Hurricane impacts on turbidity and sediment in the Rookery Bay National Estuarine Research Reserve,Florida, USA

The resuspension and transportation of sediments affect the nutrient or contaminants cycles in water column. Therefore, hurricane-induced sediment resuspension in coastal waters may cause environment impacts on coastal ecosystems. In this study, field observed data during a hurricane event from the Rookery Bay National Estuarine Research Reserve (Rookery Bay NERR), Florida, were studied. Based on the relationship between sediment and turbidity, variations of turbidity in the Rookery Bay NERR were discussed in this paper under the impact of the Hurricane Isaac in 2012. Time series analysis indicates that Hurricane Isaac causes the substantial increase of turbidity. Traditional direct regression analysis with raw data was found to result in poor correlation (R2 o 0.41) between wind speed and turbidity due to the impacts of multi-factors in coastal waters of study region during hurricane. Then Hanning Filter was used to remove tidal effect, which shows some improvement of correlations (R2 4 0.6) between wind speed and turbidity. Further improvement was made by introducing a phase factor to account for the lag time between the peak turbidity and peak wind speed, which lead to further improvement of the regression equation between wind speed and turbidity. By using Hanning Filter and phase factor, the regression equation between turbidity and wind speed fits well with observations (R2 4 0.96). Different lag time between wind speed and turbidity at different locations illustrated that wind had different effects on turbidity due to the locations and water depth. Based on the approximate empirical rela-tionship between turbidity and sediment concentration, a regression equation between wind speed and sediment concentration was derived approximately. The equation could be applied to approximately estimate the sediment concentration using wind speed during hurricane, especially with the strong wind speed above 4 m/s. It can be used to provide technical supports for sediment assessment and coastal zone research under extreme clime in the study region.     

典型矩形高层建筑风荷载与风振响应分析

对典型矩形高层建筑进行风洞试验,根据试验结果计算了各风向角下的等效静风荷载和风振响应,同时采用《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)计算方法对该建筑正交角度下的风荷载进行计算,结合风洞试验风荷载与规范计算结果,研究典型矩形高层建筑等效静风荷载和加速度响应分布规律。结果表明:结构基底风致响应最不利角度并非完全出现在正交角度,风洞试验楼层风荷载整体趋势与规范计算结果相同,数值上存在差异,宜以风洞试验结果为准,该结构的顶层加速度响应小于高规限值,舒适度满足要求。     

黄土高原复杂地形上边界层低空急流对近地层湍流的影响

利用中尺度气象数值模式（Weather Research and Forecasting Model,WRF）模拟风场,结合兰州大学半干旱气候与环境观测站（Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL）湍流观测资料,分析了黄土高原复杂地形上稳定边界层低空急流对近地层湍流活动的影响.黄土高原复杂地形上稳定边界层低空急流的形成与地形作用引发的局地环流有关.低空急流对近地层湍流活动有强烈影响,剪切作用使小尺度湍涡活动加剧,湍动能增大,同时非平稳运动被压制.低空急流发生时,观测数据有87.3%是弱稳定情形（梯度理查森数小于0.25）;而无低空急流时,对应时段的观测表明65.4%属于强稳定层结（梯度理查森数大于0.3）,非平稳运动造成湍流功率谱在低频端迅速增大.与无低空急流和弱低空急流情形相比,强低空急流发生时,近地层湍动能增大1倍,湍动能在垂直方向上的传递增大1个量级,且方向向下,约为-3 × 10^-3 m³·s^-3,湍流在上层产生并向下传递.     

盾构隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,盾构隧道横断面抗震性能的研究日益受到业界关注。以武汉长江隧道为例,对土体采用D-P本构模型,盾构隧道结构采用梁-弹簧模型,建立盾构隧道横断面二维模型进行动力有限元计算,该模型顶部采用自由边界,侧面采用自由场边界,底部采用静态边界。选用0.1g的天津波和场地人工波作为激励,研究了盾构隧道结构的加速度、变形和内力响应。结果表明：盾构隧道的拱顶与拱底的加速度响应大于隧道左侧、右侧;隧道拱底的绝对位移响应最大;地震作用对隧道衬砌结构的内力增量较为明显。目前的隧道结构设计可以满足结构抗震性能要求。     

基于梁柱稳定理论的深埋隧洞岩爆破坏及孕育机理研究

深埋隧洞中岩爆轴向位置的确定以及破坏机理的研究是岩爆灾害预测和防治的理论基础。根据深埋长大隧洞围岩的结构、受力以及变形特点,建立了梁柱力学模型。在弹性范围内,运用力法,求解了该一次超静定梁柱的挠曲线方程和转角方程,得出了临界力的解析表达式。以锦屏II级水电站的松动圈实测数据为依据,给出了梁柱模型截面尺寸的确定方法,计算了围岩各部位存在稳定性问题的临界长度值以及达到临界稳定状态的特征长度值。最后,给出了深埋隧洞坑状岩爆的演化模型,分析了掌子面推进过程中,开挖卸荷、动力扰动等对于裂纹的萌生和扩展、围岩结构的形态和稳定性以及岩爆破坏模式的影响。     

裂纹方向对隧道稳定性影响规律的研究

采用模型试验和数值模拟方法,研究单轴压缩载荷下带裂纹直墙拱形隧道在不同的裂纹面与隧道垂直边墙之间的夹角 时围岩损伤破坏规律。试验采用水泥砂浆制作成具有不同夹角 的直墙拱形隧道模型,养护30 d后进行加载。数值模拟采用混凝土损伤塑性模型,计算出隧道周边各点的应力和裂纹尖端的应力强度因子,与模型试验结果吻合较好。结果表明,拱肩处的裂纹会降低隧道的整体稳定性及强度,在裂纹尖端及侧壁产生很大的应力集中,但随着 角度的变化,强度降低的程度有所不同;当 = 60?和 = 130?时,裂纹对其整体稳定性及强度的影响最大,其裂纹尖端的应力集中现象最为明显,而且破坏应力峰值仅为无裂纹模型的40.9%和41.8%。     

不同地质条件下隧道洞口仰坡地震破坏特性研究

针对洞口段均质围岩仰坡、含软弱夹层仰坡和桁架梁加固仰坡围岩3种工况,开展大型振动台模型试验,分析隧道洞口段仰坡模型土破坏形态。试验结果表明,均质边坡洞口段模型土在动力作用下坡肩土体先出现张拉裂缝,随着激振加速度增加,坡肩土体局部出现倾倒崩塌,最后沿坡面滑落堆积;含软弱夹层边坡在地震力作用下,仰坡坡脚部位土体挤压破碎,坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落;洞口段加固边坡在动力作用下基本保持整体稳定,只部分梁格出现了局部的掉块,模型土顶部出现沿隧道轴向的细微裂缝。分析了隧道洞口段衬砌结构破坏形态,试验结果表明均质边坡洞口段AB两段衬砌模型裂缝分布较CD段复杂,认为洞口段地震影响深度为AB两段衬砌的长度,对应于实际工程中40 m;受软弱夹层影响,跨软弱夹层部衬砌模型裂缝形态较复杂;仰坡加固后,洞口段衬砌模型受力改善。研究结果可为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

走滑断层位错作用下城市地铁隧道损伤分析

为了能够较快速、较准确地估计出穿越活断层城市地铁隧道的抗震薄弱部位,基于拟静力弹塑性有限元方法,以北京地铁7号线工程的区间隧道作为研究对象,采用数值模拟的方法研究了在走滑断层位错作用下地铁隧道的非线性反应。通过在数值计算模型中嵌入合理的损伤塑性本构模型,利用损伤指标研究了走滑断层下衬砌结构的破坏形式,重点分析了结构损伤的开始部位、发展过程以及最终的损伤程度,并建立了能够估计结构损伤范围及破坏最严重位置的统计关系式。结果表明,在走滑断层作用下衬砌结构出现损伤的区域主要发生在活断层附近一定范围内,拱腰部位的损伤最为严重;增加基岩上覆土层厚度能够减轻衬砌结构的破坏程度,当基岩上覆土层厚度大于等于临界覆盖土层厚度时可以不考虑走滑断层断裂对于浅埋隧道的影响。衬砌结构损伤区域长度与震级的大小和土层厚度有关,损伤最严重的位置随土层厚度的变化而改变。研究成果为穿越活断层地铁隧道的抗震设计和安全性评价提供了参考依据。     

隧道仰坡地震动力响应特性振动台模型试验研究

为研究地震作用下山岭隧道仰坡的动力响应特性及仰坡坡体和衬砌结构的相互作用,设计并完成了隧道洞口段大型振动台模型试验。试验结果表明,地震作用下仰坡的加速度反应存在显著的非线性放大效应和趋表效应;当输入地震波幅值超过0.6g时,土体的非线性反应明显增强,加速度放大系数显著降低,表现出放大效应饱和的特性,且沿坡体竖直向上,加速度分布逐渐表现出平均化的趋势;隧道洞口段仰坡水平向动力反应受隧道结构存在的影响较小,可简化为自然边坡进行分析;仰坡的动力失稳是影响衬砌结构安全性的重要因素,当输入地震波幅值较小时,竖直向地震作用下衬砌主要受力部位受力要大于水平向地震作用,当幅值较大时,水平向地震动对衬砌结构的影响则明显大于竖向地震动;均质仰坡的破坏部位主要位于仰坡坡肩至坡面上部,破坏过程表现为地震力诱发-坡肩土体拉裂张开-坡肩土体倾倒崩塌-崩塌的土体沿坡面滑落碰撞-形成碎屑流堆积于坡脚。模型试验的结果能为山岭隧道洞口段的理论分析、计算和设计提供指导和依据。     

甬江沉管隧道长期沉降监测数据及有限元分析

甬江沉管隧道位于甬江下游河湾处的软土地基上,地基承载力较低,使隧道发生了较大的沉降。此外,甬江严重的淤积及每天2.67 m的潮差对隧道的沉降产生了显著的影响。依据甬江沉管隧道运营期间16 a的沉降监测数据,结合地层条件、潮汐和清淤资料,对该条沉管隧道的长期沉降进行了分析,并提出了基于流-固耦合理论的有限元方法计算沉管隧道的长期沉降,计算结果与监测结果具有较好的一致性。此外,采用上述计算方法分析了影响沉管隧道沉降的3个主要因素（即地层条件、基槽淤积和回淤与清淤）对隧道运营期沉降的影响。分析表明,地层条件是影响沉管隧道沉降的主要因素,软土地基隧道沉降远大于其他地基。潮汐作用会使隧道沉降发生周期性变化,该变化约占隧道运营期沉降的4%～10%。淤积对隧道长期沉降影响显著,但定期清淤只能短时间减小隧道的沉降,使隧道沉降产生周期性变化。上述结论均可为相关工程提供参考。