考虑时变效应的土石坝安全风险综合评价模型

针对土石坝整体安全风险和时变效应问题,以调查资料为基础,分析了土石坝整体安全的主要影响因素.综合运用层次分析法、可靠度计算法和专家评判法,以洪水漫顶、滑坡失稳、渗透变形以及工程管理为基本要素,构建土石坝安全风险评价指标体系.考虑洪水漫顶、滑坡失稳、渗透变形的时变效应,研究了基于时变效应理论的多层次土石坝安全风险综合评价模型.工程实例分析表明,该模型是可行和有效的,可为土石坝除险加固、水电站安全运行提供参考.     

中、小型土石坝渗流场三维有限元分析方法及应用

针对中、小土石坝工程的特点以及存在渗流安全的问题,采用改进的节点虚流量法,得到求解土石坝渗流问题的有限元分析方法,并编制Fortran程序.依托某土石坝工程,建立三维有限元渗流场计算模型,对正常蓄水时该坝坝体和坝基的渗流场进行了仿真计算,得到了相应的水头分布、浸润线以及渗漏量,并对该坝设计防渗体系下坝区渗流场规律和特点进行了分析.结果表明,该方法对中、低土石坝渗流溢出点和浸润线定位合理、准确,能够很好地模拟坝区渗流场规律,可为中、低土石坝的渗流安全评价提供参考.     

北京市通州区降雨时空特征分析

利用1973 — 2018年通州区17个气象站的逐日降雨数据，统计小、中、大、暴雨4个等级降雨发生频次和降雨累积值，分析不同等级降雨空间分布特征；采用百分位阈值法、滑动平均法等方法，分析极端降雨阈值及时空演变规律. 结果表明:1）通州区降雨95%阈值范围为44.1~50.2 mm，99%阈值范围为74.5~93.5 mm，99%阈值更能体现极端降雨事件.2）99%阈值的极端降雨发生在6 — 9月，主要在8月上旬、7月下旬、6月底7月初. 宋庄镇北部和西集镇东部较易发生极端降雨事件；副中心范围内的张家湾镇北部和潞城镇西北部较易发生极端降雨事件.3）极端降雨发生的频次整体呈减小趋势，北部和东部呈上升趋势，西南地区呈下降趋势，在空间上有明显的分界线.4）西集镇东部极端降雨频次、极端降雨量和极端降雨量贡献率不仅处于较高值，而且年际变化呈上升趋势，应为重点关注区域.      

三种模型在浙江省土石坝填筑土土水特征曲线中适用性研究

土石坝是由饱和与非饱和渗流区组成的统一体,渗流问题是影响土石坝运行安全的关键因素之一.土水特征曲线(SWCC)是非饱和渗流数值模拟的重要基础.浙江省土石坝众多,对其填筑土持水性研究具有重要意义.确定一个合适的模型来描述填筑土的SWCC是研究的基础.通过压力板仪,对3种浙江省土石坝典型填筑土进行持水试验,选取VG、FX和MX模型对试验数据进行拟合,并对拟合结果进行分析.结果表明,VG模型并不适用于土石坝填筑土,FX和MK模型均取得了较好的效果,FX模型在适用性和普遍性上更好.     

土石坝安全监测软件系统设计与实现

述了在当前科学技术条件下,土石坝安全监测系统的发展趋势,确定了土石坝安全监测软件系统开发的基本原则,并对其进行了阐述和论证．设计了一种新的土石坝安全监测软件系统结构——总线型软件系统结构,并列出了软件开发中的关键技术．利用此软件系统结构和关键技术开发了一套土石坝安全监测系统。通过在工程实践中的应用发现总线型软件系统结构稳定性好,实用性和先进性并重,体现了当今土石坝安全监测软件的开发要求和趋势．     

基于大型物理模型试验的强降雨诱发全风化花岗岩滑坡失稳分析

随着极端天气的增多,极端强降雨诱发滑坡对人民生命财产安全造成重大威胁。以典型强烈风化花岗岩地区青岛崂山的7.23返岭前滑坡为实例,基于相似准则,采用大型滑坡模型试验箱,开展了3组不同极端降雨条件下的室内模型试验,分析了不同降雨强度条件下边坡对降雨入渗的响应规律、边坡变形过程与破坏模式,总结了强烈风化地区极端降雨诱发花岗岩类滑坡的诱发机理与降雨成灾过程。结果表明：(1)降雨诱发全风化花岗岩滑坡经历了浸润侵蚀、表层变形、破坏加深和整体失稳4个阶段,坡体呈现“片状溜滑”特征;(2)降雨强度越大,降雨入渗速率越高,土压力、孔隙水压力和含水率变化越快,滞后效应越弱;(3)坡体变形破坏与降雨入渗具有一定的空间分布规律,研究成果可为强烈风化花岗岩地区的滑坡预警与治理提供参考。     

基于层次模糊综合评价的水库大坝安全评价法

提出了基于层次模糊综合评价的水库大坝安全评价法,该方法是建立在层次分析和模糊数学理论基础上的,是以<水库大坝安全评价导则)(SL258-2000)的评价体系为基础,将传统的分析方法与层次分析和模糊理论相结合的一种安全评价方法,可确定各种影响因素对土石坝安全的影响程度,能对土石坝的安全性作出全面、直观的评价.工程实例证明该方法的评价结果是可信的,值得在土石坝及其他水利水电工程的安全性评价中应用.     

基于UMAP与HDBSCAN的北京市极端暴雨时空动态分布规律研究

极端暴雨具有历时短、雨强大、破坏性强等特点，是引发城市内涝的主要原因之一，探究其时空动态分布规律，有助于提高城市内涝风险精细化管理水平.本文以北京市2004-2016年308个气象站点的降雨资料为研究样本，利用UMAP降维算法和HDBSCAN聚类算法，构建了各类极端暴雨事件的时空动态分布模型.首次提取了北京市全域4类极端暴雨模式：模式1，暴雨集中在主城区，并围绕主城区缓慢移动；模式2，暴雨从西南山区途经主城区，向东北方向移动；模式3，暴雨自西部山区向主城区西北部扩散，最后向主城区北部方向移动；模式4，暴雨从西部山区途经主城区向东移动.研究结果表明，北京市极端暴雨的主要类型为短历时降雨过程，暴雨中心在空间上均存在从西向东移动的趋势.其中，主城区、东南山区以及南部平原地区面临相对更高的极端暴雨风险.各类极端暴雨的模式特征物理机制明确，其重构特征可以充分表征实际暴雨事件特性.研究成果可为北京市降雨设计、城市内涝风险管理等工作提供一定的参考.     

1960-2014年河南极端降水特征分析

基于河南1960-2014年17个气象台站日降水实测数据,采用线性趋势与分析方法,根据选取的9个极端降水指数,分析了河南省极端降水的时间演化和空间分布,探讨了影响极端降水的因素.结果表明:(1)河南极端降水指数多年均值的空间分布整体呈现由北向南连续干日数减弱、年总降水量和大雨暴雨日数增多,自西向东平均日降水强度增强的分布规律.(2)该区极端降水指数长期演变趋势存在一定的空间差异.大部分地区降水量减少,但发生干旱和大到暴雨的日数却增加;而河南东部地区的极端降水事件呈现增强趋势,南部地区则表现为减弱趋势.(3)极端降水指数具有明显的年际和年代际时间变化规律,整体表现为20世纪80年代早期偏多、90年代偏少、21世纪后又增多的特点.河南地区极端降水变化符合我国中部和北部地区极端降水整体呈减少趋势的研究结果;引起其变化的重要原因为异常大气环流所致.而由于极端降水事件本身的特殊性和复杂性,区域内极端降水事件的物理成因和机制还需要深入研究.     

斯里兰卡极端降水时空演变特征及趋势预测

斯里兰卡是我国“一带一路”战略的重要节点国家,极端降水对当地社会经济威胁较大,极易引发灾害。本文选取当地10个气象站2008~2020年的逐日降水资料,基于RClimDex模型计算斯里兰卡6个极端降雨指标,利用经验正交函数分析、Morlet小波分析和R/S分析等方法,分析极端降水事件的时空演变特征。结果表明：极端降水指数在时间分布上,除持续干旱指数（CDD）呈减少趋势外,其他各指数均为上升趋势;极端降水指数空间差异表现为北部沿海平原地带的极端降水强度高于南部沿海平原,拉特纳普勒市以西地区为斯里兰卡降雨事件的多发区;极端降水指数周期性明显,绝大多数极端降水指数以6~7年为第一主周期。R/S分析表明当地极端降水事件未来持续可能性较大。研究结果可为斯里兰卡极端气候预测、生态环境保护、防灾减灾工作等提供决策支持。     

基于P2PSand模型的水库土石坝坝基地震液化影响分析

为了解决水库土石坝坝基地震液化导致严重坝体变形和边坡失稳等灾害,从而对水库土石坝长效安全运行造成严重威胁的问题,以某水库土石坝为例,利用有限差分软件FLAC3D 7.0及其内置P2PSand模型(practical two-surface plastic sand model),对存在地震液化地基的水库土石坝进行地震动力响应分析。结果表明：地震强度与相对密实度对水库土石坝坝基地震液化趋势影响较大,超孔压比随着地震过程的进行而逐渐增大,增大幅度约为10.46%;随着坝基地震液化程度的提高,坝体变形更明显,并且坝基边坡稳定性劣化。     

土石坝工程安全预警系统关键技术

基于系统工程的预警原理,结合土石坝工程的特点,研究了土石坝工程安全预警系统架构,并将其分为警源分析子系统、警兆辨识子系统、警情分析子系统.重点研究了警源分析子系统和警情分析子系统,并将其中涉及的水库大坝的虚拟现实技术、溃坝洪水估算、下游洪水演进预测等关键技术应用于浙闽台流域某土石坝工程中.结果表明,土石坝工程安全预警系统对预警土石坝的安全具有一定的作用.     

库水位变动联合不同类型降雨下中小型均质土石坝渗流及稳定耦合分析

为认识库水位变动联合不同类型降雨下中小型均质土石坝坝坡的渗流及稳定性规律,给中小型均质土石坝的日常风险管理提供依据,本文根据非饱和渗流原理,对该类土石坝坝坡在渗流应力耦合状态下遭遇库水位变动和不同类型降雨时的渗流和稳定性进行有限元模拟,选取库水位上升、库水位下降和库水位不同变动速率联合不同类型降雨进行耦合分析,结果表明:(1)上游监测点孔压对库水位变化较敏感,对有无降雨及不同降雨类型的变化不敏感,下游监测点对有无降雨较敏感,对库水位、降雨类型的变化敏感度较低;(2)不同类型的降雨对下游坝坡安全系数影响不同,数值模拟的安全系数大小是前锋型平均型=中锋型后锋型无降雨;(3)有无降雨及降雨类型的变化对上游坝坡安全系数的影响较小,库水位的变动对上游坡的影响较大,库水位上升、有无降雨及降雨类型的变化对下游坝坡都有影响,但降雨对下游坡安全系数的影响更大。     

黄土高原淤地坝溃决型泥石流易发性评价

生态环境脆弱,极端气候频发,黄土高原淤地坝溃决形成的泥石流灾害事件增多,对当地人民生命财产安全带来巨大危害,有效的开展淤地坝溃决型泥石流灾害易发性评价对国土规划、防灾减灾具有重要意义。本文以黄土高原淤地坝溃决型泥石流为研究对象,从工程地质条件和降水量入手,基于产流模型、产沙模型,建立了淤地坝溃决型泥石流易发性评价模型及其计算方法,定义了库水位坝高比概念,并开展了考虑坝系结构的淤地坝溃决型泥石流易发性评价。研究结果表明,当降雨频率为5%、降雨时长4.5h以上时,大型淤地坝溃决形成泥石流易发性等级达到了高易发,一般降水情况下均为不易发和低易发;当降雨频率为20%、降雨时长4.5h以上时,中型淤地坝溃决形成泥石流易发性等级达到了高易发,一般降水情况下均为不易发和低易发;而当降雨时长1h以上时,小型淤地坝溃决形成泥石流易发性等级均达到高易发以上。此外,坝系的结构对淤地坝溃决型泥石流易发性也有一定的影响。     

考虑水力模型参数空间变异性土石坝边坡可靠度分析

土石坝边坡可靠度分析中大多只考虑了坝体材料抗剪强度参数的空间变异性,忽略了非饱和水力模型参数空间变异性的影响.本文发展了土石坝边坡可靠度非侵入式随机分析方法,探讨了水力模型参数空间变异性对土石坝边坡可靠度的影响规律,解释了土石坝边坡失效概率随水力模型参数n的变异系数增大而减小的原因.结果表明:非侵入式随机分析方法计算效率远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法.参数敏感性分析表明土石坝边坡失效概率与坝体材料黏聚力、内摩擦角及饱和渗透系数的变异系数之间呈正相关关系,其中黏聚力变异性的影响最大,饱和渗透系数变异性的影响最小.此外,a的变异性对边坡失效概率基本没有影响,相反边坡失效概率随着n的变异系数增大而越小,这是因为当n的变异系数取值越大模拟得到的n值越接近于下限值(1.05),进而导致土石坝渗透系数越小,通过坝体的渗流量越小,从而土石坝边坡更安全.     

地铁沿线地下水壅高规律及其对极端降雨事件的响应

地下水保护是济南市地铁规划建设的关键环节之一,由于地铁工程构筑物对地下水渗流的阻挡作用可能引发地下水壅高,因此亟需定性、定量地探究地铁工程建设目标区域的地下水壅高风险,并针对愈加频发的极端降雨事件,关注其对壅水现象的影响。对此,研究主要针对济南地铁4号线典型区段所处研究区,基于传统网格剖分方法优化建模流程,构建包含地铁工程构筑物的三维地质体结构,以建立地下水非稳定流数值模型,分析地铁沿线地下水壅高规律及成因,并设计极端降雨事件以模拟地下水壅高的响应。研究结果表明：(1) 济南西部平原区地铁工程引发的地下水壅高现象具有空间分布规律,其规律性主要受控于地铁走向-地下水流向夹角、含水层厚度,地铁-地下水流向夹角为关键主控因素;(2) 极端降雨情景下地铁沿线各区域间的壅高幅度差异有所增大,而壅高现象的空间规律与正常降雨情况下保持一致。越接近研究南侧山区地下水补给带,极端降雨事件影响越大,整体上短期极端降雨事件对地下水壅高并无较大影响。研究成果可为济南市地下水保护提供切实可靠资料,亦将为地下工程扰动地下水流场这一过程对极端降雨事件的响应形成突破性认识。     

土石坝变形统计模型研究

研究土石材料的非线性、应力路径以及流变等对建立土石坝变形统计模型的影响，提出新的土石坝变形统计模型及迭代建模方法.算例分析表明新模型提高了拟合精度.研究工作使土石坝变形统计模型趋于合理.     

基于GIS的城市内涝影响因素及多元回归模型研究——以上海为例

全球气候变化引起了极端气候事件的增多,洪涝已成为最主要的相关灾害和世界各大城市共同面对的敏感问题之一.本文以中国特大型城市上海为例,基于历史数据及GIS空间分析,综合研究了上海市的降雨、城市建设用地扩张、人口集聚分布、城市数字高程(DEM)、基础设施排水能力等因素对中心城区暴雨内涝发生的影响,并基于Python中的scikit-learn机器学习模块构建了多元Logistic回归模型,根据以上因素对内涝是否发生进行判别,模型准确率达到90%以上.研究表明,上海市中心城区DEM、不透水面分布和人口分布显著影响其暴雨时的内涝发生率.     

爆破振动对高土石坝影响的数值分析

开挖爆破是山区常用的一种施工方法,爆破开挖常常会对周围的土石坝造成影响,因此有必要研究爆破震动波对既有土石坝的影响。本文结合工程实例,建立某高土石坝有限元模型,输入相似工程的爆破波进行分析,以探讨爆破震动对该高土石坝的影响,结果显示:位移从上至下呈依次减小趋势,位移最大值主要集中在坝顶;应力分布主要集中在主堆石区;速度时程曲线和加速度时程曲线从上至下逐渐减小,坝顶波动最为激烈且最大值对坝体安全性产生了威胁;本次模拟采用炸药用药量对该土石坝的安全性造成了威胁,建议减小用药量或增加爆破距离。     

横断山区汶川县滑坡泥石流降雨致灾阈值研究

基于2001-2020年GPM L3降水数据和第二次青藏科考所获取的2018年汶川县汛期滑坡泥石流灾害隐患点目录，从强度、相对性、绝对性和持续性方面遴选11个极端降水指标，揭示汶川县极端降水时空演变规律；通过构建累积降雨量-降雨时间关系阈值(E-D)模型、优化雨场分割法、量化汶川县降雨型滑坡泥石流样本降雨阈值，分级预测2001-2020年降雨型滑坡泥石流灾害隐患点的危险等级.研究结果表明：1)极端降水指标在汶川县大部分乡镇点位的趋势变化不显著，大多数指标呈现北低南高、西低东高的空间分布特征.极端降水的相对性指标、强度性指标以及部分持续性指标在空间分布上具有一致性，高值区主要分布在汶川县东部和南部地区，其发生由极端降水诱发的滑坡泥石流地质灾害事件的可能较大. 2)汶川县降雨型滑坡E-D阈值曲线为E=41.69·D_0.84(3≤D≤6)，降雨型泥石流E-D阈值曲线为E=81.28·D_0.36 (3≤D≤23). 3)汶川县“易发生”的降雨型滑坡隐患点占比46.2%，集中位于水磨镇北部、漩口镇东部、草坡乡东南部、绵虒镇中南部、耿达镇东南部、映秀镇东...