不排水抗剪强度非平稳随机场模拟及边坡可靠度分析

边坡可靠度分析中通常假定采用平稳或准平稳随机场表征土体参数的空间变异性,然而大量现场试验数据表明,土体参数如不排水抗剪强度沿土体埋深常呈现明显的非平稳分布特征,即其均值和标准差均随埋深发生变化,因此亟需发展土体参数非平稳随机场模型及其模拟方法。针对目前不能有效单独模拟土体参数趋势分量和随机波动分量的不确定性,提出了一种有效的不排水抗剪强度参数非平稳随机场模型,并给出了土体参数二维非平稳随机场模拟方法计算流程,同时将新提出的模型与现有非平稳随机场模型及平稳随机场模型进行了系统比较。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出模型的有效性,并揭示了不排水抗剪强度非平稳分布特征对边坡可靠度的影响规律。结果表明：提出模型能够有效地单独模拟土体参数趋势分量和随机波动分量的不确定性,考虑土体参数均值和标准差随埋深增加而增大的特性,可为表征土体参数非平稳分布特征提供了一条有效的途径。此外,与采用非平稳随机场模拟土体参数空间变异性相比,采用常用的平稳随机场模型会低估边坡失效概率,从而造成偏危险的边坡工程设计方案。     

刚性桩复合地基中性面深度与桩土应力比计算

刚性桩复合地基中性面深度及桩土应力比的简化计算主要基于桩侧摩阻力线性分布假设,当桩身较长时,桩端侧摩阻力的计算值会远大于实际值,致使中性面深度及桩土应力比的计算结果与实际差别较大,故有必要对线性分布模式予以修正。据此将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式,考虑负摩阻力作用及桩上、下刺入变形,根据褥垫层-桩-土变形协调关系推导了刚性桩复合地基中性面深度、桩顶面桩土应力比、中性面桩土应力比计算公式。最后通过模型试验与工程实例验证,计算值与实测值吻合较好。     

考虑砂土抗剪强度空间变异性的盾构开挖面稳定性分析

采用传统研究方法对盾构开挖面稳定性的分析多基于土体是均质、各向同性材料的假设,显然与其本身的非均质性相违背。为此,开展了考虑土体抗剪强度参数的空间变异性对盾构开挖面稳定性的影响研究。在随机场理论的基础上,采用协方差矩阵分解法建立了描述砂土内摩擦角空间变异性的三维随机场模型,借助于数值分析软件平台研究了内摩擦角的变异系数、自相关距离对开挖面失稳模式、极限支护应力的影响规律,并采用概率分析法探讨了极限支护应力特征值的选取。结果表明：砂土内摩擦角的空间变异性对开挖面稳定性有重要的影响;随内摩擦角的变异系数的增大,极限支护应力的概率分布离散性越大;开挖面失稳模式与自相关距离的大小密切相关,当自相关距离与隧道直径比较接近时,开挖面可能出现局部失稳;提出了开挖面极限支护应力特征值的概念,并结合失稳概率给出了其初步确定方法。     

基于冻融交界面直剪试验的冻土斜坡失稳过程研究

为了探讨多年冻土区自然斜坡失稳机制,开展了不同含水率黏土、粉土、砂土的土-冰交界面直接剪切试验和相应融土的直接剪切试验。结果表明,砂土和砂土-冰冻融交界面剪切应力-变形特性主要表现为弹性变形,且剪应力存在明显峰值;粉土、黏土及相应的冻融交界面在很小的变形范围内表现为塑性变形,且剪应力无峰值。水分对砂土活动层抗剪强度影响较弱,表现为水分增高,内摩擦角小幅降低。水分对粉黏土活动层抗剪强度影响剧烈,表现为水分增高,粉黏土黏聚力急剧减小。研究发现,冻土区斜坡失稳更易发生于细颗粒粉黏土中。相对于粉土,粉土-冰冻融交界面抵抗剪切变形的能力更强,粉土斜坡潜在滑动面更易发育在冻融交界面上层附近;相对于黏土,黏土-冰冻融交界面抵抗剪切变形的能力更弱,黏土斜坡更易在冻融交界面处发生滑动。同时,细粒土斜坡极易在达到最大融化深度前提前失稳,斜坡坡度越高,失稳时间越提前。融化期活动层水分增多导致潜在滑动面黏聚力降低是细粒土冻土斜坡失稳的最主要原因,孔隙水压对冻土斜坡具有一定影响,在稳定性评价时要考虑活动层水位的影响。     

刚性挡土墙后三维被动滑裂面的模型试验

针对无黏性土体,采用模型试验的方法,研究平移模式下刚性挡土墙后被动破坏滑裂面的空间形态。自主设计一种模型试验装置,重复开展6次试验,通过记录挡土墙后土体中预埋脆性玻璃条断裂的空间坐标,复原土体发生滑动的位置,绘制出挡土墙后滑裂面的三维形态图。试验结果表明：挡土墙后滑裂面具有明显的三维效应;挡土墙宽度内滑裂面纵向高度呈先缓慢增高后近似直线增高的曲面,初始破裂角度为9°,平均破裂角为26°,朗肯土压力理论的破裂角为28°;最大纵向破裂面长度为1.8倍挡土墙高度,与经典土压力理论的平面假定基本一致;滑裂面均有一定的横向扩展,主平面投影以初始扩散角约45°的斜线往外扩展,距离挡土墙最远处是宽度为0.7倍挡土墙宽度的水平线,斜线与水平线之间以半径为挡土墙宽度的圆弧过渡连接。研究结果为分析土体被动破坏的滑裂面空间形态提供了试验依据。     

海洋三维VC观测系统优化设计

观测系统设计在地震勘探中起着至关重要的作用,最佳观测系统不仅可以提高资料品质,还能够降低采集成本。通过对海洋垂直缆（vertical cable,VC）进行正演模拟我们发现,随着偏移距的增大,同相轴会出现交叉、合并现象,地层顺序也会发生变化。我们针对单VC和多VC的特点,分别设计了相应的观测系统。然后对所设计的观测系统进行评价与优化,并得出了一些有益的结论：采用增加激发点密度的方法对面元覆盖次数的改善效果要好于采用增加激发面积的方法对面元覆盖次数的改善效果;当目标层存在倾角时,通过在构造走向上增加激发线条数,同时在下倾方向上增加激发线长度可以补偿照明损失;当目标层为背斜或向斜时,通过增大最大环半径来增加背斜和向斜照明范围的方法奏效甚微;当激发面积和接收面积相等时,通过同时增大激发面积和接收面积来提高中心区域面元覆盖次数的方法行不通,而当激发面积大于接收面积时则该问题得以解决。     

基于环形扫面测量的三维直流电阻率法任意各向异性模型响应特征

高精度地下任意各向异性介质电性分布特征识别是当前的热门研究课题。本文以国内外前人工作为基础,基于非结构化网格,利用基于梯度恢复的后验误差估计指导网格自适应细化过程,实现了直流电阻率法三维有限元数值模拟。通过与一维模型半解析解的对比,验证了本文算法的有效性。考虑到电各向异性介质在观测中存在视电阻率反常现象,本文采用了环形扫面测量方法。通过对几种典型各向异性模型的模拟分析,得到了相应的各向异性影响规律和识别特征,各向异性主轴电阻率之间的比值大小决定了椭圆型视电阻率极性曲线长轴与短轴的比值大小,主轴电阻率的旋转方向会改变视电阻率极性曲线的形状。本文的算法研究及数值模拟技术可为直流电法数据精细处理和解释提供技术支撑。     

1961-2014年石家庄地区降水量的时空变化特征

利用石家庄地区5个代表站1961-2014年的逐日降水资料,采用多种统计分析方法,分析了石家庄地区降水量的时空变化特征,结果表明石家庄地区年降水量从20世纪70年代开始下降,80年代达到最低,90年代有所增加,但也没有明显的上升趋势,21世纪初又开始下降.20世纪70年代降水量的减少春季和秋季贡献最大,80年代降水量的减少和90年代降水量的增加主要是夏季的贡献.石家庄地区年降水量起伏较大,1963年降水量最多,为1038.4 mm,2014年最少,仅为276.2 mm.近54年石家庄年降水量在波动中呈现下降趋势,线性趋势为-11.0 mm/（10 a）,但下降趋势并不明显.石家庄北部年降水量呈上升趋势,市区及东部、南部和西部年降水量均呈下降趋势,变化趋势均不明显.近54年,石家庄春季降水量呈上升趋势,线性趋势为0.9 mm/（10 a）,夏季、秋季和冬季降水量均呈下降趋势,线性趋势分别为-11.9,-1.1和-0.3 mm/（10 a）,上升或下降趋势均不明显.夏季降水减少是导致石家庄年降水减少的主要原因.石家庄四季降水量变化趋势的空间分布具有明显的季节特征和区域特征.石家庄四季降水量均存在显著周期变化.     

热带太平洋海平面低频变化

本文选取ECMWF ORAS4再分析数据对1959-2015年热带太平洋海平面的低频变化进行了分析。热带太平洋海平面年际变化第一模态反映了ENSO爆发阶段的海平面变化,热带东、西太平洋变化反相,其时间序列与Niño3.4指数高度相关。海平面第二模态则体现了El Niño爆发前后热带太平洋暖水的输运过程。El Niño爆发前热带西太平洋暖水聚集的位置,以及爆发后暖水向赤道外输运的位置在两类El Niño事件中均有所不同。此外,ENSO的周期在近半个世纪发生了显著的年代际变化,这一变化与热带太平洋的年代际变化有关。热带太平洋的年代际变化对海平面趋势变化也有着显著的影响。卫星高度计观测到的近20年海平面的快速上升（下降）正是由20世纪90年代后热带太平洋频繁的位相转换引起的。     

蓬莱西海岸近海岸滩泥沙运移趋势和冲淤演变研究

多年来山东半岛大范围开采海砂对海岸线造成了巨大破坏,加剧了波浪对海岸的侵蚀,造成海岸线后退。通过取样分析了海床沉积物的中值粒径和分选系数分布特征,在野外调查的基础上得到沉积物类型和黏土含量分布情况。通过布设测站实测数据总结了近海海域含沙量和单宽输沙量特点,并基于悬浮泥沙遥感反演分析了近海海域含沙量分布规律。最后,通过分析泥沙来源和运移趋势,对海床冲淤情况进行了演变分析,得出了海岸线变化过程。自20世纪50年代以来现状海岸线已后退约500m且仍处于侵蚀后退状态,本研究为海岸线修复提供基础技术支撑和依据。