Comparison of Microphysical Characteristics of Warm-sector,Frontal and Shear-line Heavy Rainfall During the Pre-summer Rainy Season in South China

Warm-sector heavy rainfall(WR),shear-line heavy rainfall(SR),and frontal heavy rainfall(FR)are three types of rainfall that frequently occur during the pre-summer rainy season in south China.In this research,we investigated the differences in microphysical characteristics of heavy rainfall events during the period of 10-15 May 2022 based on the combined observations from 11 S-band polarimetric radars in south China.The conclusions are as follows:(1)WR has the highest radar echo top height,the strongest radar echo at all altitudes,the highest lightning density,and the most active ice-phase process,which suggests that the convection is the most vigorous in the WR,moderate in the FR,and the weakest in the SR.(2)Three types of rainfall are all marine-type precipitation,the massweighted mean diameter(Dm,mm)and the intercept parameter(Nw,mm^(-1) m^(-3))of the raindrops in the WR are the largest.(3)The WR possesses the highest proportion of graupel compared with the FR and SR,and stronger updrafts and more abundant water vapor supply may lead to larger raindrops during the melting and collision-coalescence processes.(4)Over all the heights,liquid and ice water content in the WR are higher than those in the SR and FR,the ratio of ice to liquid water content in the WR is as high as 27%when ZH exceeds 50 dBZ,definitely higher than that in the SR and FR,indicating that the active ice-phase process existing in the WR is conducive to the formation of heavy rainfall.

预制装配式仰拱与衬砌接头直剪试验研究

装配式结构具有成本低、工期短和绿色施工等优点,因此中国正在大力推动装配式技术的应用.装配式技术应用于高速公路隧道建设中时,预制装配式仰拱与现浇衬砌接头处存在较大的安全隐患,容易发生剪切破坏.为了探究该类装配式结构接头处直剪受力状态下的抗剪力学性能,以接头的界面植筋率、界面尺寸和界面处理方式作为变化参数,设计并制作了21个“Z”字形试件开展直剪试验,观测了试件失效的全部过程以及破坏形态,获取了试件的剪切-滑移曲线,系统地分析了接头直剪力学性能的变化规律.结果表明:试件破坏分为植筋剪断和混凝土失效两种破坏形态;随着界面植筋率增加,试件极限抗剪承载力、延性和抵抗界面损伤演化的能力均随之提升;界面植筋率由0.7%增至1.1%时,极限抗剪承载力提升最大为66.4%;界面凿毛处理后试件的抗剪性能更优,其延性提升最大为41.5%;界面植筋率相同时,随着界面尺寸的增大,抗剪承载力随之提升,最大提升64.8%;试件抗剪性能存在一定的尺寸效应,界面尺寸较小试件的抗剪承载力随界面植筋率增加而提升的效果不显著.最后根据相关规范计算方法,基于试验结果和拓展的剪切-摩擦理论,提出了改进的预制装配式仰拱与现浇衬砌接头的抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合度良好.

隧道围岩-衬砌接触面剪切特性模拟研究

探究隧道围岩-衬砌接触面在不同法向应力及不同粗糙度条件下的剪切特性规律,对进一步研究隧道围岩与衬砌间的相互作用及岩体稳定性具有重要的理论和工程意义。为考虑粗糙度条件,利用分形理论,通过改变分形公式中的分形维数D及分形粗糙度G生成5种不同接触面,基于二维颗粒流程序(PFC^(2D)),建立接触面数值剪切模型,尺寸为150 mm×150 mm。开展同一接触面在不同法向应力下,数值模拟剪切试验及不同接触面在同一法向应力下的数值模拟试验;将数值剪切试验与室内剪切试验获得的剪切应力-剪切位移曲线进行对比,验证数值剪切模拟的可靠性。研究结果表明:(1)数值模型剪切破坏产生的裂隙主要集中于中间接触面处,破坏后的应力主要集中于接触面粗糙度最大处,破坏裂纹可分为剪切裂纹和张拉裂纹,其中张拉裂纹占主要优势;(2)剪切应力-剪切位移过程曲线存在爬坡、啃断、滑移三大阶段,具有明显的峰值强度和残余强度,法向位移随着剪切位移的增加而增大,产生剪胀效应;(3)随着法向应力增加,剪切和张拉裂纹数量增加,破坏现象越明显,峰值强度和残余强度增大,剪胀效应减小;(4)随着粗糙起伏度增大,即分形维数D的增大或者分形粗糙度G的减小,破坏裂纹数量增加,其中张拉裂纹增加较明显,峰值强度和残余强度增大,剪胀效应增大。

波形钢腹板内衬超高性能混凝土组合梁抗剪性能试验研究

为研究波形钢腹板内衬超高性能混凝土组合梁的抗剪性能,考虑钢板厚度、波纹长度和内衬混凝土厚度设计制作7个试件,通过抗剪试验,观察试件破坏形态,获取其面内与面外的挠度,并分析各参数对试件荷载-位移曲线的影响规律。结果表明:试件破坏形式为剪切破坏,内衬混凝土出现关键剪切斜裂缝,钢板发生不同程度的鼓曲,两者共同承担剪力;增大钢板厚度可以显著提升试件的抗剪性能;试件抗剪承载力随混凝土厚度的增大而增大,但继续增大混凝土厚度,承载力增大速率反而变缓;当波纹长度由1200 mm增加到1600 mm时,抗剪承载力增大,当增加到2000 mm时,会导致承载力降低。本研究为波形钢腹板超高性能混凝土组合结构在大跨桥梁中的应用提供了理论依据。

华南切变线研究的现状与展望

华南前汛期暴雨研究一直是大气科学领域的研究热点,也是难点。华南切变线是华南地区最为重要的天气系统之一,与华南前汛期降水密切相关。为了提高华南地区暴雨的预报能力,深化对华南切变线的认识,文章从华南切变线的定义、结构、发展机制、影响作用、与其他天气系统相互作用等方面,回顾了华南切变线的相关研究及其成果。同时,结合预报业务实际,展望了在多源大气探测资料不断出现的当今,华南切变线研究值得进一步深入的科学问题。

毛细驱动诱发的尾矿强度劣化演化规律及机制

为了研究毛细作用对尾矿坝工程性质的影响规律及机制,以陕西某铜矿尾矿为研究对象,通过直剪试验对自然含水状态下、毛细饱和状态下、重力饱和状态下堆积坝外坡和沉积滩面不同距离处的尾矿进行力学性质测试。结果表明:尾矿黏聚力随粒径减小逐渐增大,内摩擦角随粒径减小逐渐减小,二者共同作用影响其抗剪强度;随含水率的增大,尾矿强度逐渐下降;浸润线以上毛细饱和带中尾矿含水率与浸润线以下尾矿含水率相等;基于以上研究结果,引入毛细饱和带概念,提出了基于毛细作用影响的尾矿坝真实浸润线的概念与计算方法,修正了浸润线高度计算公式。

基于轮轨力测量的新型轨道交通轮对智能运维监测系统研制

轮轨力直接反映了列车-线路耦合状态及车轮服役损伤水平,创新发展轮轨力在线测量技术对保障列车运行安全至关重要。简述了现有直接轮轨力测量系统的工作原理及存在的不足,通过传感器结构设计、数据融合算法及软件处理系统开发,研制了一种新型轨道交通轮对智能运维监测系统(RIM)。基于剪力法轮轨力测量原理,利用设计研发的钢轨卡装式H型剪力传感器组桥阵列及多通道信号重构技术实现了轮轨力的连续测量。同时,通过制定系统测区布置方案,提出各检测功能评价方法,并构建监测系统网络架构,能满足对车轮踏面损伤、车辆偏载及超员检测等功能需求。经某地铁公司现场实测验证,本系统无需对轨道结构进行任何改动,拆装方便快捷,并能连续重叠采集测量区间内的轮轨力信号,有效弥补了单个剪力测量点独立工作产生的测量盲区,实现了轮轨垂向力的米级连续在线测量。

凉山州区域性暖区暴雨特征及环流分型研究

选取2013—2022年4—10月凉山州降水数据,结合常规地面观测、高空观测和NCEP再分析资料,制定了凉山州区域性暖区暴雨的统计标准,并对筛选出的42例区域性暖区暴雨进行统计分析和天气学诊断。结果表明:根据天气形势和主要影响系统,凉山州区域性暖区暴雨可分为西南低涡型、冷切变型、暖切变型、西南风型、东南风型5类,其中西南低涡型最多,东南风型最少。各类区域性暖区暴雨都具有短时强降水特征,强降水均出现在傍晚到夜间,白天降水强度减弱。西南低涡型常出现在低涡中心或外围东南侧,降水成片集中,易出现小时雨量≥50 mm的极端强降水。冷切变型常出现在冷切变线东南侧。暖切变型常出现在暖切变线东北侧。西南风型降水成片集中且范围广,多出现在低层一致的西南气流带中,在风速辐合区及脉动区尤为常见。东南风型降水较分散,易出现在山脉迎风坡。东南风型的水汽主要来源于南海和热带西太平洋,其余4类的水汽主要来源于孟加拉湾。5类区域性暖区暴雨均发生在高能高湿的不稳定层结中,配合有较强的垂直上升运动。西南风型、西南低涡型及东南风型的各物理量平均值均优于冷切变型和暖切变型,以西南风型各物理量整体配置更优。

一次有台风影响的广元市中东部暴雨过程分析

利用地面自动站降水资料、MICAPS高空实况资料、雷达资料和数值预报资料,对2019年7月19日广元市中东部出现的一次暴雨天气过程进行分析。结果表明,暴雨过程期间,受高空低值系统和低层暖湿气流的共同影响,同时伴随有台风活动,低层水汽条件和能量条件充沛。台风在此次过程中的作用,一是阻挡高空低值系统的东移,使影响系统较长时间维持在暴雨区;二是台风北侧偏东风气流将大量水汽源源不断向暴雨区输送。低涡切变线有利于水汽的辐合上升,在不稳定的暖湿大气层结中,地面弱冷空气入侵触发不稳定能量的释放。雷达特征显示广元市中东部为明显的片状混合云回波,中心回波强度超过45 dBZ,与强降雨中心落区一致。此次过程数值预报对形势的预报较为准确,对量级预报也有较好把握,但对落区预报较实况存在一定偏差,仅具有一定的参考价值。

2022年那曲市汛期两次强对流天气的对比分析

选取那曲地区气象站点地面和探空观测资料,结合FY-4A卫星、新一代天气雷达等探测数据,采用天气学诊断分析方法,对2022年8月2日和9月1日发生在那曲市色尼区两次伴有雷暴的强对流天气过程进行了对比分析。结果表明:两次强对流天气均是副热带高压在高原地区活动且在高压边缘触发对流所致,地面辐合线是两次对流天气过程的触发机制。雷达回波的强弱变化与对流天气的发展演变对应较好,雷达回波强度图仍是预报高原对流天气的重要参考。对流层垂直切变和整层水汽条件是把握对流天气性质的主要依据,对流云团、云顶亮温、上冲云顶等云图特征对强对流天气发展、强度变化和未来走向的预报具有重要的参考意义。

长江横切变线影响的黔东北2类暴雨特征分析

【目的】为探索黔东北受长江横切变线影响的暴雨特征和强降水形成原因。【方法】利用实况观测资料,NCEP 1°×1°再分析资料,对近10 a黔东北受长江横切变线影响的暴雨过程进行分类分析。【结果】(1)副热带高压西侧北上的西南暖湿气流与我国东北低涡槽南下的变性干冷空气在长江中下游—贵州北部交汇,使得中低层南北气流之间的横切变线维持。但地面上影响系统不同,造成暴雨落区、强度存在差异。(2)第1类暴雨,地面受低压影响,在充足的水汽和强的热力不稳定层结条件下,中低层强动力抬升及边界层锋生作用,强降水在地面辐合线与低层切变线叠加区域发生发展,雨强≥50 mm·h-1,50 mm≤24 h降雨量<100 mm;第2类暴雨,地面受海上高压后部偏东气流影响,在充足的水汽、强的动力抬升和弱的热力不稳定层结条件下,强降水在低层切变线附近及地面偏东气流里发展,暴雨范围较广,20 mm·h-1≤雨强<50 mm·h-1,局地24 h降雨量≥100 mm。【结论】通过分析黔东北受长江中下游切变线影响的2类暴雨特征及影响系统的异同,揭示暴雨差异及形成原因,以期提升此类暴雨预报能力。

二线水铁矿改良高岭土力学性质研究及机理分析

为了研究二线水铁矿对高岭土力学性能的影响,对不同二线水铁矿掺量试样进行固结不排水(CU)三轴剪切试验、不固结不排水(UU)三轴剪切试验和扫描电镜试验,分析抗剪强度指标差异和影响力学性能机理。二线水铁矿改良高岭土抗剪强度指标均有所提高,在二线水铁矿掺量7%时改良效果最为显著;CU试验条件下黏聚力的增加对改良高岭土抗剪强度贡献更大,UU试验条件下黏聚力和内摩擦角均具有增强效果,两者共同决定高岭土抗剪强度;不同固结条件、不同剪切速率下二线水铁矿吸附包裹在高岭土颗粒表面,形成的团状物之间联结加固限制土颗粒移动空间,呈现抗剪强度增大的结果。

一次导致大风的暖区飑线后侧入流分析

长生命史飑线极易造成大范围灾害性大风天气,研究其结构及其维持机制对灾害性大风天气预报有重要参考意义。利用浙江地面加密观测和雷达资料、美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)FNL(Final Operational Global Analysis)再分析资料及高分辨率模式模拟结果对2018年3月4日江南地区出现的一次造成大风的暖区飑线后侧入流进行分析,探讨飑线维持机制。结果表明,飑线发生在南支槽前高低空一致西南气流的暖区环境中,环境具有0~6 km中等到强垂直切变、高对流有效位能、中层和近地面有明显干区的特征;3 h负变压异常指数对此次过程具有一定的指示作用。飑线表现为“TS”结构,但层云区相对较窄;反射率因子核位于中层径向辐合下方下沉气流中。模式模拟结果表明,后侧入流及下沉气流在系统内部、后部分别强迫出逆时针和顺时针垂直环流,构成了飑线最主要结构特征;后侧入流紧靠系统后缘而位于对流层中层,促使上升气流由倾斜转为垂直;此后后侧入流远离系统,与低层出流合并持续抬升暖湿空气,后侧入流与前侧入流的协同作用有利于飑线维持更长时间。

岩石山区输电线路微型桩抗剪性能有限元分析

微型桩具有结构简单、施工周期短和绿色环保等优点,在山区输电线路工程中具有广泛的应用前景,也符合电网建设机械化施工的发展方向。利用有限元分析方法,建立了岩石山区输电线路微型桩的抗剪力学模型,研究了微型桩在水平荷载下的承载能力,讨论了不同桩径、桩身弹性模量以及岩石地质参数对微型桩抗剪性能的影响。研究结果表明:除了岩石地质参数,山区输电线路微型桩的抗剪性能还受桩体几何结构参数的影响。随着桩径和桩身弹性模量的增加,微型桩的抗剪性能相应提高,其中桩径对微型桩水平承载力影响最大;当土体弹性模量、摩擦角和黏聚力增加时,桩身位移将非线性递减,其中摩擦角对桩身水平位移的影响最大,土体弹性模量影响最小。

基于多波段雷达观测的浙江一次飑线演变结构特征分析

本文利用S波段双偏振雷达、X波段相控阵雷达数据及其反演风场、闪电定位、ERA5再分析资料等,对2022年7月21日发生在浙江中北部一次飑线的特征进行了分析。结果表明:飑线发生在副高控制下,高空冷涡底部干冷空气侵入造成不稳定层结以及较高的能量和充足的边界层水汽,是飑线发生的有利环境条件。飑线初始对流形成于杭州东部和西北部南北风的辐合线中,强风暴合并后风暴尺度出现明显增长并形成飑线,杭州湾南岸的辐合中心、垂直风速差的增强有利于飑线迅速发展,当垂直风速差与冷池传播速度相当时,飑线发展成熟;大风主要出现在云闪密集区。X波段相控阵雷达可以精细探测极端大风发生前后飑线强单体的垂直结构:成熟阶段强单体中差分反射率和差分相移率柱的发展代表风暴加强,回波质心迅速下降可指示地面大风,降水粒子下落拖拽进一步加强地面风力。

含聚合物防水膜的隧道衬砌界面剪切-滑移力学特性试验研究

为研究隧道衬砌结构中密贴型防水层界面的力学特性,根据隧道喷膜防水衬砌结构的特点,采用粘结强度试验和压剪试验探讨聚合物防水膜复合试件的界面剪切-滑移力学行为和特性。通过粘结强度试验绘制3种类型防水膜的拉伸应力-位移曲线,通过压剪试验绘制界面剪切应力-位移曲线,基于试验结果曲线计算得到防水层的界面参数,包括剪切强度、残余剪切强度、剪切模量、剪切滑移能量和剪切失效位移,并讨论防水材料性能和法向压应力对这些参数的影响。结果表明,防水层界面的剪切-滑移特性主要受防水材料特性和法向压应力的影响,防水材料特性对界面剪切强度和剪切模量的影响较大,而残余剪切强度、剪切滑移能量和剪切失效位移则受到法向压应力的影响更多。

粘土复合地基中桩初始剪应力特性分析与沉降计算方法

为了更加准确计算复合地基中桩的沉降,对其计算方法展开了研究讨论。回顾了桩的沉降和地基不均匀沉降研究进展,然后根据已有文献讨论了三折线桩侧初始剪应力,复合地基的特性以及桩在复合地基中的沉降计算过程,最后对复合地基中考虑桩侧初始剪应力的桩基不均沉降计算方法的特点进行了分析讨论并提出办法。结果表明,复合地基中各项计算指标与土体厚度没有明显关系。提出减小桩基沉降计算方法中位移假定误差的方法,分析说明三折线模型中初始位移计算误差的影响,桩段划分数量的影响和三折线模型中位移随时间变化图。

云南一次强对流暴雨天气学成因分析

为提高暴雨预报准确率,减少暴雨致灾损失,基于地面常规气象观测资料、卫星云图反演的云顶亮温(Black Body Temperature,TBB)资料及美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析资料,对2017年8月云南一次强对流暴雨成因进行分析。结果表明:500 hPa低槽东移、700 hPa切变线南压、地面冷锋西推是此次降水过程发生的天气背景;中-β、中-α尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)是产生强对流暴雨的直接系统,强降雨主要出现在TBB梯度大值区;MCS与700 hPa切变线关系最为密切,切变线位于滇中以东地区,MCS呈椭圆状,沿切变线附近及后部发展,切变线靠近哀牢山或翻越后,MCS呈西北—东南向带状分布,沿切变线前部发展;切变线翻越哀牢山前,白天移动较快,主要产生雷暴天气,夜间移动缓慢,降雨较强;强对流暴雨需重点关注水汽通量辐合大值区、800 hPa与500 hPa温差大于20℃区域;强降雨时段,整层大气均为上升运动,强降雨区维持低层辐合、中高层辐散的动力抽吸机制。

双面黏结型隧道喷膜防水衬砌层间界面力学特性探讨

为探明矿山法隧道喷膜防水衬砌结构的双面黏结型层间界面力学特性,采用试验测试和理论分析的方法进行分析和讨论。首先,总结喷膜防水衬砌结构和层间界面形式,结合隧道衬砌结构受力特点将其划分为DSL(double shell linings)、CSL(composite shell linings)和SSL(single shell linings)3种。然后,针对CSL中的双面黏结型层间界面进行剪切试验,从剪切-位移曲线结果可知其破坏分为黏聚-损伤及摩擦2个主要阶段,隧道衬砌的协同受力程度主要取决于防水层与基面的黏结强度。基于接触面的本构原理和剪切试验结果,进一步探讨双面黏结型层间界面的力学特性,发现其剪切力学特性和破坏准则可用摩尔-库仑本构模型进行表征,并可用接触面抗剪强度的剪胀公式考虑基面粗糙度的影响。研究结果探明了双面黏结型隧道衬砌结构的层间界面剪切破坏机制和力学特性,并得到了基于摩尔-库仑本构模型的相关参数,可以作为判断双面黏结型隧道喷膜防水衬砌接触面破坏的依据。

带钢板暗支撑叠合板式剪力墙恢复力模型研究

大量的研究结果表明,在叠合板式剪力墙中引入钢板暗支撑能够有效提高叠合板式剪力墙的抗震性能。为了指导该种带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的抗震设计,利用已有的带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的试验数据,基于四折线骨架模型,对开裂点、屈服点、峰值点、极限点的荷载、位移及刚度进行计算分析,同时采用逐步回归分析得到了残余位移计算模型,进而构建了带钢板暗支撑叠合板式剪力墙的恢复力模型。通过与试验结果的对比发现:建立的四折线骨架模型获得的各受力阶段的荷载、位移及刚度与试验结果吻合良好,提出的逐步回归分析得到的残余位移模型可以较好地预测带钢板暗支撑叠合板式剪力墙各加载循环的残余位移,因此,文中提出的恢复力模型与残余位移模型能够较为真实地反映带钢板暗支撑叠合剪力墙的滞回特性,可为其抗震设计提供理论依据。