郑州市雨岛效应多方法集成评估及量化研究

为研究城市化发展带来的雨岛效应问题,选用郑州市1978—2018年社会经济资料和1960—2020年逐日降雨资料,在利用六阶段论和“S”形曲线法分析郑州城市化发展水平的基础上,多方法并举构建雨岛效应评估方法体系;基于年降水量、年汛期降水量对郑州市雨岛效应进行趋势和周期变化分析,并引入标准化距离法量化评估雨岛效应。结果表明:郑州市中心城区雨岛效应在1997年和2004年有明显突变增强趋势;年降水量、年汛期降水量雨岛效应增强趋势分别持续4 a和10 a,且分别具有8~10 a、15~20 a的第一主周期和17~20 a、6~10 a的第二主周期;标准化距离法计算的年降水量、汛期降水量增雨系数标准化显化值分别为0.261和0.643,说明郑州市雨岛效应集中于汛期。

黄河下游典型滩区社会经济—防洪安全—生态环境耦合协调分析

黄河下游滩区是一个复杂的互馈系统,系统的安全及协调发展关系到一个地区的稳定与可持续发展。为科学评价黄河下游典型滩区社会经济-防洪安全-生态环境耦合系统的安全发展水平与协调程度,明确影响其发展趋势的主要原因。针对黄河下游兰东滩区的区域特征,综合考虑社会经济、防洪安全、生态环境对滩区发展的影响,遵循指标选取的诸多原则,通过组合权重法确定指标体系权重,构建了黄河下游兰东滩2001-2020年的耦合协调度模型,对耦合协调度变化趋势进行分析预测。结果表明:(1)黄河下游兰东滩区社会经济-防洪安全-生态环境耦合系统相互作用明显,但整体协调耦合发展程度不高,距离优质协调还有一定的差距;(2)综合系统的耦合度与耦合协调度拟合优度较好,均在0.9以上,且其趋势线与防洪安全评价指数趋势较为接近,表明防洪安全对综合系统的影响较大;(3)组合权重占比较大的主要是防洪安全方面的指标,其次是社会经济,最后是生态环境,表明兰东滩安全发展与环境友好的前提就是保障最基本的防洪安全;(4)3个子系统的安全评价指数在近20年都有不同程度的增幅,社会经济子系统安全评价指数稳定上升,增长速度明显高于防洪与生态,防洪安全与生态环境子系统发展较为不均衡。

黄河流域梯级水库大坝风险评估与管控的战略思考

梯级水库群的安全是保障黄河长治久安、促进全流域高质量发展的客观要求。针对梯级水库风险格外复杂、难以量化的问题,基于系统风险识别与分析,将梯级水库大坝风险分为自身风险和附加风险,将溃坝风险后果分为直接后果和潜在后果,建立了梯级水库与单个水库大坝风险计算方法的有效衔接。以连溃条件概率量化风险的传递和叠加程度,提出了用于梯级水库大坝风险概率计算和溃坝风险后果评估的相关理念和方法。针对不同梯级水库类别并结合“四预”措施,分别从降低风险概率和减小风险后果层面指明了梯级水库大坝风险管控的方向,可为黄河流域梯级水库群规划、建设和运行管理提供参考。

黄河流域未来极端气候事件变化趋势评估

极端气候事件会对陆地生态系统服务功能以及人类社会生活造成严重影响。针对GFDL、FGOALS和CCSM4这3种CMIP5气候模式,对RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5未来情景下的黄河流域极端气候时空变化特征进行研究。结果表明:RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下流域日最高气温的上升速率分别为0.052、0.170、0.470℃/10 a,日最低气温的上升速率分别为0.029、0.170、0.460℃/10 a。日最高气温和日最低气温的空间分布规律呈现出一致性,从黄河上游河源区向中下游呈上升趋势。未来情景下黄河流域整体年降水量呈弱增加趋势,到21世纪后期,高温室气体排放情景下年降水量的增幅变大。

黄河高速建设项目网格化安全管理研究

2021年修订的《中华人民共和国安全生产法》要求生产经营单位建立健全并落实全员安全生产责任制。目前,公路工程建设项目与其他行业相比在安全生产管理方面具有如下特点:一是线状施工不便进行管理;二是多点多面同时施工不宜协调;三是施工机械人员较多且作业人员安全意识薄弱,因而造成公路建设行业较难将全员安全生产责任制在施工现场落地。

高聚物注浆修复的面板堤坝探地雷达波场特征分析

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。

桥梁预拱度对行车舒适性的影响及桥面线形调整

为研究成桥预拱度对连续刚构桥行车舒适性的影响,以多座主跨跨径为110~200 m的连续刚构桥为研究对象,首先,采用滤波白噪声法建立桥面时域模型,并与按余弦曲线设置的成桥线形叠加模拟成桥后的桥面不平度;其次,采用MATLAB/Simlink搭建车辆-桥面系统模型,以加速度均方根值(RMS)作为桥梁边跨、中跨桥面的行车舒适性评价指标,以最大瞬态振动值(MTVV)作为边跨峰值处短时内的行车舒适性评价指标;最后,分析采取经验法按照余弦曲线设置成桥预拱度的桥梁其跨径和设计时速对边、中跨RMS值的影响,以及成桥预拱度取值对边跨3L/8处MTVV值的影响。研究结果表明:在边跨、中跨处RMS值均小于0.315 m/s^(2),说明采取经验法按照余弦曲线设置成桥预拱度并不影响中跨处的行车舒适性;在边跨3L/8处MTVV值在短时内存在大于0.345 m/s^(2)的情况,说明在边跨峰值处短时内会产生一定不舒适感。提出了一种基于桥面铺装层施工优化边跨3L/8处和边墩墩顶桥面线形的方法,改善了边跨的行车舒适性。

移动荷载下道路病害的弯沉盆特性

移动荷载作用下道路弯沉盆蕴含路基、路面的病害信息,充分利用移动弯沉盆信息开展道路病害快速无损检测受到行业重要关注。该文通过分析道路病害的弯沉盆特性,为移动弯沉车开发道路病害检测方法提供技术参考。首先建立半刚性基层沥青路面有限元模型,通过设置不同类型和程度的病害有限元模型,分析在移动荷载作用下路表弯沉盆的连续变化情况。结果表明:荷载移动到病害区域时,各病害模型中路表弯沉盆的中心弯沉值均会变大;路面结构层出现横向裂缝时,弯沉盆的形状会发生明显变化,贯通性横向裂缝对弯沉盆形状的影响最明显;基层与底基层局部松散对弯沉盆形状的影响比面层松散对弯沉盆的影响更明显;土基顶部出现空洞时,弯沉盆形状变化不明显;路基唧泥病害会严重影响路表弯沉盆形状与大小。

基于准静态应变影响线的拱桥吊杆损伤识别及评估

为解决拱桥吊杆损伤的精确识别难题,建立了一种下承式系杆拱桥简化力学模型,并通过力法推导得到了下承式系杆拱桥吊杆应变影响线解析式,据此提出了一种基于下承式系杆拱桥吊杆准静态应变影响线指标的损伤识别方法。借助有限元法验证了该方法对于常规吊杆数目拱桥的适用性,并利用有限元模型算例研究了测试噪声、损伤位置、损伤程度、损伤类别对损伤评估结果的影响,提出了科学的车辆加载实施方案。研究结果表明:在10%的测试噪声内,准静态应变影响线差值曲率法能精准定位拱桥吊杆的局部损伤位置,并可定量评估其损伤程度,在系梁、风撑、拱肋等其他结构损伤时,该方法仍具有良好的识别效果。

白洋淀地表水回灌补给深部岩溶地热储层的水化学数值模拟

以雄安新区广泛开发的深部岩溶地热储层为研究对象,利用PHREEQC模拟了采用白洋淀地表水回灌补给主力开采地热储层-蓟县系雾迷山组岩溶地热储层后的水化学组分变化以及矿物溶解沉淀量.结果表明:回灌期内从回灌井向储层内部水化学类型依次为HCO_(3)·Cl-Na·Mg,HCO_(3)·Cl-Na,Cl·HCO_(3)-Na和Cl-Na型水,呈现由补给水向储层本源水过渡的变化趋势,主要受对流弥散影响,但Mg^(2+)、Ca^(2+)、HCO_(3)^(-)还受水岩反应和pH值等因素控制,变化趋势更为复杂;回灌后矿物的溶解沉淀现象主要发生在以回灌井为中心半径为0.5m的范围内,以方解石的沉淀和白云石的溶解最为明显,整体上会引起裂隙率降低,但其变化程度有限.对岩石渗透性影响不明显.基于回灌所引起的地热储层内部变化类型,划分了4种影响带,各影响带的范围大小依次为水化学影响带、渗流影响带、温度影响带和岩石渗透性影响带.

援所罗门群岛2023年太平洋运动会体育场铸钢节点受力性能试验研究

援所罗门群岛2023年太平洋运动会体育场钢结构罩棚采用了树形支撑铸钢节点,为考察其在最不利设计工况下的受力性能,对铸钢节点进行了足尺试验研究和有限元分析。试验结果表明,在1.0倍受拉工况设计荷载及1.6倍受压工况设计荷载作用下,节点处于弹性阶段,卸载后没有明显残余变形。有限元分析结果与试验结果吻合良好,表明有限元分析可以准确模拟节点试件的实际受力状态。铸钢节点的极限承载力在受拉工况下为设计荷载的9.0倍,受压工况下为设计荷载的8.6倍,满足《铸钢节点应用技术规程》(CECS 235:2008)中的相关要求,该铸钢节点具有较高的安全储备。

广义单位线在山洪模拟中的适用性分析

广义单位线把流域对净雨的调蓄作用概化为M个等效线性水库并联,为汇流计算提供了新方法。为检验其在山洪模拟中的适用性,在淮河、长江选取4个小支流共56场典型洪水作为研究对象,与Nash单位线法对比分析暴雨洪水过程。结果表明:两种方法的模拟精度均达到了乙级精度要求标准,但从评价指标来看,广义单位线法的平均纳什效率系数、峰现时间及其合格率(0.79、0.90h、98.30%)优于Nash单位线法(0.75、1.09h、94.34%)。广义单位线综合了流域地形地貌特征,可以更好地表征流域汇流特性,适用性较强,为国内山洪灾害预警预报提供了新思路。

基于语义增广与YOLOv8的钢轨表面缺陷检测方法

针对钢轨表面缺陷检测中存在的表面反光导致缺陷不明显、样本数量少、检测实时性要求高、检测精度偏低等问题,提出一种融合语义增广与YOLO模型的钢轨表面缺陷检测方法。以RSDDs数据集为例,截取钢轨表面缺陷区域,采用傅里叶变换提取缺陷语义特征,并结合原始图像进行语义增广,构建了表面缺陷增广数据集;基于YOLOv8检测模型,增加了融合低层特征的检测头,构建了面向钢轨表面缺陷实例分割的检测模型;通过模型训练与测试,对比图像语义增广、YOLOv8模型改进在钢轨表面缺陷检测、语义分割精度上的效果。研究结果表明:傅里叶域提取语义特征能够抑制表面反光影响,图像的语义增广和YOLOv8模型改进的策略均能够有效提升钢轨表面缺陷检测的准确率和召回率,语义增广在检测精度和实例分割精度的mAP50指标分别提高2.1和3.0个百分点,YOLOv8模型改进策略在检测精度和实例分割精度的mAP50指标分别提高1.0和1.4百分点;结合语义增广与模型改进,将钢轨表面缺陷的检测精度和分割精度的mAP50指标分别提升至0.937和0.934,在mAP50~95指标上分别达到11.4和11.9个百分点的提升,显著提升了钢轨表面缺陷检测的准确性,同时保持了较好的实时性。研究结果为进一步提升钢轨表面缺陷检测的准确性和效率提供解决思路,为铁路基础设施的数字化、智能化运维管理提供参考。

基于深度学习模型的中小河流洪水模拟

为了研究LSTM模型在我国众多流域中的适用性,在海河、黄河、淮河、长江流域共选取了9个小流域作为研究区域,训练并验证了LSTM在这些流域中的模拟精度。结果表明,随着预见期的增加,LSTM模型模拟效果呈下降趋势,在预见期为1~6h时可以得到良好的模拟结果,在预见期大于6h时,模拟结果较差;随着神经元数量和迭代步数的增加,LSTM模型的模拟效果有所提高,超过一定组合后,模拟效果变化不明显。研究结果可为中小流域的洪水预报提供支持。

三相导电混凝土掺料配比研究及评价

以钢纤维(Steel Fibre, SF)、碳纤维(Carbon Fibre, CF)、纳米炭黑(Nano-Carbon Black, NCB)为导电掺料,基于正交试验方法设计试验,测量每组配比下试件的电阻率与抗压强度,并采用层次分析法和灰色关联度法进行评价。结果表明,三相导电混凝土试件电阻率随SF、CF和NCB掺量的增加而降低;抗压强度随SF、CF掺量的增加而增加,而NCB反之;其中CF对电阻率和抗压强度的影响均最为显著。当SF、CF和NCB掺量分别为0.6%、0.3%(体积分数)和0.6%(质量分数)时导电混凝土达到渗流阈值;而综合评价后可知,当SF、CF和NCB掺量分别为0.9%、0.7%(体积分数)和0.6%(质量分数)时导电混凝土性能最好,其抗压强度提升31.8%,电阻率降低98.9%。

新型排水用轴向中空壁聚氯乙烯埋地管力学性能试验及数值分析

为了研究埋地轴向中空壁塑料排水管的变形与力学响应特性,以便充分利用材料与结构性能,基于模型箱试验,获得埋地管道受到土荷载、地面荷载和管土相互作用下管道及其管周土体的力学及其变形特性;基于ABAQUS有限元分析管截面在埋地外压、排水内压及两者组合作用下的应力和变形特性,建立管道的基本力学参数在砂箱试验与真实埋地条件下的换算关系,提出边界效应修正计算公式。研究结果表明:土柱法+分布角法适用于计算地面静荷载作用下埋地结构壁管道的管顶竖向压力,荷载扩散角宜取30°~35°;在地面静荷载作用下,管道径向变形计算方法中Spangler-Iowa公式偏保守,AWWA M23规范计算结果与试验结果较吻合,而考虑准永久值系数会导致变形计算结果偏小;在埋土外压作用下,管腰位置内壁易发生受压破坏;排水时,管顶位置内壁易发生受拉破坏;内外壁起主要承载作用,受力较大;中间筋主要起连接作用,受力时应力以中性轴为零点向两侧呈梯度增加;本文提出的边界效应修正计算公式是准确可行的。研究成果可为轴向中空壁塑料管等柔性埋地管道的结构设计、力学和损伤失效分析提供参考。

农业灌排一体化ABR管网系统的研发和数值模拟

【目的】设计一种适用于山东平原地区辣椒类旱田作物的农田灌排一体化ABR管网系统。【方法】采用试验测试、CFD数值模拟和试点应用的方法,开展了农田灌排一体化系统的管网优化布置和性能测试。【结果】①与单环和树状管网相比,双环等距管网布局能将系统内各灌排桩出水占比的离散系数从1.327降低至0.766,从而提高系统的供水平衡性;②单套管网系统适宜农田面积为1.5 hm2,且各灌排桩应采用50 m等间距布置;该设置下,各灌排桩灌溉出水口的流速为0.60~0.24 m/s,能够在12 h内完成农田灌溉;③系统的灌排桩单桩排水能力为28.8 m^(3)/h,足以确保在大暴雨期间农田内不会积水。【结论】该系统的实施能显著提高农田灌溉和抗洪排涝能力。

高沥青混凝土心墙坝抗震安全评估研究进展

山区水库大坝建设是西部地区未来很长一段时间内重大基建工程的关键组成部分,也是开发水能资源、实现水资源合理配置与有效调控的重要措施。但受西部地区地震频发和运行环境复杂的影响,这些山区水库大坝的建设和长期安全保障面临着严峻的挑战。高沥青混凝土心墙坝作为山区水库大坝的主力坝型之一,其生命周期内的抗震安全尤显重要。本文全面评述了近年来国内外高沥青混凝土心墙坝抗震安全评估的发展现状,详细分析了目前高沥青混凝土心墙坝抗震安全研究中存在的问题,主要内容包括:沥青混凝土非线性动力本构模型、堆石料与沥青混凝土心墙接触面、沥青混凝土心墙与混凝土基座接触面本构模型,高沥青混凝土心墙坝-地基相互作用体系及抗震安全评估等内容。总结了高沥青混凝土心墙坝抗震安全评价理论与方法的发展方向,阐述了高沥青混凝土心墙坝抗震安全评估研究今后的发展趋势和关键科学问题,明确了重点研究方向,为国家重大工程建设和可持续发展相关决策提供参考。

全球变化背景下特大干旱综合应对研究框架

全球变化背景下特大干旱综合应对研究是国家重大实践需求和科技前沿课题。大范围、长历时、高强度特大干旱具有“点面监测难协同、发展态势难预报、旱情程度难诊断、供需调控难兼顾”等防控难点。本研究提出特大干旱防控应对的三大关键科学问题,在“理论研究-技术开发-装备研制”的总体思路下,未来应以多技术融合为手段,在现有干旱防御技术体系基础上,进一步系统揭示特大干旱形成演变机理,创新特大干旱下供需双向调控机制,创建具有自主知识产权的特大干旱“监测预警-诊断评估-调控应对”成套理论技术体系和系统装备,在特大干旱全景监测、精确预报、精准诊断和智慧调控方面实现技术突破,更好地支撑干旱预报、预警、预演、预案“四预”措施推进和落实,为我国特大干旱应对实践提供科技支撑。

纳米SiO_(2)对橡胶混凝土断裂行为的影响

为改善橡胶混凝土的力学性能,以纳米SiO_(2)为改性剂,研究了纳米SiO_(2)增强橡胶混凝土的断裂行为,采用数字图像相关方法,分析了纳米SiO_(2)增强橡胶混凝土断裂性能,并结合微观结构分析探讨了其增强机理.结果表明:纳米SiO_(2)的掺入对橡胶混凝土的断裂性能和强度提高效果显著;纳米SiO_(2)与橡胶的协同作用提高了混凝土裂缝扩展稳定性,延长了断裂过程起裂到失稳的时间;纳米SiO_(2)对橡胶混凝土断裂性能的提升归结于其对水泥基质的改善,从而提高了混凝土的承载能力.