深圳市降水变化特征及其未来变化情况预测

基于1998—2018年深圳市日降水资料,采用降水相对变率、集中度及集中期分析了月尺度、年尺度降水稳定性及其年内分配特征,运用Mann-Kendall非参数法和相关函数法对深圳市年降水量、降水稳定性和分配特征参数的变化趋势、突变特征及其未来降水变化特征进行分析与预估。结果表明:深圳市汛期降水稳定性比非汛期更好,年际降水分布稳定性较差,降水集中期为每年6—8月份,降水集中度处于0.23~0.72;降水量和降水分布特征参数均在2011—2013年发生突变,在发生突变后降水相对变率和集中度呈下降趋势,而年降水量和集中期呈上升趋势;深圳市未来降水序列变化趋势受过去变化特征的影响,其中未来年降水量有减少的趋势,降水集中程度逐渐增强,降水稳定性逐渐变差,年内降水分配均匀性变差,降水集中期持续向后推迟。研究成果为深圳市合理蓄水和用水提供科学依据,对水资源调度、利用以及防汛抗旱具有实际指导意义和重要的学术价值。     

多溶洞地层桩端极限承载力下限有限元法分析

为计算多溶洞地层桩基的极限承载力,通过MatLab平台编制了用于分析多溶洞地层桩端极限承载力下限的有限元法计算程序。采用平面应变模型,并假定材料符合Mohr-Coulomb准则和塑性关联流动法则。定义无量纲参数N来衡量各参数对桩端极限承载力的影响。根据桩与溶洞间的相对位置关系,详细探讨了6种工况下桩端极限承载力的变化规律,并分析了嵌岩深度h_r、上覆土层自重q_s和溶洞直径D的影响程度。分析结果表明:桩端极限承载力随h_r的增大而增大,随D的增大而减小,而q_s的影响基本可忽略不计。此外,还对不同工况下桩端的极限破坏模式进行了分析。最后,通过考虑无溶洞、有溶洞下的2种桩基算例,验证了本文方法的正确性。     

金沙江下游梯级水库汛期分期及汛限水位合理性研究

汛期分期以及分期汛限水位的合理确定,能够较好地协调水库防洪效益与发电效益之间的矛盾,对充分发挥水库的防洪、发电能力,以及提高汛期洪水资源利用率具有重要意义。基于改进的模糊集分析方法并依据金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4个梯级水库入库洪水对其汛期进行分期,通过隶属度与防洪库容的映射关系确定梯级水库分期汛限水位,提出利用跨期选样法对分期结果及汛限水位进行修正。研究结果表明:金沙江下游梯级水库前汛期为6月1日—7月14日,主汛期为7月15日—9月16日,后汛期为9月17日—10月24日,4个梯级水库合理汛限水位分别为962,800,575,374 m。通过不同典型洪水放大的洪水过程检验了分期汛限水位的合理性。研究得到的金沙江下游梯级分期结果及各库分期汛限水位,均能够在满足防洪安全的前提下提高水库发电等经济效益,在一定程度上提高了汛期洪水资源的利用率。     

耦合效应下压力型锚索锚固机理的拟静力分析

为了更加精确地对地震作用下软弱岩土体中压力型锚索抗震性能进行理论研究,基于长期荷载作用下钢绞线的材料松弛现象,推导了锚索预应力与岩土体蠕变的耦合效应下锚索预应力表达式和预应力损失量表达式;结合地震作用效应的拟静力等效法、Mindlin问题解和积分简化方法,推导了砂浆体在圆形均布荷载作用下压力型锚索锚固段的等效压应力表达式和等效剪应力表达式。通过案例分析可知:锚索预应力初期损失较大,中期损失稳定,至后期基本保持不变,预应力损失速率是递减的;压力型锚索锚固段砂浆体的等效应力主要集中在承压板0.5 m的范围内,等效应力最大值不在承压板与砂浆体的接触面上,而在承压板0.1 m的范围内。该研究成果丰富了压力型锚索抗震设计理论研究内容,可为深化压力型锚索抗震机理研究提供一定的理论依据,也可为合理考虑压力型锚索加固边坡的抗震设计提供有益的参考。     

深圳市近20 a水资源及其利用状况分析

根据1995—2017年深圳市水资源公报资料,分析了深圳市近20 a来的降水量、地表水资源量、用水量、用水结构、用水指标和废污水排放量变化情况,并与国内主要大城市进行比较。在此基础上,利用主成分分析法,把影响深圳市水资源承载力的13项主要指标归纳为2个独立的主成分,对深圳市水资源承载力进行了综合评价。结果表明:近20 a来,深圳市用水量急速上升,年均增长率4.64%;用水构成中以城市居民生活用水占比最高,所占比例多年均值为35.76%,工业用水或公共用水次之,其他用水最少;万元GDP用水量减少了89.3%,万元工业增加值用水量减少了85.5%;水资源承载力持续上升,水资源承载力水平受水资源开发利用水平及社会经济发展程度的影响更大,受本地水资源量的影响较小。深圳市短期内可通过建设新的引水工程解决供水矛盾,但从长期来看,更应积极优化用水结构、加快产业升级、充分挖掘城市节水潜力。研究成果可为深圳市水资源保护利用和管理决策提供参考。     

局部超挖对悬臂排桩基坑支护体系安全性能的影响

由局部超挖引发基坑大范围破坏的工程事故时有发生,但局部超挖对基坑整体安全性能的影响及其引发连续破坏的机理尚仍缺乏研究。以悬臂排桩支护的长条形基坑为例,采用模型试验和有限差分法对基坑局部超挖引起的荷载传递规律进行探索。结果表明:随着超挖深度的增大,由于土拱效应,超挖区外支护桩内力大幅增长,而超挖区内支护桩桩身弯矩先增加后降低或持续降低;大面积开挖深度相同时,随着局部超挖范围增大,邻近支护桩桩身弯矩与位移增幅逐渐增大并趋于稳定。研究成果初步揭示了局部超挖对支护桩内力的影响等荷载传递规律,可为防超挖引发基坑连续破坏研究和局部深坑设计提供参考。     

移动列车作用下大直径顶管群和路基的动力变形和应力

大直径顶管下穿重要铁路干线时,路基的承载力和动力特性必将发生改变,铁路部门要求列车运行时顶管上方竖向动位移与顶管施工前相比变化量≤5 mm。对列车驶过顶管群上方铁路的过程进行了数值模拟,给出路基瞬时竖向位移和顶管附加动应力等结果。采用三维有限元Newmark动力时程分析法和seed等效线性法模拟路基的振动软化,按照实际工程考虑6根直径4.7 m的顶管群下穿京沪铁路,计算列车速度分别为100,200 km/h。计算结果表明,在管道埋深12 m时,路基最大竖向动位移增加1.3 mm,顶管受到的附加拉(压)动应力为0.14 MPa左右,顶管群对铁路运行的影响在容许范围内。     

共存阴离子对核酸阻锈剂在模拟混凝土孔溶液中钢筋阻锈作用的影响

将一种含有长度在20～80个碱基的各种引物的混合溶液溶解在核酸缓冲液中作为核酸阻锈剂,通过线性极化和电化学阻抗谱(EIS)两种电化学手段分别研究共存阴离子HCO_3~-和SO_4~(2-)对核酸阻锈剂在模拟混凝土孔溶液中对钢筋氯盐腐蚀的影响。利用X射线光电子能谱(XPS)分析了在有共存阴离子存在的模拟混凝土孔溶液中钢筋电极在核酸阻锈剂作用下表面膜的组成结构。结果表明:核酸阻锈剂具有良好的钢筋防腐蚀效果,共存阴离子HCO_3~-的存在使钢筋的腐蚀速率加快,但核酸的加入能明显减弱钢筋腐蚀倾向,具有和商用阻锈剂(主要成分为磷酸钠)基本相同的阻锈效率;共存阴离子SO_4~(2-)的存在加快了钢筋的腐蚀速率,且SO_4~(2-)的浓度较低时核酸阻锈剂的阻锈效率已经超过了同等条件下的商用阻锈剂。     

锦屏一级拱坝黏弹性工作性态反演分析

针对锦屏一级拱坝历年1 880 m高水位稳定期坝体向下游侧位移持续增大的异常变形性态,基于现场位移监测数据和坝体混凝土徐变试验数据,对该拱坝当前运行性态进行了反演分析。结果表明:坝体目前处于黏弹性工作状态,监测发现的短期趋势性变形是由水压荷载作用下黏弹性滞后变形效应和年周期环境温降效应所共同引起。混凝土黏弹性力学参数之间具有较好的线性关系,基于弹性水压分量反演得到的坝体混凝土弹性模量实际是瞬时弹性模量与延迟弹性模量的等效值,对于锦屏一级拱坝,该反演值为35.5 GPa,与前期反演值和试验值较为接近;而基于黏弹性水压分量反演得到的广义Kelvin模型中瞬时弹性模量、2延迟弹性模量和2黏滞系数分别为47.3 GPa、189.4 GPa、132.3 GPa、383.8 GPa·d和20 574.6 GPa·d。建议今后对锦屏一级拱坝建立变形监控模型时,应在HST模型中引入黏弹性滞后水压分量。     

An automatic parameter calibration method for the SWAT model in runoff simulation

Runoff simulation is highly significant for hydrological monitoring, flood peak simulation, water resource management, and basin protection. Runoff simulation by distributed hydrological models, such as the soil and water assessment tool (SWAT) model which is the most widely used, is becoming a hotspot for hydrological forecasting research. However, parameter calibration is inefficient and inaccurate for the SWAT model. An automatic parameter calibration (APC) method of the SWAT model was developed by hybrid of the genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO). Multi‐station and multi‐period runoff simulation and accuracy analysis were conducted in the basin of the Zhangjiang River on the basis of this hybrid algorithm. For example, in the Yaoxiaba Station, the calibration results produced an R² of 0.87 and Nash Sutcliffe efficiency (NSE) index of 0.85, while verification results revealed an R² of 0.83 and NSE of 0.83. Results of this study show that the proposed method can effectively improve the efficiency and simulation accuracy of the model parameters. It can be concluded that the feasibility and applicability of GA‐PSO as an APC method for the SWAT model were confirmed via case studies. The proposed method can provide theoretical guidance for many hydrological research fields, such as hydrological simulation, flood prevention, and forecasting.