基于GIS考虑准动态湿度指数的滑坡危险性预测水文-力学耦合模型研究

降雨在区域浅层滑坡灾害危险性预测研究中起着关键作用。为综合斜坡地形因素和由降雨引起的地表水下渗、地下水径流对斜坡稳定性的影响,结合基于物理过程的无限斜坡模型和基于数字高程模型 DEM 的简化运动波模型,提出考虑准动态湿度指数的滑坡危险性预测水文-力学耦合模型。该模型基于地理信息系统GIS平台,采用矢量-栅格复合单元对斜坡进行危险性分析(即以斜坡单元为基本研究对象,用栅格数据进行单个斜坡单元稳定性分析)。首先,基于极限平衡理论推导无限斜坡模型;然后,在考虑降雨强度以及持续时间的情况下应用简化的运动波模型计算降雨入渗和地下水径流作用过程中的地形准动态湿度指数,得到滑坡土体饱和因子在时间和空间上的分布情况,并在此基础上实现水文模型与无限斜坡模型的耦合;最后,以三峡库区巴东新城区滑坡灾害危险性预测为例,验证模型在区域浅层滑坡灾害危险性预测中具有较高的精度。     

流域视角下生态保护分析技术体系研究

流域内各生态要素以水为媒介,形成一个彼此高度关联的复杂系统。要对其进行全面分析并科学保护,需要系统构建技术体系并合理引入各类模型工具和数据。文章综合其他学科相对成熟的理论和技术,提出流域视角下国土空间规划中生态保护分析的技术体系,包括流域划定、基础模拟、专项分析3个主要步骤,其中流域划定要点在于选择合理的水文响应单元,并进行人工/自然区分及耦合地下水流域;基础模拟的目的在于对流域内大气(降水、气温和大气辐射)模型和陆面(植物截留、生态系统蒸散和土壤下渗)模型进行统一模拟并双向耦合,以形成一致的地表径流结果用于后续专项分析;专项分析则根据国土空间规划生态保护的实际内容,具体可分为灾害防护、安全保障、生态多样性保护3个大类和6个中类,每类分析中的模型工具、数据均存在各自的适用领域和特性,需要仔细对比甄别。     

基于渗流场-应力场耦合作用下的深基坑降水支护结构的位移研究

针对良志嘉年华二期项目,基于地下水渗流的基本规律和土体受力的本构模型,建立了渗流场与应力场耦合下的有限元模型,通过PLAXIS有限元软件进行了数值模拟分析,对考虑降水作用和未考虑地下水作用影响的两种情况下,复合土钉柔性支挡结构体系的位移进行探讨,为保证分析的精度,模型采用15节点三角形单元.分析结果表明:在考虑了降水作用时,基坑的总位移不仅包括滑动面内土体的位移,还包括坑后由于降水引起的位移。在降水作用下,引起支护结构的水平位移比竖向位移大,且引起的竖向位移能有效地减小基坑底面的隆起量。并且土质状况对支护结构体系位移的影响也很大。     

剪力和弯矩共同作用下钢筋混凝土结构的框架单元模型分析

模拟剪力和弯矩共同作用下钢筋混凝土结构的响应,包括发生在开裂后和极限荷载范围时的各项性能。目前的2维(平面应力和平面应变)和3维非线性有限元方程模拟上述结构响应的成本很高,而且不适用于日常工程实践。提出1种新型框架单元模型,结合高效的带梁-柱单元的平面内全耦合剪切-正常节段模型,适用于已得到试验结果验证的结构分析。标准剪切下的应力和应变假定为由一系列多项式形函数组成;每一个应力分布受内部材料状况影响。框架结构的非线性分析采用的是广义矩阵法,利用文献资料验证该模型,通过试验验证剪切应变对结构响应的影响程度。试验结果和模型分析结果吻合较好。该模型得到的混凝土和钢筋的位移、应变和应力及不同的破坏类型,比之前模型的分析结果更精确。     

深基坑开挖过程中渗流-应力耦合数值模拟

针对深基坑工程实际,建立了地下水非稳定渗流的三维数学模型,考虑深基坑工程施工过程和外在人为的扰动对基坑稳定性的影响,基于小变形假设、弹塑性本构关系及Terzaghi有效应力原理得到了土体变形方程。通过基坑渗流-应力耦合数值模拟,研究了群井降水条件下基坑地下水渗流场变化规律,考虑基坑支护措施,给出了渗流过程中基坑应力场变化特征。通过对武汉市某基坑开挖过程中渗流-应力耦合数值模拟,分析了渗流对基坑开挖稳定性的影响。     

富水砂砾石地层基坑开挖超孔压变化规律研究

为研究富水砂砾石地层钻孔灌注桩+旋喷桩止水帷幕对地下水渗流的影响,通过引入Mohr-Coulomb模型和渗流-应力耦合理论,基于ABAQUS有限元分析软件,研究了渗流场及应力场耦合作用下地下水渗流的状况。首先,对长沙某地铁车站基坑降水开挖过程进行有限元模型构建;然后,就基坑降水开挖过程中超静孔压变化规律展开了分析;最后,就钻孔灌注桩+旋喷桩支护止水帷幕对地下水渗流的影响规律进行了研究。结果表明:钻孔灌注桩+旋喷桩通过影响孔隙水压力进而有效降低了对地下水渗流的影响,且止水帷幕的渗透率越低,对地下水渗流的影响越小,可有效降低因降水而导致周围地表的沉降。该研究成果可为类似工程提供借鉴和参考。     

降水对桥基影响的三维渗流-应力耦合分析

近邻桥梁进行降水施工时,地层的固结变形导致桥梁基础变形,当桥梁的基础变形过过大时,可能危及桥梁的安全和正常运行.为了预测降水过程中桥梁基础的空间响应和评估其安全状态,建立三维非饱和渗流-应力耦合分析数学模型,同时,运用ABAQUS软件,建立地层、地下水、桥梁相互作用的三维有限元模型.采用直接耦合分析方法,对近邻桥基进行降水施工时的动态降水过程进行三维仿真模拟.模拟结果表明,水位下降10 m时,降水所引起的地表最大沉降值为21.37 mm,桥基的最大沉降值为19.56 mm,相邻桥基的差异沉降不到2 mm,表明降水期间桥基没有安全隐患,现有的降水方案是可行的.通过将沉降计算值与现场量测值比较分析,两者数据吻合较好,表明所提出的计算模型和分析方法是合理的,可为类似问题的研究提供了借鉴和参考.     

高层钢结构框架-设备动力响应分析

以某工业高层钢结构框架为研究对象,考虑不同的设备与框架连接形式,对其耦合动力响应进行了细致的研究。将简化Hertz-damp碰撞模型应用于结构-设备带限位导向连接的分析中,动力响应采用考虑残余应力和初始弯曲缺陷基于刚度法纤维单元模型进行弹塑性有限元时程模拟,取得较好的结果。分析表明,不同的设备与框架连接形式,对框架楼层剪力、反应谱,设备倾覆弯矩、位移和设备与框架连接部位的内力等均产生显著的影响,常规的简化分析存在一定的安全隐患。设备对框架的动力反馈在一定条件下会提高结构的动力响应。参与分析的设备数量对楼层剪力和限位碰撞力等有一定影响,平衡精度和效率后,工程设计中参与耦合分析的设备宜取1~2台。对框架-设备耦合抗震设计提出若干建议。     

基于DEM的入库洪水预报模型研究及系统开发

基于数字高程模型,考虑流域空间的变异性,建立数字高程流域水系模型,在此基础上对流域空间进行离散化,划分出产汇流计算子单元并计算各子单元面积权重。将构建好的数字高程流域水系模型与集总式流域水文模型-新安江模型相耦合,建立了基于数字高程模型的数字水文模型。采用客户服务器方式将该理论模型实现为水文预报计算机软件系统,并将该系统应用于全球能量与水循环亚洲季风试验强化观测区-淮河史灌河流域,对流域内梅山水库与鲇鱼山水库进行入库洪水预报实例研究。结果表明:构建的数字水文模型可以很好地模拟水库入库洪水过程,满足实时洪水预报精度的要求。这对充分利用现有空间技术和空间数据进行降雨-径流模拟并改进水文预报方法提供了研究途径。     

基于GIS和SWMM的精细化水文表征方法

SWMM是模拟城市降雨径流响应的动态模型，其汇水区的空间元素细分方式和水文表征直接影响模拟结果。为此，提出了基于GIS对汇水区的土地利用进行精细化分类的方法，并将下垫面信息通过物理水文定义，反馈、模拟到SWMM的汇水区水文表征和低影响开发（LID）模块描述中，直接影响水文汇流过程。与常规水文构建方法相比，精细化模型中增加的缓冲渗透区可以接收来自间接不透水区的径流，更符合实际径流走向，提高了模型精度。在相同降雨重现期下，精细化模型模拟得到的径流总量、径流峰值和溢流总量均比常规模型要小。同时，该方法可以更合理地模拟LID措施的水文作用，可为LID措施提供因地制宜的布设空间和比例。     

基坑降水引起地面沉降的数值分析

分析了基坑降水引起地面沉降的机理,讨论了基坑降水过程中有效应力及孔隙水压力变化对土层不均匀沉降的影响机制;运用ABAQUES岩土三维建模分析软件建立了水-土耦合模型,并结合基坑降水工程实测数据分析,模拟结果较好。进一步分析降水深度对地面沉降的影响,结果表明,随着降水深度的增大,基坑降水引发的地面沉降越大。     

供水格局变化下海河平原区浅层地下水动态响应分析

南水北调中线工程通水后,海河平原区因水源置换与地下水压采,供水格局发生转变。基于水资源转化动态模拟模型MODCYCLE,在对2001~2010年现状地下水动态平衡模拟分析的基础上,设置不同供水方案情景,量化模拟未来浅层地下水的动态响应。结果表明:供水格局变化后,随着降水入渗量和地表灌溉渗漏量增加,地下水总补给量有所增加;随着人工开采量的减少,地下水总排泄量减少;地下水补排关系改善但仍呈现负均衡。研究可为今后建立海河平原区地下水合理开采模式提供依据,促进区域地下水可持续管理。     

黑河流域地下水流数值模拟的研究进展

地下水在黑河流域水文过程和水资源转化中发挥着重要的作用。近20年来,研究者们专门针对黑河流域提出了一批地下水的数值模拟模型。这些模型在结构上可分为单层平面模型、双层准三维模型和多层三维模型。对包气带、河流与泉、开采井、季节性冻融等关键因素,现有模型采取了相似或不同的刻画方法,取得了一定的进展。未来的黑河流域地下水模型应加强与地表水、土壤水、水利工程等关联模型的耦合。     

高渗透、强补给水文地质条件下深基坑降水技术

基坑周边降水的成功与否直接关系到基坑工程施工的安全稳定。根据真实水文参数、专项拟合分析和水文参数计算,确定了井点降水的布置方案。对布置完井点的基坑,通过软件模拟降水过程中地下水渗流情况,作进一步优化处理,最后实施降水。监测表明,现场降水达到了预期的效果,基坑安全稳定,处于受控状态。     

Drop hammer impact behavior of double steel-concrete composite shear walls

基于双钢板-混凝土组合剪力墙的面外落锤冲击试验,采用LS-DYNA软件对其抗冲击性能进行有限元分析。通过与试验结果对比,校验了单元类型、材料本构模型及边界条件等建模方法的可靠性。采用该模型模拟分析了轴向压力、冲击动量和冲击能量对组合剪力墙动力响应的影响。分析结果表明：该有限元模型能有效地模拟双钢板-混凝土组合剪力墙在落锤冲击作用下的动力响应过程;随着轴压比n的增大,冲击力峰值先增后减,试件底部中心点挠度先减后增,说明轴向压力能提高组合剪力墙的抗冲击性能,但不宜大于0.5;冲击能量相同时,不同冲击动量对组合剪力墙的动力响应无显著影响;而冲击动量相同时,不同冲击能量对其动力响应影响显著。     

降水对桥基影响的三维渗流–应力耦合分析

 近邻桥梁进行降水施工时，地层的固结变形导致桥梁基础变形，当桥梁的基础变形过过大时，可能危及桥梁的安全和正常运行。为了预测降水过程中桥梁基础的空间响应和评估其安全状态，建立三维非饱和渗流–应力耦合分析数学模型，同时，运用ABAQUS软件，建立地层、地下水、桥梁相互作用的三维有限元模型。采用直接耦合分析方法，对近邻桥基进行降水施工时的动态降水过程进行三维仿真模拟。模拟结果表明，水位下降10 m时，降水所引起的地表最大沉降值为21.37 mm，桥基的最大沉降值为19.56 mm，相邻桥基的差异沉降不到2 mm，表明降水期间桥基没有安全隐患，现有的降水方案是可行的。通过将沉降计算值与现场量测值比较分析，两者数据吻合较好，表明所提出的计算模型和分析方法是合理的，可为类似问题的研究提供了借鉴和参考。     

热-水力-力学-传质耦合过程模型及工程土障数值模拟

提出了一个非饱和多孔介质中的热 -水力 -力学 -传质耦合过程模型。利用文献 [1]中提出的热 -水力 -力学本构模型 ,对工程土障系统进行数值模拟。数值模拟结果显示了环境条件对废物场中的热量产生和传输过程对工程土障中水力 -力学行为的影响以及可能在工程土障中产生塑性应变 ,导致土障破坏。污染物浓度分布的数值结果显示了温度与降水过程对污染物随地下水向土障周边自然环境渗透的倾向。数学模型及所发展的有限元求解过程可以为评估土障系统长期工作的有效性和土障系统的合理设计提供有力的工具     

双钢板-混凝土组合剪力墙落锤冲击性能研究

基于双钢板-混凝土组合剪力墙的面外落锤冲击试验,采用LS-DYNA软件对其抗冲击性能进行有限元分析。通过与试验结果对比,校验了单元类型、材料本构模型及边界条件等建模方法的可靠性。采用该模型模拟分析了轴向压力、冲击动量和冲击能量对组合剪力墙动力响应的影响。分析结果表明:该有限元模型能有效地模拟双钢板-混凝土组合剪力墙在落锤冲击作用下的动力响应过程;随着轴压比n的增大,冲击力峰值先增后减,试件底部中心点挠度先减后增,说明轴向压力能提高组合剪力墙的抗冲击性能,但不宜大于0.5;冲击能量相同时,不同冲击动量对组合剪力墙的动力响应无显著影响;而冲击动量相同时,不同冲击能量对其动力响应影响显著。     

结构-设备耦合体系地震响应振动台试验研究

工业建筑中设备与结构存在复杂的动力相互作用,不同动力特性的结构与设备组成的耦合体系其地震响应也会发生变化。为了研究结构-设备耦合体系在参数变化时的地震响应和破坏过程,进行了三个耦合体系模型的振动台试验。模型由钢筋混凝土框架结构和钢结构单自由度振子组成。试验得到了结构-设备耦合体系在地震波作用下的动力特性、位移反应、动力放大系数、动应变和层间滞回耗能。分析了质量比和频率比参数变化对耦合体系地震响应的影响。研究表明,随着质量比的增大,结构地震反应增大,设备地震反应减小;随着频率比的减小,结构地震反应减小,设备地震反应增大。研究结果可为支承设备的结构动力设计提供参考。     

海绵城市地表水与地下水耦合模型研究

采用SWMM及二次开发的GMS软件,通过建立地表水及地下水耦合模型,模拟了武汉市七零七小区的海绵城市功能,通过模拟结果证实研究区经过海绵城市改造施工后地表水的径流排放控制率为38％,达到了海绵城市设计要求的控制率小于40％的要求.海绵城市也使地表水的水质得到明显改善,总悬浮固体值从100 mg/L降低到70 mg/L,地下水也得到了较大的补给,最高补给时段地下水位上升了8 mm.