Unified numerical study of shallow foundation on structured soft clay under unconsolidated and consolidated-undrained loadings

Abstract

Based on a new elasto-plastic constitutive model, this paper presents a soil–water coupled numerical prediction of the bearing capacity for shallow foundation constructed on Ballina soft clay for unconsolidated undrained (UU) and consolidated undrained (CU) conditions. This elasto-plastic constitutive Shanghai model has an advantage of describing the mechanical behaviour of over-consolidated and structured soil under different loading and drainage conditions, by using one set of material parameter. In this paper, the Shanghai model used for both UU and CU conditions has the same initial parameters obtained from laboratory test results. The loading conditions and consolidation stages vary based on construction details. The predicted bearing pressure-settlement responses for UU and CU, approves the field observation. The phenomenon of gaining the bearing capacity due to consolidation is captured and explained by the use of soil–water coupled numerical analysis with a new elasto-plastic model. The stress strain behaviour, stress paths and the decay of the structure of elements at different depths presented in this study, reveal the mechanism for the difference between UU and CU conditions to understand the foundation behaviour. Effect of the initial degree of soil structure on the bearing capacity is also addressed. Overall, this approach provides the integrated solution for the shallow foundation design problems under short and long-term loadings.     

南黄海浮游植物季节性变化的数值模拟与影响因子分析

用三维物理-生物耦合模式研究南黄海浮游植物(以叶绿素a为指标)的季节变化.对于物理模式采用Princeton ocean model(POM),对于生物模式考虑溶解无机营养盐(氮、磷、硅)、浮游植物、食草性浮游动物和碎屑.给定已知的初始场和外加边界强迫,模拟了观测到叶绿素a的主要时、空分布特征,如浮游植物的春、秋季水华和夏季次表层叶绿素a极大值现象等.研究表明,浮游植物春季水华最先发生于黄海中央海域,主要原因是该海域透明度较高,流速较小.春季水华开始于垂直对流减弱和层化开始形成之前(约3月底至4月上旬),显著地依赖水层的稳定性.水体层化以后(约5～9月)叶绿素a浓度高值区分布在南黄海的南部和锋区.夏季的南黄海中央海域,由于上混合层营养盐几乎耗尽,限制了浮游植物的生长,在紧贴温跃层下部的真光层,具有丰富的营养盐和合适的光照,次表层叶绿素a极大值得以形成.秋季(约9～11月份,略迟于海表面开始降温的时间,随地点不同而异)随垂直混合的增强,有利于营养盐向上输运,浮游植物出现一次较小的峰值.     

Monte-Carlo模拟与经验路径模型预测台风极值风速的对比

台风是我国东南沿海区域每年发生的严重自然灾害之一。本文分别采用传统的Monte-Carlo模拟方法以及较为先进的经验路径模拟方法预测中国东南沿海区域台风的极值风速(10 m高度处10 min平均值),并对两种方法的预测结果进行了对比。本文将东南海岸线向内陆扩展约200 km的区域划分为0.25°×0.25°的网格,以每个网格点作为研究点。首先采用Monte-Carlo模拟方法产生每个研究点1 000年间的虚拟台风事件。然后采用经验路径模型方法构建了西北太平洋1 000年的热带气旋事件集,采用模拟圆方法从中提取对各个研究站点有影响的台风事件。接着采用Yan Meng风场模型计算每个研究点台风的最大风速,构成极值风速序列。最后采用极值分布模型预测每个研究点不同重现期的极值风速,并对两种不同方法预测的结果进行了对比。研究发现在研究区域的内陆侧经验路径方法预测的风速略高于Monte-Carlo模拟方法预测的结果,而在海岸沿线一带经验路径方法预测的结果略低,这主要是由两种方法构造的虚拟台风的中心压强存在差异以及模型本身的不确定性造成的。本文的研究结果可以为防灾减灾系统提供有益的参考。     

中国沿海小黄鱼种群动力学及其空间异质性研究

小黄鱼是我国近海四种最重要的经济鱼类之一,在过去的几十年中小黄鱼种群及其两个地理亚种群经历了巨大的变化。小黄鱼的种群动力学研究,对于维持这一重要渔业的可持续管理是至关重要的。目前仅有的两个小黄鱼种群动力学模型只涵盖了较短的时间,且没有关注其空间差异。本文研究了1968年至2015年间黄渤海和东海小黄鱼的种群动力学模型,包含和不包含空间分层结构的两种贝叶斯模型被用于分析其种群动力学的大尺度空间异质性。本文分析了不同的假设,来研究小黄鱼种群动力学潜在的变化趋势。研究结果表明小黄鱼种群动力学特征具有明显的时间和空间变化。种群的增长速度从20世纪八十年代开始增加,而可捕系数从1981年到2015年增加了两倍多。与黄渤海亚种群相比,东海的小黄鱼亚种群生长速度更快,遭受的捕捞压力也更大。基于最大可持续产量MSY的参考点表明,无论是整个小黄鱼种群还是两个亚种群,近年来都有非常高的过度捕捞风险。因此我国小黄鱼的渔业管理急需更加保守的管理策略,同时考虑其地域差异。本文所用的方法可以应用于其他种类的资源评估和渔业管理,尤其是具有空间异质性和数据有限的种类。     

增长曲线模型中线性估计类所有可容许估计

对增长曲线模型中回归矩阵的函数的线性估计进行了研究。在矩阵损失下 ,作者得到了线性估计在一切线性估计类中可容许的充要条件     

天然水体中酚的降解动力学

本文报道了天然水体中低浓度酚的降解动力学;计算了它的降解速率常数、降解活化能等。降解半表期是t_(1/2)=1.5d~(-1)(10℃),t_(1/2)=O.74d~(-1)(30℃)。低浓度酚的降解动力学跟天然水体中酚的降解情况比较接近。本文的结果对环境评价、蓄水库工程设计等很有参考价值。     

人类活动对海洋生态系统影响的空间量化评价——以莱州湾海域为例

本文针对海域管理中难以量化人类活动对海洋生态系统影响的问题,提出人海关系空间量化模型,通过完善概念模型、构建指标体系、确定权重及标准,最终利用作用强度和位置关系量化人类活动对海洋生态系统的影响,数值在0—1之间,等分为四个影响程度,由弱到强依次为微弱、中等、强烈和极强,并将该模型和量化方法应用于莱州湾海域。研究结果表明:整个莱州湾受人类活动的综合影响均值为0.425,处于中等影响程度;其中污水排放、围填海工程及港口航运是对莱州湾生态系统影响比较强烈的人类活动;研究海域中40%受到人类活动的强烈影响,44%为中等影响,16%为微弱影响。空间量化分析显示,人类活动对莱州湾近岸海域的综合影响比邻近外海强烈,其中影响较强烈的区域出现在西南近岸海区,而影响较微弱的海区则为莱州湾北部外海。该方法空间量化结果与莱州湾实际情况相符,说明人海关系空间量化模型适合定量化评估人类活动对该海域生态系统的影响,可为"山东半岛蓝色经济区"海域管理提供技术支持。     

Investigation on the Deposition in an Excavated Trough at the East Shore of Jiaozhou Bay, China

- Based on field investigations, this paper analyzes three types of harbour basinns and navigation channel excavated on seabed in Jiaozhou Bay, get a general rule of deposition for excavated trough, it found that pollution is one of crucial factors resulting in the deposition of the excavated trough in the east shore of Jiaozhou Bay. With these results, it predicted the annual deposition thickness for the excavated trough and disclosed the fact that it can't be deposited deadly during one storm. At the same time, with two-dimensional numerical model, it studied the effects of the excavated trough and the reclamation near shore on tidal cureent and said that the excavated trough can decrease the current velocity passing through the trough about 10- 15%, but only limited inside and near the trough and there are no effect on other regions; reclamation can cut off the pollution sources and no obvious effect on the currents of the Jiaozhou Bay. Connecting the deep trough and Cangkou tidal channel with a new     

一个简单食物链的能流实验

食物链能量转换是生态系统的主要功能之一。海洋生物生产就是海洋食物链能量流动的一种表现形式。它把来自以藻类为主的植物性生产，通过被食－取食多级转换，形成了贝、虾、鱼等各级动物性生产，这就为人类提供了丰富的渔业资源。海岸带水域是我国目前海洋开发的主攻目标，揭示这个海区中食物链能流转移过程，对其经济生物生产力估算和开发前景预测有着重要意义。测定自然条件下海洋食物链能流是极其困难的。借助实验结果进而推算，就比较方便。本研究选择我国海岸带水域中属于不同营养级的４个经济种，构成一个简单的人工食物链，即金藻（…