Considering river structure and stability in the light of evolution: feedbacks between riparian vegetation and hydrogeomorphology

River ecological functioning can be conceptualized according to a four‐dimensional framework, based on the responses of aquatic and riparian communities to hydrogeomorphic constraints along the longitudinal, transverse, vertical and temporal dimensions of rivers. Contemporary riparian vegetation responds to river dynamics at ecological timescales, but riparian vegetation, in one form or another, has existed on Earth since at least the Middle Ordovician (c. 450 Ma) and has been a significant controlling factor on river geomorphology since the Late Silurian (c. 420 Ma). On such evolutionary timescales, plant adaptations to the fluvial environment and the subsequent effects of these adaptations on fluvial sediment and landform dynamics resulted in the emergence, from the Silurian to the Carboniferous, of a variety of contrasted fluvial biogeomorphic types where water flow, morphodynamics and vegetation interacted to different degrees. Here we identify several of these types and describe the consequences for biogeomorphic structure and stability (i.e. resistance and resilience), along the four river dimensions, of feedbacks between riparian plants and hydrogeomorphic processes on contrasting ecological and evolutionary timescales. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

2013年四川芦山MS7.0地震 强地面运动模拟

运用经验格林函数法模拟2013年4月20日芦山M_S7.0地震的近场强地面运动. 在拟合过程中, 首先参考前人远场反演结果给出的滑动量分布特征和主震波形的包络线特征, 确定强震动生成区的大致范围和数量; 然后利用Somerville等提出的地震矩与凹凸体面积的经验关系式确定强震动生成区细小划分的初值, 继而利用遗传优化算法确定以上二者的最优值及其它震源参数. 将数值模拟波形与实际地震观测记录在时间域和频率域分别进行比较, 结果显示, 在所选取的30个观测台站中, 多数台站的数值模拟结果与实际观测结果符合得很好, 特别是大于1 Hz的高频部分. 断层面上有两个强震动生成区, 其位置与前人反演的滑动量集中分布区相一致, 而且强震动生成区规模比Somerville等获得的标度率估计值要小.      

京津冀生产性服务业空间分工特征及溢出效应

生产性服务业在京津冀地区的合理分工对于实现京津冀地区空间协调发展具有非常重要的推动作用。利用2003-2012年京津冀地区13个地级城市面板数据,测算了京津冀生产性服务业分工的空间特征与行业特征,并基于空间面板计量模型,实证检验了生产性服务业各行业在京津冀地区城市之间的空间外溢效应。主要结论：① 北京和天津在京津冀生产性服务业分工体系中都呈现出多样化的特征,而河北省11个城市则呈现出专业化特征,大多专注于金融服务业和交通运输业的发展;② 北京与天津之间的生产性服务业分工程度相对较低,并且从动态上两个城市的生产性服务业结构呈现趋同的趋势;③ 金融服务业、商务服务业、信服务业和交通运输业在京津冀地区的地方化程度较高,而科技服务业和房地产服务业的地方化程度则明显偏低。④ 地方化程度较低的科技服务业和房地产服务业在京津冀地区各城市间的空间外溢效应显著,但受交易成本和对“面对面”接触需求的影响,空间溢出效应随距离增加而衰减,在150 km范围内的空间溢出效应最强;而地方化程度相对较高的交通运输业、金融服务业和商务服务业的空间外溢效应则不显著。信息服务业在京津冀地区城市间的溢出仅体现在相邻城市之间。实证结果一定程度上反映生产性服务业各行业的地方化程度越低,城市之间的空间溢出越易实现。     

生猪养殖产业集聚演化的环境效应研究——以嘉兴市辖区为例

通过引入区位熵的方法,构建生猪养殖产业集聚演化的环境效应模型,旨在从理论层面揭示出生猪养殖污染本身的特殊性和内在的规律性。以嘉兴市辖区为样本的研究表明,生猪养殖污染集聚程度与生猪养殖产业集聚程度存在的倒U型曲线关系,本质上是生产的环境负外部性效应,以及对其实施纠正措施的演化轨迹。生猪养殖生产的环境负外部性效应曲线在污染治理政策的作用下,随着产业集聚程度的提高由向右上方倾斜而逐渐向下弯曲;在受到耕地资源约束时,会向上平移;在因下弯而减轻的污染集聚程度被因上移而增加的污染集聚程度所抵消并盖过时,污染治理政策则有可能是失效的。因此,生猪养殖污染治理政策的实施,必须将城镇化推进所引起的耕地资源的变化考虑在内。     

考虑挤土效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

基于复刚度传递多圈层平面应变模型,研究考虑桩周土挤土效应时成层地基中楔形桩的纵向振动问题。首先根据桩周土体的纵向成层情况并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段,对每个微元段的桩周土体建立复刚度传递多圈层平面应变模型,并通过剪切复刚度递推方法求得桩周土作用在桩身的剪切复刚度;然后将求得的剪切复刚度代入桩身纵向振动控制方程,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,推导得到考虑桩周土挤土效应时成层地基中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解;最后,采用参数研究方法在低频范围内分析挤土效应对桩顶复阻抗的影响及其规律。     

土体直剪力学特性颗粒尺度效应理论与试验研究

土体是一种颗粒物质,其强度与变形特性具有显著的颗粒尺度效应。根据土体颗粒间的连结性状和微重比,将土颗粒划分为基体颗粒与加强颗粒。构建了反映土体内部材料信息和颗粒特征信息的土体胞元,基于应变梯度理论建立可以描述土体颗粒尺度效应的土体胞元模型。设计一系列饱和重塑土的直接快剪试验以研究土体直剪力学特性的颗粒尺度效应,并定量计算了土体胞元模型的应变梯度和內禀尺度等微细观计算参数。试验结果表明,土体的剪切屈服应力随加强颗粒体积比和平均应变梯度的增加而增加,且与加强颗粒体积比呈近似线性关系,与平均应变梯度呈抛物线关系;加强颗粒粒径对土体的剪切屈服应力影响不明显。土体剪切屈服应力的试验结果与土体胞元模型的预测结果一致。     

考虑非达西效应的酸蚀裂缝流场数值模拟

酸压改造后的酸蚀裂缝是储层流体的主要流动通道,研究流体在酸蚀裂缝中的流动规律是十分必要的。本文介绍了目前裂隙流动研究中的4种常用控制方程及各自的适用条件,确定了Navier-Stokes方程为酸蚀裂缝流场数值模拟的控制方程。为了分析酸蚀裂缝流场分布规律以及非达西效应对裂缝导流能力的影响,利用逆向工程技术对两种不同刻蚀形态的酸蚀岩样壁面进行了实体重构,并采用有限元数值模拟方法进行了不同流量下的酸蚀裂缝流动试验。结果表明：酸刻蚀形态和裂缝接触关系对流场分布的影响较大。隙宽分布平滑的均匀刻蚀裂缝,其流态稳定、曲折度低,但由于裂缝开度较窄且比表面较高,边界层效应明显,流体流动时产生的黏滞阻力较高;沟槽裂缝曲面粗糙,隙宽分布复杂,流体流动时流态不稳定,曲折度高,在高流量下会产生明显的涡流流动,增大惯性阻力。裂缝通道存在缩颈现象会引起流体绕流和多次加减速,产生额外的压力损耗。随着模拟流量的增大,压降与流量会逐渐偏离线性关系而呈现出非达西流动现象。酸蚀裂缝壁面越粗糙,产生非达西效应时的临界流量和临界雷诺数就越小,在相同流量下非达西效应就越强烈,导流能力下降速率更快。     

降雨对路堤斜坡稳定性影响的时间效应

以某高速公路填筑试验路堤为例,基于非饱和土渗透及强度理论,采用渗流场与应力场、稳定性计算耦合的方法,对两种不同透水特性的路堤在降雨过程中孔隙水压力和稳定性系数随时间变化的特点及规律进行较为深入的探讨。结果表明,（1）透水性能较好的路堤斜坡下部降雨入渗要强于斜坡上部,透水性能较差的路堤斜坡,雨水往往以近似于均匀的形式入渗;（2）透水能力强的路堤斜坡在短暂的超强降雨或者强度较低但持续时间超长的降雨过程中,其最小稳定性系数易于出现滞后现象,一般滞后0.5～3 d,透水能力差的路堤斜坡最小稳定性系数有显著滞后特点,一般滞后7～15 d;（3）总降雨量一定、雨强大于等于50 mm/d条件下透水能力强斜坡能达到的最小稳定性系数随降雨时间增长而降低,而透水能力差的斜坡最小稳定性系数受雨强和降雨时间共同影响。     

多孔介质中水泥浆三维锋面特征研究

深层渗滤效应普遍存在于多孔介质的渗透注浆过程中,并起着非常重要的作用。基于质量守恒方程、线性滤过定律、渗流连续性方程及Darcy定律,建立了水泥浆三维锋面的理论模型;通过现场试验,研究了水泥浆三维锋面扩散运移及沉积层渗透系数的变化规律,并将试验值与模型理论值进行了对比分析。结果表明,沉积层渗透系数随水泥浆锋面的扩散运移动态变化;当注浆压力恒定时,水灰比越小,深层渗滤效应越显著,浆液扩散距离相应越短;相同扩散距离时,受重力效应的影响,注浆点源之上的沉积层渗透系数大于注浆点源之下的沉积层渗透系数;浆液扩散距离及固定位置处的沉积层渗透系数均与水灰比呈正相关。研究成果可指导工程设计,具有一定的实际应用价值。     

不同平衡堆载条件下桩基承载特性的原位试验研究

沿海吹填围垦地区土质较差,淤泥软弱土层较厚,在后期填土作用下土体会产生很大的固结沉降。后期不同堆载填土方式对桥梁基础影响较大,可降低基桩承载力,同时平衡堆载主要增加基桩的沉降,而不平衡堆载则对基桩水平位移影响较大。结合台州湾大桥工程建设,选取3根基桩进行了平衡堆载（围载）试验,另外,选取了3根基桩进行了不平衡堆载试验,研究不同堆载条件下对桩基承载特性的影响。现场试验结果表明,平衡堆载条件下主要引起桩侧产生负摩阻力,堆载高度达到4 m,堆载面积为24 m×16 m时,负摩阻力总和达到2 687 kN左右,中性点深度约为29.5 m,约为0.36倍桩长,且负摩阻力的发展是随时间而变化的;不平衡堆载条件下主要产生土拱效应,使桩基产生较大的水平位移,试验中不平衡堆载对吹填区的影响主要在距离地面20 m范围之内,土中最大水平位移出现在距离地面4～5 m左右位置,而桩身最大水平位移出现在桩顶。