A simple critical state interface model and its application in prediction of shaft resistance of non-displacement piles in sand

A simple semi-hyperbolic state-dependent constitutive model for sand-structure interfaces is proposed. The model formulation is consistent with critical state soil mechanics since void ratio evolves continuously with shear strain from initial state towards asymptotic critical state at extremely large shear strains. The model takes into account influence of normal stiffness on volume change and stress path. The proposed interface model is implemented in a pile segment analysis scheme for simulation of shaft resistance mobilization in non-displacement piles. Results reveal that the proposed pile segment analysis can well predict shaft resistance of model piles embedded in different sands.     

陆地生态系统氮状态对碳循环的限制作用研究进展

陆地生态系统碳循环和氮循环密切相关, 碳贮量与碳通量在很大程度上受氮循环的影响 和限制。由于氮循环的复杂性, 在以往的大多数碳循环研究中, 更多考虑水分、温度和大气CO2 浓 度等因子的影响, 考虑碳氮相互作用的研究较少。氮素可限制植物光合、有机质分解、同化产物的 分配以及生态系统对大气CO2 浓度升高的响应。根据目前有关碳氮模型的发展状况可将碳氮耦 合循环模型分为三大类: 一是静态模型, 它的土壤养分水平或者叶氮含量不变, 是常数, 这类模型 适合于在站点或氮素浓度变化不大的区域应用; 二是土壤氮限制模型, 能够保持稳定的生态系统 氮收支, 在NPP(Net Primary Productivity, 净初级生产力)的模拟中考虑土壤氮有效性的动态变化 的影响, 使模拟结果更为合理; 三是叶氮限制模型, 在NPP 的模拟中考虑叶片氮浓度的动态变化 的影响。这三类模型虽然都考虑了氮对碳循环的限制作用, 但在氮碳循环机理方面尚有不少欠 缺, 所以在研究中可能会带来很大的不确定性。在以后的研究中, 应通过加强碳氮相互作用的实 验研究, 增进对碳氮过程的深入了解, 进而建立综合动态的碳氮耦合模型, 以减少目前碳循环研 究中的不确定性。     

Integrating lysimeter drainage and eddy covariance flux measurements in a groundwater recharge model

Abstract

Field-scale water balance is difficult to characterize because controls exerted by soils and vegetation are mostly inferred from local-scale measurements with relatively small support volumes. Eddy covariance flux and lysimeters have been used to infer and evaluate field-scale water balances because they have larger footprint areas than local soil moisture measurements. This study quantifies heterogeneity of soil deep drainage (D) in four 12.5-m² repacked lysimeters, compares evapotranspiration from eddy covariance (ET_EC) and mass balance residuals of lysimeters (ETwb_Lys), and models D to estimate groundwater recharge. Variation in measured D was attributed to redirection of snowmelt infiltration and differences in lysimeter hydraulic properties caused by surface soil treatment. During the growing seasons of 2010, 2011 and 2012, ETwb_Lys (278, 289 and 269 mm, respectively) was in good agreement with ET_EC (298, 301 and 335 mm). Annual recharge estimated from modelled D was 486, 624 and 613 mm for three calendar years 2010, 2011 and 2012, respectively. In summary, lysimeter D and ET_EC can be integrated to estimate and model groundwater recharge.

Editor D. Koutsoyiannis     

初始应力各向异性土的弹塑性模型

剑桥模型沿球应力轴(p 轴)等向塑性体变硬化; 在日本广泛采用的关口 — 太田模型沿初始固结线( K0 线)不等向塑性体变硬化。三轴试验数据表明: 自 K0 状态向伸长方向剪切时, 前者方法计算的体积应变偏小, 而后者方法计算的体积应变偏大。 作者提出一种介于上述两者之间 、考虑初始应力各向异性(如 K0 固结)的不等向塑性体变硬化弹塑性模型。 为了使模型在三维应力下较好地反映土的强度和变形特性, 模型的剪切屈服准则使用 SMP 准则。模型的土性参数与剑桥模型一样, 其预测值与粘土实测值的比较表明, 提出的模型是简单合理的, 可望在实际工程计算中得到使用。     

基于恒速压汞技术研究页岩气储层孔隙结构:以湘西北地区五峰组页岩为例

页岩气储层孔隙结构是页岩气富集成藏、储层评价和优选有利区的关键参数,区分孔隙和喉道是表征页岩气储层孔隙结构的关键。本文选择4块具有不同渗透率的湘西北地区奥陶系五峰组页岩为研究对象,基于恒速压汞实验讨论孔隙和喉道的大小、分布特征及其相互关系以及与渗透率的联系。结果表明:具有不同渗透率的页岩样品表现为较为相近的孔径分布特征但差异较大的喉道分布特征。页岩样品渗透率的大小与孔隙半径没有明显相关关系;喉道大小及其分布特征是控制低渗储层孔隙结构的关键要素之一。渗透率较低页岩样品的喉道以喉道半径小且集中分布为特征,而渗透率较大页岩样品的喉道以喉道半径大呈分散分布但主要以大喉道为特征。喉道特征是研究页岩气储层储集空间和吸附能力的重要部分,在以后对页岩气的勘探开发中应特别注意及重视。     

GRAPES区域扰动预报模式动力框架设计及检验

设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设计扰动预报模式时采用了两个时间层半隐式半拉格朗日方案对动量方程、热力学方程、水汽方程和连续方程进行时间差分,空间差分方案的变量分布水平方向采用Arakawa C跳点网格,垂直方向采用Charney/Phillips跳层。利用代数消元法进一步推导得到只包含未来时刻扰动Exner气压的亥姆霍兹方程,进而通过广义共轭余差法(GCR)求解,在此基础上得到未来时刻扰动量的预报值。基于所开发的扰动模式开展了数值试验。首先在非线性模式中施加一个中尺度初始扰动高压,得到初始扰动在非线性模式中的后续演变,然后将相同的初始扰动作为扰动模式的初值进行时间积分,将扰动模式预报的结果与非线性模式的结果做了对比。结果表明,所开发的扰动模式GRAPES_PF较好地模拟了惯性重力内波的传播过程:初始高压扰动激发了一个迅速向外传播的惯性重力内波,...     

京津冀协同治理的回顾与前瞻

京津冀区域治理是伴随三地协作发展的进程,从政府层面的管制转向各利益主体协调治理,从自上而下的竞争合作转向上下结合的协同合作的一系列有效应对举措。经过30多年的努力,学界和政府部门已经形成了较为丰富的京津冀区域治理研究成果。通过梳理自1984年以来相关区域的研究,尝试从时空维度厘清京津冀区域治理的研究脉络及其变化,剖析目前京津冀区域治理所涉及的治理模式、协调体系、以及形成的发展策略,为改进和提高京津冀区域治理效果提供参考。京津冀协同治理过程是学术界与政府的互动融合过程,其中政府的作用居主导地位。未来将在治理主体、治理机制、治理效果评价和文化、医疗、养老等领域的协调发展方面得到深化和细化。     

结节区视角下江苏省区域空间结构演化研究——对区域共振轴结构模式的探讨

长时间序列的区域空间结构的演化规律, 一直是空间结构模式分析中的薄弱环节, 而历史过程的长时段分析, 有助于对区域空间结构现状研判和对未来优化提供科学支撑。本文从结节区的视角, 对江苏省域地区过去2800 年间发展轴线产生、发展、主导、跃迁的全过程进行系统解析。选取春秋、隋、元、今4 个时点作点-轴、双核型空间结构的横向比较, 认为存在4 个发展阶段:春秋至南北朝、隋至南宋、元至清、民国至今;其中, 元至清和民国至今阶段, 分别发现区域发展中存在双核共振轴、港城共振轴现象。共振轴结构模式指区域中心城市(或市区)轴与门户港城(或港口县域)轴及其交通链接所形成的一种空间结构现象, 存在于过渡型区域发展背景下的沿江与沿海区域。最后, 从城市职能的变迁、点-轴型发展轴的跃迁、现代交通线的布局、相邻区域(上海)4 方面对江苏省区域空间结构的演化机理进行分析。     

完全非线性波浪与二维固定结构物作用的IGN-BEM耦合分析模型

为高效准确地对完全非线性波浪与二维固定结构物的相互作用进行模拟分析,建立了二维完全非线性时域耦合模型。耦合模型将计算域划分为靠近结构物的内域和远离结构物的外域,每个区域均采用满足完全非线性自由水面边界条件的波浪模型进行求解。在内域使用Laplace方程描述流体运动并采用高阶边界元法（BEM）对其进行求解;而在没有结构物的外域,波浪运动的控制方程为Irrotational Green-Naghdi（IGN）方程并采用有限元法（FEM）对其进行求解。内域和外域通过一段重叠区域进行耦合,从而实现模型间变量的传递。首先利用耦合模型分别对规则波的传播、直墙前立波的生成以及相关物理模型试验进行模拟,数值结果与精确解和试验结果的良好吻合验证了耦合模型耦合方式的合理性以及处理非线性问题的准确性;然后使用耦合模型模拟分析了波浪与固定结构物间的相互作用,并将结果与线性解析解以及完全非线性BEM模型的结果进行了对比分析,进一步证明了耦合模型的正确性与高效性。     

Impacts of systematic precipitation bias on simulations of water and energy balances in Northwest America

At high latitudes and in mountainous areas, evaluation and validation of water and energy flux simu-lations are greatly affected by systematic precipitation errors. These errors mainly come from topographic effects and undercatch of precipitation gauges. In this study, the Land Dynamics （LAD） land surface model is used to investigate impacts of systematic precipitation bias from topography and wind-blowing on water and energy flux simulation in Northwest America. The results show that topographic and wind adjustment reduced bias of streamflow simulations when compared with observed streamflow at 14 basins. These systematic biases resulted in a -50%-100% bias for runoff simulations, a -20%-20% bias for evapotranspiration, and a -40%-40% bias for sensible heat flux, subject to different locations and adjustments, when compared with the control run. Uncertain gauge adjustment leads to a 25% uncertainty for precipitation, a 20% 100% uncertainty for runoff simulation, a less-than-10% uncertainty for evapotranspiration, and a less-than-20% uncertainty for sensible heat flux.