CCN浓度升高会导致20 h地形云累积降水量减小超过50%,最大达到96%,导致地形云几乎不产生降水,而且降水量峰值位置向山顶后移动5—10 km。研究表明,降水显著减小的原因不仅与CCN浓度升高有关,过山气流产生的背风坡焚风效应也起了非常重要的作用。由于CCN浓度升高形成了大量云滴粒子,使雨滴形成效率显著降低,不能形成降雨的大量云滴被强过山气流快速带至下游背风坡区,由于背风坡下坡气流的绝热加热形成的焚风效应很显著,导致云滴和雨滴快速蒸发,使降水显著减小。这一结果可以解释在落基山脉、以色列及中国华山发现的地形降水减小30%—50%的现象,说明气象环境条件在气溶胶影响降水中起重要作用,污染气溶胶与背风坡焚风效应产生的叠加效应可造成地形云降水显著减小。     

塔里木盆地河水氢氧同位素与水化学特征分析

塔里木盆地是内陆地区重要的能源战略基地,研究其地表水的氢氧同位素和水化学特征对于区域水资源研究有重要意义.分析了塔里木盆地主要河流的河水样品δD-δ18O之间的关系以及主要离子与C1-之间的变化关系,得出如下认识:天山南麓和盆地西南部河水样品的δD、δ180值之间的差异主要是由同位素的高程效应引起的,昆仑山北坡河水样品的δD、δ180值之间的差异是同位素的高程效应和大陆效应共同作用的结果;渭干河、阿克苏河、喀什噶尔河、和田河中Na+主要来源于河水对蒸发盐石盐的溶解,K+主要来自于矿物的风化过程,喀什噶尔河流域中Ca2和SO42-主要来自于石膏的溶解,渭干河、阿克苏河、和田河流域中的Ca2和SO42-不来源于高溶解度的矿物.     

三维电磁阵列剖面法的基本原理及应用

本文论述了三维电磁阵列剖面法的基本原理，并从理论上论述了大地电磁测深中的静态效应是由电磁响应中与频率无关的静态项引起的，基于这一原理，本文提出了三维ＥＭＡＰ野外采集方式和数据处理方程。三维ＥＭＡＰ法不仅能消除ＭＴ中的静态效应，而且由于采集信息量大大增加，较常规ＭＴ有更好的地质效果，文中给出的实例证明了这一点。     

岩石声发射Kaiser点信号频带能量分布和分形特征研究

通过单轴加载岩石破坏全过程声发射试验,根据Kaiser效应原理采用参数法确定了Kaiser点.在此基础上,首先采用小波包频带分解方法,对岩石声发射Kaiser点信号的能量分布特征进行了研究,分析了砂岩声发射信号的不同频带能量分布规律,得到了Kaiser点特征频带能量百分比大于相邻点的重要结论.其次,采用G-P算法计算了声发射过程关联分维数,结果表明声发射过程不仅具有分形特征,而且Kaiser点声发射信号关联分维数小于其相邻点,其结论可作为通过波形分析识别Kaiser点的特征.     

双频道频谱激电非线性效应研究

利用双频道激发极化法，在封闭条件下和三维大水槽中，对４０余块各种天然矿物标本进行了频谱激电非线性效应研究．实验结果和理论分析表明，当电流密度增加到一定程度时，将出现激电非线性现象．用双频道频谱激电方法，将得到锯齿状频谱曲线．不同类型的矿物，锯齿状频谱曲线具有不同的特征，为评价激电异常源性质提供了新方法．     

新型抗滑结构围桩-土的耦合效应分析

在引入围桩-土耦合式抗滑结构的基础上建立数值分析模型;通过分析该抗滑结构中围桩-土的应力、应变分布规律,详细探讨围桩-土整个结构的耦合效应特征。进一步开展模型试验,测试并分析围桩前、后土压力和桩身弯矩分布特征,论证了围桩-土耦合式抗滑结构的作用机制。最后,分析了桩后距离、不同深度及不同土体强度参数对土拱效应的影响。得到：（1）围桩与桩内土体耦合呈现出4种应力拱形态：紧邻围桩后为扩肩型拱、围桩间双曲线型拱、围桩间凸向桩外的抛物线型拱、围桩间凸向桩内的抛物线型拱;（2）相邻围桩采用约4倍桩径间距、正六边形布置并顶部用圈梁固结、锚固一定深度可形成一种耦合式抗滑结构。该结论对于该新型抗滑结构的推广应用具有一定的指导意义。     

福建尤溪山头顶银金多金属矿土壤异常特征及找矿效果

尤溪山头顶矿区通过土壤测量,分析多元素衬度累加异常特征、异常元素组合特征,优选异常进行查证,经地表探槽揭露及深部钻孔验证,发现2个规模较大的银金多金属矿（化）带,新发现银金多金属矿体12个,取得较好的找矿效果.     

河岸带潜流层动态过程与生态修复

河岸带潜流层是河岸带内地表水与地下水相互作用的生态交错带,在水文地理学、生态学、环境学上含义不尽相同。河岸带潜流层具有复杂的垂向、横向、纵向结构特征,其边缘效应显著,表现为泥沙、水流、生物、环境化学因子之间的复杂动态过程,主要包括水动力动态过程、生态学过程、溶质循环与化学过程等。水动力动态过程是驱动条件,氧气浓度是生态过程、溶质循环和化学过程的决定性因素。在各动态过程的驱动下,河岸带潜流层具有调蓄洪水、削减污染、净化缓冲环境和提供适宜栖息地等功能。针对河岸带潜流层功能退化的问题,需开展健康诊断,明确致病机理,实施适宜的生态修复。未来中国在开展河岸带潜流层研究时,应根据中国河岸带特点,采用示踪试验、数值模拟等方法,集成GIS等现代技术手段,研究多尺度下,水文条件、地形变化、土壤渗透系数、河岸带建设方式、植被分布等对河岸带潜流层水文、热传导、生化、生态等的影响机制,准确界定河岸带潜流层区域范围,制定适宜的生态修复策略。