泥石流启动的临界地表径流深度研究

暴雨过程形成的地表径流导致坡体表面和前缘松散物质向下输移,汇入沟道,演变成危害性较大的泥石流,因此,对于泥石流的启动机理和启动临界条件的研究十分必要.根据下渗曲线法,得出了地表径流深度、入渗率以及降雨强度的关系,并运用牛顿定律、水文学以及土力学等理论,建立了泥石流单颗粒启动、局部启动和整体启动的临界地表径流深度的求解模型,从而可推得临界降雨强度,此可为泥石流的泥石流预警提供了有用的理论基础.     

港区雨水径流模型的建立及检验

针对港区的情况建立了港区雨水径流模型,包括了地表产流计算模块、地表汇流计算模块和管网汇流计算模块,其中地表产流采用霍顿下渗公式计算下渗量;地表汇流采用瞬时单位法计算;管网汇流模块采用运动波法求解.经长沙市港区的实测资料检验,证明该模型在港区小流域的雨洪分析中有较高的精度,洪峰流量和径流总量最大相对误差分别为2.8%、7.563%,最小相对误差分别为0.7%、0.408%.可用于港区雨水排水的径流模拟.该模型的建立可以为港区的雨水排水系统的设计、校核及管理提供科学依据.     

无锡市城市集水区地表径流污染差异归因分析

对位于无锡市主城区的沈巷小区、东风小区和槐古豪庭降雨、地表径流及其水质过程进行同步监测,分析地表径流的水文、水质变化过程及其特征,以期为分流制集水区地表径流污染的控制与管理提供科学依据。结果表明,地表径流污染物浓度峰值先于降雨强度峰值;绿地能够降低地表径流中COD_(Mn)、TP和TN等溶解性污染物的浓度,并可能增加地表径流中悬浮颗粒物和有机物的来源;地表径流中TP、TN对受纳水体污染严重,空气中NO_2等含氮物质超标是引起当地水体富营养化的重要因素;COD_(Mn)、TP和TN等溶解性污染物的初期冲刷强度大于固体颗粒态的TSS,其冲刷强度分别取决于地表径流的汇流速度及径流的搬运能力。     

西双版纳橡胶人工林地表径流与地下径流的关系

根据在西双版纳山地橡胶人工群薄林地的集水区测流堰20个月的实测资料，分析研究在西双版纳地区地表径流产生的条件、地表径流和地下径流的特征。最终从集水区测流堰所观测到的总径流量中把地表径流与地下径流分离出来，并给出在分离地表径流与地下径流的求算过程中应注意的原则和实际操作方法。     

多孔路面材料与厚度对地表径流的净化效能

针对地表径流通过透水沥青路面渗透后水质会产生变化的问题,设计了透水路面材料渗透装置,选取了能够表征路面地表径流水质的16项代表性指标,试验分析了透水沥青混合料、级配碎石和天然砂等3种多孔路面材料和厚度对地表径流污水的净化效能与机理.试验结果表明:多孔路面材料和厚度对地表径流中污染物的去除效果影响显著;天然砂对地表径流中TP,COD,Zn,BOD,PP和Cr~(6+)等污染物的去除效果良好,增加砂垫层厚度能够提升上述污染物的去除效率;级配碎石对地表径流中Pb,NH_4-N,AVO,COD和BOD等污染物具有良好去除效果;多孔沥青混合料对地表径流中NH_4-N,Pb和TP的过滤净化效果相对较好.     

Characteristics of N and P Loss in the Soil of Purple Sloping Farmland at Different Fertilization Levels

基于三峡库区自然降雨条件下3个连续雨季观测的径流试验数据,分析不同试验处理下坡耕地地表径流磷浓度及构成,探讨地表径流磷流失量的时间变化过程及分布差异。结果表明:颗粒态磷占磷流失总磷的70%以上,是地表径流磷流失的主要形式,5～6月磷流失量达到峰值;不施肥处理小区磷流失量最高,横坡垄作小区磷流失量最低;三峡库区增加地表植被覆盖程度能够有效减少坡耕地地表径流磷流失量,减缓种植业面源污染对地表水体产生的潜在富营养化威胁。     

基于SWAT模型的潇河流域地表径流模拟研究

根据实测地表径流和降雨量数据,用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型对汾河的二级支流-潇河流域的地表径流进行了模拟和验证,并分析了地表径流与降水量以及地表径流与土地利用之间的关系。结果表明:(1)SWAT模型可以较好地模拟潇河流域地表径流的年际和年内变化过程(率定期r=0.88;验证期r=0.78)。在降水量较多、产流较大的年份其模拟效率更高(r=0.98);(2)地表径流模拟值与降水量的变化呈显著正相关(r=0.865),且降水量的大小对地表径流的残差有影响;(3)在径流产流量贡献方面,林地最大(r=0.647),草地次之(r=0.581),耕地最弱(r=0.1),而在面积占比中草地(48.43%)却远大于林地(28.65%),可见一定程度上草地保持水土,涵养水源的能力要略好于林地。     

华北平原区典型下垫面退水过程研究

以位于邯郸永年区的河北工程大学降雨-径流-灌排试验场为依托,进行数场人工模拟降雨试验,分别探讨了华北平原区典型下垫面河道径流、地表径流和各层壤中流出流的退水特征。对各种出流方式对比结果表明, 河道径流和地表径流在降雨停止后迅速消退,且很快退水完毕;壤中流退水往往在地表径流退水的后半程开始,其退水历时最长, 流量最小。影响因子分析表明, 降雨强度对退水流量的影响比较明显地表现在河道径流方面,即随降雨强度的加大,河道径流的退水流量呈幂函数上升趋势;降雨量对各层壤中流总退水流量的影响显著,即随着降雨量的增大,壤中流退水流量呈幂函数增大趋势;降雨历时对各种方式的退水流量影响均不明显。雨强还影响退水流量在总径流量中的分配比例,河道径流、地表径流、壤中流1和和壤中流2出流的退水流量分别占总流量的0.72%、8.6%、1.71%和0.19%,退水流量占总流量的12.31%。当雨强小于2mm/min时,随着雨强的增大地表径流退水流量所占比例呈直线增加趋势,但当雨强增加到2mm/min以上之后,地表径流退水流量所占比例反而下降了;随着雨强的增加,壤中流总退水流量所占比例呈对数函数逐渐下降的趋势。计算结果表明, 该区退水常数可以分河道径流、地表径流退水和壤中流退水2类, 其数次降雨平均值分别为 0.85 和 0.95。这一结果为进一步研究水文过程乃至流域尺度的退水过程提供了借鉴。     

水质水量相关法在非点源污染负荷估算中的应用

降雨径流是形成非点源污染的主要影响因素,据此,根据监测资料建立了水质水量相关关系,将年径流量分割为地表径流与枯季径流,并将水质不量相关关系应用于地表径流,从而提出了有限资料条件下估算降雨径流污染年负荷量的水质水量相关法。应用实例表明,这种方法是可行的。     

邯郸东部典型平原区的径流退水过程模拟研究

以位于邯郸永年区的河北工程大学降雨-径流-灌排试验场为依托,进行数场人工模拟降雨试验;分别探讨了邯郸东部典型平原区河道径流、地表径流和各层壤中流出流的退水特征。对各种出流方式对比结果表明,河道径流和地表径流在降雨停止后迅速消退;且很快退水完毕。壤中流退水往往在地表径流退水的后半程开始,其退水历时最长、流量最小。影响因子分析表明,降雨强度对退水流量的影响比较明显地表现在河道径流方面,即随降雨强度的加大,河道径流的退水流量呈幂函数上升趋势;降雨量对各层壤中流总退水流量的影响显著;即随着降雨量的增大,壤中流退水流量呈幂函数增大趋势;降雨历时对各种方式的退水流量影响均不明显。雨强还影响退水流量在总径流量中的分配比例,河道径流、地表径流、壤中流1和壤中流2出流的退水流量分别占总流量的0.72%、8.6%、1.71%和0.19%,退水流量占总流量的12.31%。当雨强小于2 mm/min时,随着雨强的增大,地表径流退水流量所占比例呈直线增加趋势;但当雨强增加到2 mm/min以上之后,地表径流退水流量所占比例反而下降了;随着雨强的增加,壤中流总退水流量所占比例呈对数函数逐渐下降的趋势。计算结果表明,该区退水常数可以分河道径流、地表径流退水和壤中流退水2类,其数次降雨平均值分别为0.85和0.95。这一结果为进一步研究水文过程乃至流域尺度的退水过程提供了借鉴。     

复合材料扁双曲壳的几何非线性分析

板壳结构主要采用有限单元法进行结构设计分析,由于有限单元法设计变量较多,计算复杂,采用Bezier曲面多项式为壳体中面位移和转动分量的试解函数,用半解析法分析了复合材料扁双曲壳在外载荷作用下的变形.结果表明,挠度从中心点到横截面边缘逐渐减少且变化的趋势逐渐增大,半解析解和解析解的分析结果吻合良好,可在工程中借鉴应用.     

深基坑支护结构变形的三维有限元分析与模拟

在工程实践中,对于深基坑开挖过程的模拟计算多采用平面应变分析方法,但由于深基坑开挖实际上是三维过程,平面分析忽略了开挖墙角处的三维效应,因此,计算结果偏于保守,为此,研究了不同有限元网格划分下基坑变形的情况,提出一种非线性的、三维有限元分析手段,用于深基坑开挖过程中预测围护墙变形和地表沉降值,为了更接近实际,采用了一种新的接触面单元,Desai单元,模拟土与结构的相互作用,三维分析结果表明,基坑内网格密度对于计算结果的精度有较大影响。     

有限单元法求解地表移动时区域确定和单元划分的特点

本文为了能够在微型计算机上采用有限单元法计算由开挖引起的均质岩层及地表移动,采用富氏积分变换方法和有限单元法进行计算,并将富氏积分变换方法的计算结果与在不同的计算区域、大小不同的单元及排列情况时的有限元计算结果相比较,获得了如何确定有限元法的计算区域、单元的尺寸及排列情况。     

多孔介质中可压缩混溶驱动问题的新型流线-扩散混合元方法

提出了一类新型流线-扩散混合有限元方法求解多孔介质中可压缩混溶驱动问题。引入分裂正定混合有限元方法求解抛物型的压力方程,混合有限元方程组是对称正定的,并且流函数方程不依赖于压力方程。采用标准的流线-扩散法求解对流扩散型的饱和度方程,分析了算法的收敛性并给出了相应的误差估计。     

曲面均匀网格轮式行进生成法

提出一种新的曲面有限元网格生成方法,将曲面边界离散相邻节点连接构造线段序列,并从序列中的线段出发,以线段的空间位置为依据,构造圆,再利用该圆在曲面上布点筛选求取网格节点,生成单元,使节点一单元一线段交替生成,该方法实现了曲面均匀网格的自动生成,网格质量良好,适用于不同形式的曲面,具有很大程度的通用性,有利于解决有限元分析建模的瓶颈之一——曲面网格自动生成问题。     

基于响应面法和麻雀搜索算法的结构有限元模型修正

为了获取准确可靠的结构有限元模型,提供结构运营期间健康监测和状态再分析的基准参照,提出了一种基于响应面法(response surface method,RSM)和麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)的结构有限元模型修正方法.首先,基于响应面法,采用拉丁超立方设计方法进行试验设计获取样本点,以简单低阶数学模型代替特征量与参数间复杂的映射关系,构造结构宏观响应与各参数的解析表达式,基于逐步回归分析进行基函数显著性检验,运用方差理论检验模型精度获取最优响应面模型,并联合结构动力响应残差和构造目标函数;其次,基于麻雀搜索算法,对目标函数进行优化求解得到各参数最优解,代入初始有限元模型中,实现对初始有限元模型的修正;最后,基于RSM-SSA有限元模型修正方法对高维局部损伤悬臂梁数值模型实施修正,验证所提方法的可靠性和可行性,并与基于其他新兴群智能优化算法的有限元模型修正结果进行对比.结果 表明:采用该方法修正的参数和频率误差均值分别为6.549％、0.279％,修正效率和精度较其他算法有显著提升,修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映结构实际力学行为.该方法为结构有限元模型修正提供一种新思路.     

高层建筑结构分析的有限元—有限条混合方法

在高层建筑结构分析中将有限元与有限条方法结合起来,用三次Ｂ样条函数的线性组合作为位移函数,并构造了广义有限杆单元,解决了有限元有限条混合单元的连接问题,可以进行框架－剪力墙及框支剪力墙等的分析。编制了专用计算程序。工程实例计算表明：计算结果与现有的试验结果吻合较好,计算精度是令人满意的,具有工程实用价值。     

有限元刚度矩阵的压缩存贮及组集

基于细胞元索引存贮方案，提出一种仅组集有限元刚度矩阵中非零元素的方法，该方法最突出的特点是计算所需内存空间与有限元网格节点和单元的编号模式无关，适于进行自适应网格细化有限元分析。针对刚度矩阵的一维压缩存贮格式，对稀疏矩阵直接解法和预处理共轭梯度法进行探讨，并编制相应的计算机程序对某地铁车辆有限元模型进行分析，计算结果与ANSYS5．7的计算结果相比相对误差不超过2％，说明提出的存贮方案和求解方法是正确、可靠的。     

地下工程有限元程序面向对象的设计与实现

在综合现有的有限元面向对象设计的基础上 ,提出了一个完整的可用于地下工程计算分析的面向对象有限元程序框架 .通过强调模型域与分析域相分离 ,单元、材料参数与本构模型相分离 ,并将有限元分析过程抽象为求解算法类、分析模型类、有限元方程组集类、约束处理类和自由度编号类 ,整个有限元分析过程清晰简洁 ,且具有很强的灵活性和很大的可扩展性 .     

空气悬挂半挂液罐车车架的有限元分析

采用傅里叶逆变换方法编制MATLAB程序获得路面的随机激励,建立了空气悬挂半挂液罐车的有限元模型;运用ADINA软件对储液罐产生的流固耦合效应进行仿真后,结合软件ANSYS,对空气悬挂半挂液罐车车架进行有限元力动力学分析,通过半挂液罐车车架上有限元分析的应力分布云图,得到了车架结构的力学特性。