边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法

提出基于非侵入式随机有限元法的边坡可靠度分析方法,并编写计算程序NISFEM。采用有限元滑面应力法计算边坡安全系数,将Hermite随机多项式展开与SIGMA/W和SLOPE/W模块有机结合实现边坡可靠度非侵入式随机分析。根据随机多项式展开系数,给出边坡安全系数前4阶统计矩（均值、标准差、偏度和峰度）和Sobol指标解析表达式,并采用Sobol指标进行边坡可靠度参数敏感性分析。最后,以均质土坡可靠度问题为例,证明该方法在边坡可靠度分析中的有效性。结果表明,边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法能够有效地考虑边坡变形对边坡可靠度的影响,计算效率远远高于蒙特卡罗模拟方法（MCS）,是解决复杂边坡可靠度问题一种有效地分析手段;黏聚力和内摩擦角变异性对边坡安全系数前四阶统计矩具有明显的影响,重度变异性对安全系数前4阶统计矩几乎没有影响;抗剪强度参数间负相关性对边坡安全系数均值几乎没有影响,但对安全系数标准差、偏度和峰度均有明显的影响。此外,随着抗剪强度参数间负相关性的增加,边坡安全系数由近似正态分布逐渐变为明显的非正态分布。     

降雨过程中边坡临界滑动场

降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降,是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场,基于Fredlund提出的非饱和土抗剪强度理论,对边坡临界滑动场进行改进,提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法,能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算,分析降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响,并将计算结果与其他方法进行比较,结果表明临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面,计算的安全系数合理。     

基于有限元强度折减法的抗滑桩滑坡推力及抗滑桩内力可靠性分析

现行的抗滑桩滑坡推力以及抗滑桩内力计算方法本质上属于定值方法,由于该方法未考虑边坡岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,存在着抗滑桩支护不足或过度支护等问题,因此提出基于有限元强度折减法(SRFEM)的抗滑桩滑坡推力及抗滑桩内力可靠性分析方法。将极限分析法、有限元方法和可靠性分析法三者耦合,用2结点梁单元模拟抗滑桩受力状态,采用拉丁超立方抽样法(LHS)进行可靠度计算,分析求解边坡抗滑桩可靠性问题,并将该过程在数值计算程序中得以实现。对抗滑桩滑坡推力以及抗滑桩内力进行概率统计,得出函数分布关系,并根据已给定的失效概率控制值,反算出滑坡推力以及抗滑桩内力设计值。结合典型算例分析结果表明该法显著区别于一般方法,能较全面地反映出边坡整体现状特征和岩土体材料强度参数的变异性,相对更加合理,且更符合工程实际。     

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Adaptive finite element modeling of marine controlled-source electromagnetic fields in two-dimensional general anisotropic media

In this paper, we extend the scope of numerical simulations of marine controlled-source electromagnetic (CSEM) fields in a particular case of anisotropy (dipping anisotropy) to the general case of anisotropy by using an adaptive finite element approach. In comparison to a dipping anisotropy case, the first order spatial derivatives of the strike-parallel components arise in the partial differential equations for generally anisotropic media, which cause a non-symmetric linear system of equations for finite element modeling. The adaptive finite element method is employed to obtain numerical solutions on a sequence of refined unstructured triangular meshes, which allows for arbitrary model geometries including bathymetry and dipping layers. Numerical results of a 2D anisotropic model show both anisotropy strike and dipping angles have great influence on the marine CSEM responses.     

长江上游区域蒸发皿蒸发量变化及其对水分循环的影响

利用长江上游最近30年(66个测站)蒸发皿蒸发量和最近50年(90个测站)的7种气象要素,分析了蒸发皿蒸发量的区域变化趋势和影响蒸发皿蒸发量变化的因素;针对7个水文站的年径流量变化,探讨了蒸发皿蒸发量变化后对水分循环的影响.结果表明,长江上游蒸发皿蒸发量的变化可以划分为三个分区,研究区域东西两侧(青藏高原和大巴山一带)为显著减少区,分别命名为RⅠ和RⅡ,中间(云贵高原北部到黄土高原南缘以及由二者包围的四川盆地一带)为显著增大区,命名为RⅢ区.影响区域蒸发皿蒸发量变化的原因各有不同,青藏高原一带(RⅠ区)蒸发皿蒸发量减少的原因可归结于太阳辐射强度和风动力扰动减弱所致.大巴山一带(RⅡ区)减少原因是太阳辐射强度、风动力扰动强度、湿度条件都在显著下降所引起的.云贵高原到四川盆地一带(RⅢ区)蒸发皿蒸发量增加是环境气温强烈升高,导致其上空大气水汽含量显著减少,大气很干燥,引发蒸发过程加强所致.蒸发皿蒸发量发生变化的直接后果就是导致水分循环强弱发生变化,对于RⅠ区,尽管蒸发皿蒸发量减少,由于降水量和径流量增加的作用,这一区域的水分循环有所加强.在RⅡ区,降水量、径流量和蒸发量都在减少,因此RⅡ区水分循环显著减弱.在RⅢ区,降水量和径流量同时减少,而蒸发量增大,水量消耗增大,因此RⅢ区水分循环有减弱趋势.     

Distribution of major and trace elements in surface sediments of Hangzhou Bay in China

The Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer was used to analyze sediment samples collected from the Hangzhou Bay to determine major and trace elemental concentrations. Based on these concentrations, the study area can be classified into three geochemical provinces. Province I covers the northern Hangzhou Bay area and contains high concentrations of Al₂ O₃ , Fe₂ O₃ , MgO, Na₂ O, K₂ O, MnO, Cr, Cu, Ni, Pb, V, Co and Zn. Province III is located in the western Hangzhou Bay, near the Qiantang River mouth, and contains high concentrations of SiO₂ , Na₂ O, P₂ O₅ , TiO₂ , Cr, Sr, Zr. Province II is located in the middle and eastern Hangzhou Bay, with the medium concentrations of major and trace elements. The results also demonstrate that the grain size is the dominating factor controlling the spatial variations of elemental concentrations, and the Changjiang River （Yangtze River） and Qiantang River sediments play an important role in the distribution of these elements. Anthropogenic impact on heavy metal concentrations （especially Cr, Sr and Zr） can be detected in the surface sediments near the Qiantang River mouth.     

广西钦州湾-防城港潮间带表层沉积物重金属生态风险评价

对广西钦州湾-防城港潮间带表层沉积物中的重金属元素Hg,Cd,As,Pb,Cu,Cr和Zn的质量分数和空间分布特征及其潜在生态危害进行了分析和评价。钦州湾潮间带表层沉积物中的重金属元素的质量分数相对较低,均在国家一级标准之内。空间分布上,从防城港-企沙-鸡墩头-三娘湾-沙角,重金属元素含量有逐渐增加的趋势,尤其在企沙QZ-07、三娘湾QZ-09和沙角地区的QZ-08剖面的质量分数最高。其中Cd,Cu和Zn的最高值出现在沙角地区QZ-08剖面,其平均质量分数分别达到了0.14,29.15和64.56μg/g;Hg,As,Cr和Pb的最高值出现在企沙地区QZ-07剖面,其平均质量分数分别达到了0.11,11.29,88.23和26.47μg/g。选用Hakanson的潜在生态风险指数法对沉积物的环境质量进行了评价。结果表明,钦州湾潮间带表层沉积物重金属元素的潜在生态风险参数均小于40,而风险指数均小于150,显示其潜在生态风险为低风险级别。但部分调查剖面如沙角QZ-08剖面的生态危害风险指数接近临界值140,所以该污染的风险是存在的。在空间分布上,从防城港-企沙-鸡墩头-三娘湾-沙角,重金属元素的污染生态危害指数有逐渐增加的趋势,尤其在企沙QZ-07、三娘湾QZ-09和沙角地区的QZ-08剖面的危害指数最高。     

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