秦岭甘湫池花岗岩质崩塌振动台试验研究

地震诱发山体崩塌常形成巨大的灾害,特定地形地质条件下山体地震动力响应特性及破坏机制研究是工程地质的重要难题。本文以秦岭地区具代表性的翠华山甘湫池花岗岩崩塌为研究对象,制作有效反映花岗岩工程地质结构的试验模型,开展大型振动台试验,研究山体地震动力响应规律和崩塌变形破坏机制。试验发现,边坡内部加速度放大系数随激振强度的增加呈现出显著的三阶段变化趋势;水平加速度响应呈现出随高程的增加而单调增大的特征,而竖直加速度响应随着高程的增加出现先增加后减小再增加的波动变化特征;边坡的固有频率变化曲线可以分为3个阶段,整体呈现下降的趋势,表明边坡动力特性发生变化;破坏后的边坡可以分为2个区域:后缘启动区和崩塌堆积区。边坡在地震激振作用下的破坏过程为地震波激振输入→坡体后缘形成拉张裂缝→裂缝向下扩展贯通→不稳定坡体滑动→堆积坡脚。反演了山体破坏的4个阶段:振动致裂阶段、高速启动阶段、撞击减速阶段和堆积阶段,结果与现场工程地质调查分析十分一致。研究翠华山甘湫池花岗岩崩塌的发育特征、成因机理和演化过程,研究成果对揭示秦岭北缘乃至秦岭地区崩塌形成机制、发育规律和灾害有效防控、地质遗迹开发和保护具有重要意义。     

粮食产量对气候变化驱动水资源变化的响应

水资源是支撑粮食生产的重要因素之一,气候变化驱动下的水资源变化及对粮食产量的影响是当前研究的国际前沿和热点问题。以汾河流域冬小麦和夏玉米2种主要粮食作物为研究对象,利用线性回归、人工神经网络、支持向量机、随机森林、径向基网络、极限学习机等6种机器学习算法构建粮食产量模拟模型,基于气候弹性系数法分析水资源量对气候变化响应关系,在流域尺度上研究粮食产量对气候变化驱动水资源变化的综合响应。结果表明:①机器学习算法能够较好地模拟汾河流域的冬小麦和夏玉米产量;②降水增加10%导致汾河流域水资源量增加19.4%,气温升高1℃导致水资源量减少4.3%;③当降水减少10%~30%时,冬小麦产量减少6.4%~19.3%,夏玉米产量减少4.0%~15.0%;④当气温升高0.5~3.0℃时,冬小麦产量预计增加1.8%~17.1%,夏玉米产量预计增加1.2%~7.9%;⑤汾河流域冬小麦产量对降水和气温变化的敏感性大于夏玉米。相关成果对于区域水资源管理和农业生产策略制定具有重要的科学意义和实用价值。     

海底滑坡冲击下悬跨管道动态响应及安全性评估

作为一种常见的海洋地质灾害,海底滑坡会对油气管道的安全造成巨大威胁。由于海洋底流的冲刷作用,海底管道往往会悬跨于海床之上,稳定性较差。当悬跨管道遭受到海底滑坡的冲击作用后,其动态响应预测及安全性评估尤为重要。本文建立了海底滑坡-管道相互作用的有限元模型,将油气管道分为悬跨段和埋地段,考虑了悬跨长度和高度变化条件下,油气管道遭受海底滑坡冲击作用时的动态响应。数值计算结果表明,管道悬跨长度和高度对其塑性变形影响显著,海底滑坡引起的管道应变会随着悬跨长度和高度的增加而增大。最后,提出了综合考虑悬跨长度和高度影响下海底管道安全性评估方法,该成果可直接用于海底滑坡作用下油气管道安全性的动态评估。     

塔克拉玛干沙漠腹地浅层地温特征及其影响因子研究

为了更好地了解沙漠腹地浅层地温特征以及对气候的响应关系,利用塔中气象站1996—2015年日平均气温、浅层地温(0～20cm)以及总云量、低云量、日照时数、风速、沙尘日数等资料,分析沙漠腹地地温分布特征以及与气象因子的响应关系。结果表明:浅层地温在春、夏季热量向下传导,秋、冬季则表现为相反趋势,气温和地温(0～20cm)的月平均值分别为11.8、16.4、16.0、16.1、16.1℃和16.3℃;在0～10cm地温之间,变化幅度呈现7月份波动最大,在10～20cm地温之间,12月波动最大,9月份,地温随着深度的增加波动一直是最小的;夏季,地温不是影响气温的主要影响因子,在其他季节,气温与0cm地温相关性最明显;(4)冬季,风速是影响气温和地温的主要气象因子。     

静海地震台地磁加卸载响应比与邻区地震关系研究

研究分析了静海地磁台2002～2006年观测资料的加卸载响应比异常与邻区ML 4.0以上地震之间的关系,提出了适用于静海地磁台的地震分析预报异常形态特征和阈值判据.     

Joint probability density function of the stochastic responses of nonlinear structures

The joint probability density fimction （PDF） of different structural responses is a very important topic in the stochastic response analysis of nonlinear structures. In this paper, the probability density evolution method, which is successfully developed to capture the instantaneous PDF of an arbitrary single response of interest, is extended to evaluate the joint PDF of any two responses. A two-dimensional partial differential equation in terms of the joint PDF is established. The strategy of selecting representative points via the number theoretical method and sieved by a hyper-ellipsoid is outlined. A two-dimensional difference scheme is developed. The free vibration of an SDOF system is examined to verify the proposed method, and a flame structure exhibiting hysteresis subjected to stochastic ground motion is investigated. It is pointed out that the correlation of different responses results from the fact that randomness of different responses comes from the same set of basic random parameters involved. In other words, the essence of the probabilistic correlation is a physical correlation.     

用H/V谱比法计算云南区域数字地震台站的场地响应

用H/V谱比法,计算给出了云南区域数字地震台网23个子台S波随频率变化的台站场地响应特征。结果表明:在1～10Hz频段内,23个子台S波的场地响应相对较平坦,在1.41～2.91之间变化,平均2.08;在大于10Hz的高频段,部分台站的场地响应有较明显的放大。     

隧道地震响应数值模拟研究

在进行隧道地震响应的数值模拟研究时, 横向计算范围和人工边界等对计算结果有很大的影响。本文以黄草坪隧道为研究对象, 应用有限差分程序FLAC3D对其进行地震响应的数值模拟研究, 将横向计算范围分别取为隧道洞径的5倍、6倍、7倍、8倍、9倍和10倍, 并分别采用FLAC3D中的截断边界、自由场地边界和粘性边界进行计算。研究结果表明, 当地震波为P波时, 横向计算范围取为洞径的7至8倍, 人工边界采用自由场地边界或粘性边界是比较合理的。      

准饱和黄土中暗穴水动力扩展响应的研究

为分析强降水过程中暗穴扩展机理,在野外调查资料的基础上,建立了准饱和黄土暗穴的扩展计算模型,概化为弹性准饱和土层中无限长圆柱形孔洞表面受水压力的动力响应问题。通过引入势函数,得到了Lap lace变换域中的应力、位移及孔隙水压力的解析表达式,并利用数值逆变换方法求得时域解,分析了降雨历时及饱和度等因子对暗穴动力响应的影响。结果表明,水动力是引起黄土暗穴扩展的主要因素,水压力作用历时对位移及应力有较大的影响,同时饱和度的细微变化对径向位移有显著影响。