黄土塬坡降雨击溅产沙过程的数学模拟

根据在黄土塬坡上进行的野外大型人工降雨径流产沙试验的观测资料,分析并建立了坡面上雨滴击溅产沙模型。给出了实际降雨过程的雨滴动能计算的理论公式。给出了考虑击溅产沙能力受坡面漫流或其它覆盖物影响下的击溅产沙过程的模拟结果。通过对试验现象和结果的结合,描述了雨滴动能对坡面水流及坡面土壤的作用。     

一种自循环式人工降雨模拟装置降雨特性的试验研究

结合天然降雨特性,研制了一套适于岩土工程降雨模型试验和水土保持的自循环式人工降雨模拟装置,并对其降雨特性进行了率定试验,得到了该装置降雨强度与控水阀门开度、降雨动能与降雨强度、雨滴平均直径与滤纸色斑平均直径等特征量之间的计算关系式及雨滴直径累积频率分布曲线.结果表明:该装置实现了雨水自循环利用,可模拟的降雨强度范围为4.65 mm/h-406.05 mm/h,降雨均匀度超过85%,雨滴粒径和雨滴终点落地速度分别在0.94-2.16 mm、3.69-7.14 m/s之间,模拟降雨与天然降雨的相似度好,为实验室为在短期内开展大批量降雨模型试验和获取实验数据提供了保障.     

2006年夏季祁连山北坡雨滴谱特征

利用2006年夏季在祁连山北坡进行人工影响天气综合科学试验期间的激光雨滴谱仪观测资料,对该地区夏季不同云系降水的雨滴谱特征进行分析．结果表明：按照降水云系的结构,分别对对流云系、层状云系和混合云系降水情况下降水雨滴的直径分布进行比较,雨滴各种平均粒径由大到小排序依次是对流云系、混合云系和层状云系．降雨强度和雨滴粒子数密度变化趋势一致．雨滴粒径和降落速度之间有很好的对数关系．3类云系的降水强度和雷达回波强度之间也满足对数关系．通过这些分析为祁连山实施人工增雨（雪）提供一定的科学依据．     

考虑驾驶人视觉搜索能力的雨天公路限速设计

为解决雨天行车时，由于车速过高导致驾驶人无法准确识别公路路侧信息的问题，本研究首先基于注意分配理论选取车速、驾驶人视野图片清晰度、视线角度和注视分布比例作为雨天行车驾驶人的注意分配指标，结合Fisher判别理论建立雨天视觉搜索能力量化模型。其次利用UC-win/Road模拟驾驶软件搭建试验平台，以降雨强度和车速作为影响因素，研究二者协同作用下的驾驶人注意分配指标的变化规律，构建降雨强度-车速与视觉搜索能力的关系模型，并提出降雨强度与限速的匹配方案。结果表明，车速和降雨强度的增加都会导致驾驶人难以观察道路远方的交通信息，驾驶人为降低行车风险，会改变视觉搜索策略，转而增加对道路前方的关注程度，进而降低了对观测目标的视觉搜索效率。因此，当车速和降雨强度匹配不当时，驾驶人需要花费更多努力将注意转移至观测目标所在的兴趣区域，导致无法及时发现路侧交通信息。此外，视觉量化模型的整体判别准确率为85.94%，可以较好地评价雨天环境下驾驶人视觉搜索能力。最后分别对传统基于停车视距的限速方案和基于驾驶人视觉搜索能力的限速方案进行了对比，结果表明基于停车视距的限速模型计算的限速值较高。为避免由于车速过高导致...     

中国不同地区降雨中光强衰减与方差特性研究

本文为研究雨中激光信号均值及方差与降雨率变化关系,首先通过MIE模型计算了不同波长粒子直径与散射参数的关系。然后分别计算了各种雨滴谱下光的相干场与非相干场的光强衰减,代入中国不同地区雨滴谱与Marshall-Palmer分布进行对比,计算不同雨滴谱下的单位距离光强衰减,再引入雨滴速度导出散射光强频谱计算散射场强方差。结果表明雨中激光信号方差随降雨率的增大先增大后减小,且与光强衰减具有一定相关性。最后,代入实测数据对模型进行验证,结果指出Marshall-Palmer分布模型与实测数据较为吻合。     

基于流域蓄满产流理论的林冠截留降雨新模型

根据林冠截留降雨的物理现象,借鉴流域蓄满产流理论建立了一个林冠截留降雨新模型.结合两片林分的实测资料,介绍了该模型参数的确定方法,并且对模型进行了有效性验证.结果表明:计算值与观测值吻合,表明该模型可揭示林冠截留降雨的基本特征,如果已知模型参数,可以用于林冠截留降雨的预测计算.     

钢纤维混凝土极限抗拉强度普适计算模式研究

基于复合材料力学理论,建立了双因素、双参数的钢纤维混凝土抗拉强度普适计算模式.通过试验,分析了钢纤维混凝土极限抗拉强度与钢纤维体积掺率及基体强度等级的关系.进而结合试验结果,对比分析了现有典型计算模式在面向不同的基体强度等级时存在的弊端,并验证了双因素、双参数模型.在此基础上,通过对试验数据的回归分析,给出了计算模式中各参数的建议值.     

GFRP管钢骨混凝土组合柱偏压承载力计算

为研究GFRP管钢骨混凝土组合柱的偏压性能,对5根GFRP管钢骨混凝土构件进行了偏压试验.采用纤维模型法编制了非线性分析程序,分别以混凝土强度、长细比、偏心距、配骨率等为主要参数,计算并得到相应的荷载与挠度关系曲线.计算分析表明:组合柱的承载力随着混凝土强度、配骨率的增加而增大,随着长细比、偏心率的增加而降低.基于对计算结果和试验结果的分析,给出了GFRP管钢骨混凝土组合柱的偏压承载力计算公式,并通过试验进行验证,结果表明,理论计算与试验结果吻合良好.     

皖境淮河流域降雨量-水位关系分析

利用2003-2005年水文站水位观测资料和相应气象站点雨量观测资料,应用相关分析方法,确定旱涝多发的皖境淮河流域不同子流域内水位对流域内降雨的响应时效,结果表明不同子流域水文站的水位对有效降雨量的响应时效存在差异,主要集中在2-4天.选取3个有效降雨与水位相关程度较高的子流域,分别建立降雨-水位关系统计模型.利用2007年7月上旬淮河流域大水资料进行试验,结果表明所建模型的水位预测效果较好.     

不同降雨条件下裂隙性土质边坡渗流特性分析

降雨入渗条件下裂隙性土质边坡稳定性与降雨强度及降雨类型密切相关.为探究不同降雨强度及不同降雨类型对裂隙性土质边坡降雨入渗过程的影响,运用Geo-studio有限元分析软件中的Seep/w模块,研究了不同裂隙深度及孔隙比的裂隙性土质边坡在小雨、中雨及大雨情况下分别经历前锋型、平均型、中锋型及后锋型4种不同降雨类型的渗透特性,得到了裂隙面的孔压与体积含水量变化规律,结果表明:存在临界渗透比ε′,渗透比大于ε′,体积含水率及孔压随埋深增大而增大,反之,随埋深增大而减小.渗透比大于临界渗透比,不同雨强及雨型条件下土体体积含水率及孔压随埋深变化均呈反S型,拐点深度由裂隙深度决定.不同降雨类型使某一时段内土体体积含水量及孔压在数值上产生差异.不同降雨强度决定裂隙边坡土体渗流过程的控制因素,降雨强度大于土体入渗强度时,降雨入渗由土体渗透系数控制,降雨强度足够大时,不同渗透比下的裂隙土体体积含水率变化趋势将会相同.     

雪松对降雨截留容量的试验研究

提出了树冠对降雨截留容量的概念,截留容量不仅反映树冠特征对降雨截留作用的大小,还可以用于不同林分之间的比较。通过对雪松树冠截留降雨的观测资料,近似确定出了雪松截留容量与降雨量的关系。借鉴水文学中"流域蓄水容量面积分配曲线"概念,建立了雪松截留容量与降雨量的半经验公式,给出了公式中3个参数的确定方法,经检验效果较好。     

风雨联合作用下城轨车辆横风载荷特性研究

为分析风雨环境下城市轨道交通高架线路区段列车的横风载荷特性,采用双方程湍流模型和离散相模型相结合的方法,对不同降雨强度、横风风速和运行车速条件下列车横向风载荷进行了研究.结果表明:列车的横风载荷随着环境横风速度和列车运行速度的增大而增大,而降雨强度对列车横风载荷的影响不明显;解耦分析降雨因子影响可知,当雨滴直径小于1.6 mm时,横风载荷系数随雨量的增大而增大,随雨滴直径的增大而减小;当雨滴直径大于1.6 mm时,横风载荷系数随雨量的增大而减小,随雨滴直径的增大而增大.     

含水量与抗剪强度关系影响下高盐量盐渍土路基边坡稳定性

针对盐渍土中不同盐分类型的溶解度和亲水性差异较大问题,分析高盐量盐渍土含水量与抗剪强度关系变化对盐渍土路基边坡稳定性的影响。结合降雨量调查和现场含水量沿深度分布情况,开展适应环境条件的室内试验。针对不同含水量条件下高氯盐渍土(CL-1)和高硫低氯盐渍土(CL-2)路基填料进行直剪试验,得出含水量与抗剪强度参数关系函数。基于Geostudio建立盐渍土路基含水量-强度参数等值分层计算模型,通过体积压力板仪试验测量土样基质吸力随体积含水量的变化规律。通过采用饱和/非饱和渗流的有限元分析与路基边坡稳定性的极限平衡分析相结合的方法,利用GeoStudio中SLOPE/W模块,分别计算和分析降雨强度、降雨持续时间等对盐渍土路基边坡稳定性的影响。考虑含水量和抗剪强度变化关系函数,通过建立的盐渍土路基含水量-强度参数等值分层计算模型对CL-1和CL-2盐渍土边坡稳定性进行了分析。结果表明:含水量在最优含水量的基础上增加3%时,CL-1和CL-2的黏聚力较最优含水量时分别下降94.3%和54.0%,内摩擦角的变化不大;在最优含水量的基础上减少3%时,CL-1和CL-2的黏聚力较最优含水量时分别提高了277.1%和89.7%,对CL-2的内摩擦角影响不大,CL-1的内摩擦角出现明显减小;当降雨强度相同时,CL-1填筑的路基的安全系数较CL-2填筑的路基变化更为明显,主要原因在于高氯盐的亲水性较硫酸盐强,抗剪强度参数受到水分变化的影响更大。     

基于计算流体力学的体育馆风驱雨环境数值模拟分析

实际大气边界层近地面风驱雨效应会影响开敞体育场建筑外立面挡雨设计和观众看台舒适性,在方案设计阶段应用计算流体力学技术可以为该类建筑挡雨设计提供分析支撑。采用欧拉-欧拉多相流计算模型,针对实际开敞大跨悬挑体育场馆建筑开展了风雨环境三维数值模拟分析,重点研究了不同等级风力和主导风向对悬挑屋盖建筑外立面风驱雨强度特征影响,分析了不同粒径雨滴风驱雨作用下观众看台区域的等效覆雨面积指标。研究表明,考虑风驱雨作用后体育场馆看台区域的雨滴捕获率可达到1.2,超过仅考虑垂直降雨的雨滴捕获率;风向和风力等级对体育场馆观众看台的风驱雨强度分布规律影响较大,而降雨强度对观众看台位置的单位降雨量雨滴捕获率影响较小;建议在方案设计阶段通过风驱雨数值分析方法评估主导风向风速下建筑风驱雨强度,同时评估最不利风向的建筑遭受的整体单位时间降水量。研究可为同类型体育场馆建筑抗风雨设计提供相关技术参考。     

黄土边坡降雨入渗规律试验

为研究降雨对边坡稳定性的影响,利用人工模拟降雨装置和路堤土工模型,进行了不同初始含水量和不同降雨条件下黄土路堤边坡湿润锋和入渗率的试验,探索了黄土路堤降雨入渗过程,分析了黄土路堤边坡稳定性对降雨历时和降雨强度的敏感程度及入渗变化规律.结果表明:雨水入渗路堤土呈先快后慢的趋势,湿润锋从规则向不规则逐渐转化;入渗率与边坡初始含水量、路基压实度和降雨历时成反比关系,与降雨强度基本无关.     

加筋板塑性屈曲的解析模量算法

为了充分发挥材料的强度潜力,对加筋板塑性屈曲应力进行计算研究.在分析材料应力应变关系的基础上,得到不同的切线模量、双模量和折算模量值.基于上述三种模量值,通过引入参数,建立对应的模量因子曲线,并推导出显化的解析数学模型和计算方法.将该方法应用到计算典型加筋板结构的极限强度,并将计算结果与有限元方法、Paik经验公式进行比较,发现基于模量理论的解析算法误差较小,且比Paik经验公式更为可靠.算例表明:解析模量算法使用方便,计算准确,可以在工程设计中推广应用.     

基于几何特征的雨滴谱粘连颗粒图像的快速分割算法

当雨滴落在事先涂有特殊颜料的滤纸上会留下斑迹,即雨滴谱图像。当颗粒粘连时,边界轮廓处会出现凹陷,我们可以利用这一边界轮廓特性,提取出凹度最大的凹点,然后连接相匹配的分割点,来实现分割粘连颗粒。而雨滴的粒径是根据斑迹大小与检定好的曲线折算而来的。在生产实践的过程中,测量雨滴粒径具有十分重要的意义,它是模拟降雨实验中必须考虑的因素,也是计算雨滴动能等降雨参数的重要依据。     

混合交通环境下降雨对车辆跟驰行为的影响分析与模型构建

针对混合交通环境下车辆跟驰分析时缺少对降雨环境考虑的问题,通过研究驾驶人在降雨环境下驾驶行为的改变,构建在不同降雨强度下适用的跟驰模型。首先,通过Python程序从云控平台数据库中提取车辆跟驰数据和降雨强度数据,分析了车辆在不同降雨强度和交通流状态下的跟驰速度、加速度和车头间距等变化特征以及其相互作用关系,进一步探索了降雨与正常天气下车辆跟驰行为的差异。其次,从优化速度跟驰模型出发,使用加速度衡量跟驰行为特性,综合考虑降雨对前后车相对距离和相对速度的影响,提出了适用于不同降雨强度下的安全间距和驾驶人期望速度确定方法,构建了不同降雨强度下的跟驰模型,并采用遗传算法对新模型进行了参数标定。最后,通过交叉验证方法对标定结果进行了评估,计算了模型输出值与实际值之间的误差。研究结果表明：降雨环境下车辆速度和加速度随着降雨强度的增加有不同幅度的降低,但是车辆加速度变化程度比车辆速度变化程度明显,这说明加速度对于降雨反应更加灵敏;降雨环境下,车头间距受前车速度影响,进而控制后车跟驰速度,不同降雨强度和不同前车速度区间都影响车头间距大小,后车跟驰速度随着车头间距的增大而增大;模型计算结果与实测值的均方...     

降雨条件下成层土质边坡的渗流特征

以东南沿海地区广泛分布的坡积土-强风化岩成层边坡为背景,基于饱和-非饱和渗流理论,通过一维、二维成层边坡有限元渗流计算,得到在不同降雨条件下坡积土层厚度对含水率、孔隙水压力沿高程分布的影响规律,以及坡积土层厚度、边坡坡比对二维边坡不同截面的降雨入渗深度的影响。研究结果表明:降雨入渗深度与坡积土层厚度成正比,且坡积土厚度对含水率的影响程度与降雨强度有关;降雨强度与边坡土层饱和渗透系数的关系决定孔隙水压力的分布特征;坡积土层越厚,其各个截面的降雨入渗深度越大,而且边坡坡比越大,其底部截面的降雨入渗深度越大,边坡上部及中部截面受坡比影响较小;边坡土层结构对其在降雨作用下的含水率分布变化影响显著。     

基于人工模拟降雨的土壤侵蚀特性试验研究——伊宁市北山坡土壤侵蚀为例

为了揭示新疆伊宁市北山坡因降雨引起土壤侵蚀的规律,采用室内人工模拟降雨的方法,依据研究区实际情况,分设5种不同的降雨强度和6个坡度分别进行了试验研究,结果表明:1)侵蚀模数随雨强和坡度的增加而增加,坡度为17°左右时出现跌谷;2)雨滴动能随雨强的增加而增加,变化趋势与天然降雨相似;3)小雨强时,土壤入渗率与坡度呈W型变化趋势,拐点在17°和25°附近;大雨强时,土壤入渗率与坡度呈V型变化趋势,拐点在20°附近.上述研究结果可为探索伊宁市北山坡降雨侵蚀机理和进行土壤侵蚀预报提供依据.