基于FLAC^(3D)软件FISH语言二次开发的降雨工况下航道工程开挖边坡渗流场的分析

针对FLAC^(3D)软件模拟分析降雨条件下边坡渗流场存在一定局限的问题,基于土体的土水特征曲线及土体孔压、饱和度、渗透系数之间的关系,利用FISH语言对FLAC3D软件进行二次开发编制土体孔压与渗透系数相对应的程序,并以某航道工程开挖边坡在降雨条件下的渗流场变化为例进行分析验证。结果表明,降雨强度为大雨和暴雨,边坡表层土体的浸润线在短时间内从坡底至坡顶实现贯通,易造成边坡表面土体剥落;降雨强度为小雨和中雨,浸润线会渗入边坡内部土体并在较长时间才能从坡底至坡顶实现贯通,易造成边坡大体积滑坡;研究结果符合降雨期间边坡失稳的普遍规律。

太行山南麓鱼鳞坑坡面产流特征及其影响因素

[目的]通过研究太行山南麓鱼鳞坑坡面土壤产流特征,探讨其影响因素,为该区水土流失治理及生态环境保护提供科学依据。[方法]以太行山南麓鱼鳞坑坡和自然荒坡为研究对象,测定草本、灌木、乔木群落下坡面产流特征并分析其影响因素,运用地理探测器统计学方法量化各因素单独和交互作用对坡面产流的影响力。[结果]①鱼鳞坑坡草本、灌木、乔木群落的平均径流深之间没有显著性差异,自然荒坡灌木群落和草本群落的平均径流深显著大于乔木;与自然荒坡相比,鱼鳞坑坡草本群落、灌木群落、乔木群落的平均径流深分别减少了56.61%,72.80%,39.58%;平均径流深随着砾石含量的增加呈减少趋势;砾石覆盖度对坡面产流的控制作用有一个阈值,当砾石覆盖度为6%~9%时,坡面径流深最小。②太行山南麓鱼鳞坑坡面产流单因子影响力最大的是砾石覆盖度(0.31),其次是植被盖度(0.29)。③坡面产流影响因子交互作用后大多表现为非线性增强和双因子增强作用;降雨因子与非降雨因子交互后均表现为非线性增强作用。[结论]大量砾石的存在导致了太行山南麓坡面产流过程的复杂性,增加植被盖度是减少该地区鱼鳞坑坡面产流的重要措施。

改进人工鱼群算法在边坡稳定性分析中的应用

人工鱼群算法是一种新的智能仿生算法。以瑞典条分法作为边坡稳定性分析模型,利用模拟退火算法对人工鱼群算法进行改进,提出了一种搜索边坡最危险滑动面及对应的最小安全系数的求解方法。该方法克服了传统优化方法容易陷入局部极值点的缺点,具有较高的计算精度,适用性强,搜索的最优解更具有全局性。最后通过工程实例进行计算,并与基本的人工鱼群算法、传统的计算方法以及GA算法进行对比分析,结果令人满意。

南海北部陆坡金鼻眶灯鱼秋季摄食节律

中层鱼是深海食物网的重要组成部分,其摄食节律的研究对探讨以中层鱼为核心的能量流动与物质循环具有重要意义。本研究利用2014年10月南海北部陆坡海域拖网调查数据,对中层鱼优势种金鼻眶灯鱼(Diaphus chrysorhynchus)秋季的摄食节律进行了研究。结果表明:(1)金鼻眶灯鱼取样体长范围为28~110 mm,集中于50~59 mm体长组,各时间段摄食等级与体长间均不存在正相关;(2)金鼻眶灯鱼在18:00左右上浮摄食,次日05:30左右达到摄食高峰,为连续摄食,5个取样时间段平均摄食等级范围为1.50~2.57,呈增长趋势;(3)差异性分析表明,金鼻眶灯鱼傍晚与夜间或清晨间摄食等级差异性显著,表现在18:30~19:30时间段与01:00~02:00、04:45~05:50或06:30~07:30三个时间段间(P=0.041;P=0.000;P=0.007),另03:30~04:30与04:45~05:50时间段间摄食等级也存在极显著差异(P=0.005);(4)金鼻眶灯鱼各时间段摄食等级频率呈波浪形变化,4级频率在06:30~07:30时间段达到最高峰;0级频率在黄昏18:30~19:30时最高,01:00~02:00降为0,03:30~04:30上升到黄昏时的一半,此后连续下降。总体而言,金鼻眶灯鱼傍晚至次日清晨连续摄食,连续排遗,摄食集中于清晨。综上所述,金鼻眶灯鱼是一种昼夜垂直迁移、夜间连续摄食与排遗的浮游动物食性鱼类,其在南海陆坡水域能量流与物质流中起着承上启下的作用。

南海北部陆坡海域中层渔业生物群落结构特征

根据2015年7—8月(夏季)和2015年12月—2016年1月(冬季)对南海北部陆坡海域(111°00′E^120°00′E,18°00′N^22°00′N)的中层拖网调查,对该海域的夏季和冬季的渔业资源种类组成、优势种和生物多样性特征进行了初步研究。结果表明,南海北部陆坡海域夏、冬季共出现渔业生物273种,其中鱼类205种,甲壳类50种,头足类18种。相对性重要指数(IRI)分析表明,尾明角灯鱼(Ceratoseopelus warmingii)和典型刺虾(Oplphorus typus)为该海域的优势种类(IRI≥500);主要种为条带眶灯鱼(Diaphus brachycephalus)、菲氏眶灯鱼(D.Phillipis)、短距眶灯鱼(D.mollis)、马来眶灯鱼(D.malayanus)、长鳍虹灯鱼(Bolinichthys longipes)和天纽珍灯鱼(Lampanyctus tenuiformis)(100≤IRI<500)。夏季和冬季的Shannon-Wiener多样性指数(H′)平均值分别为4.34和5.26,Margalef丰富度指数(D)平均值分别为3.41和4.03,Peilou均匀度指数(J′)平均值分别为0.70和0.79,冬季各多样性特征指数均大于夏季。多样性特征指数与水深呈显著正相关,与水温呈负相关,说明该海域群落多样性分布存在一定的环境梯度特征。

环境友好的近自然型鱼道

鱼道是帮助鱼类顺利通过闸坝等障碍物的专用设施,在维系河流连续性与生物种群交流方面具有不可替代的作用。近自然型鱼道是目前国际上十分流行的鱼道布置形式,其典型特点是利用漂石与天然河道床沙质构建尽可能接近于天然河流的水流流态。与传统的工程鱼道相比,近自然型鱼道由于构建了鱼类熟悉的水流流态,因而往往具有更高的过鱼效率。本文全面介绍了近自然型鱼道的设计理念、类型、构造布置特点、设计原则、以及水力计算方法,并对我国鱼道技术的进一步发展提出了若干建议。

一种改进AFSA-Elman边坡位移预测网络

Elman网络在边坡位移序列预测的应用中,对于网络隐含层神经元个数、阈值的选取没有具体的定论,且收敛速度慢,容易陷入局部解.基于此,将人工鱼群算法与Elman网络相结合,建立了改进的AFSA-Elman边坡位移预测网络,修正鱼群算法的步长,并利用经改进后鱼群算法强大的寻优能力,对Elman网络的初始权值和阈值进行优化,提高了Elman网络的预测精度和收敛速度.将改进的AFSA-Elman网络与传统Elman网络以及AFSA-BP网络进行对比,并模拟了3种网络的迭代过程,发现改进的AFSA-Elman预测网络较以上两种预测网络具有较高的精度,收敛性更好,更适用于边坡位移的预测.

基于支持向量机回归的营养液调控模型研究

针对目前设施栽培中营养液动态调配精确度低的问题,提出一种基于支持向量机回归(Support vector machine regression,SVR)的营养液调控模型。首先,通过设计嵌套试验采集了13个温度、50组不同Knop营养液(A:99%Ca(NO3)2·4H2O、B:98%KNO3、C:99%KH2PO4、D:98%MgSO4·7H2O、E:99%EDTANaFe 5种化合物)配比下的营养液pH值、EC、K+质量浓度、Ca2+质量浓度和NO-3质量浓度等检测指标值,并基于SVR构建营养液检测指标预测模型;然后,采用离散斜率法计算营养液检测指标值与5种化合物含量的响应曲线离散斜率,并利用人工鱼群算法获取离散斜率最大突变点;最后,以该突变点对应的5种化合物含量作为最优调控目标值,基于SVR构建营养液调控模型,并进行验证试验。结果表明:基于SVR的营养液调控模型中对应5种化合物含量的决定系数分别为0.99、0.98、0.99、0.96、0.99,均方根误差分别为4.29、7.39、5.02、2.85、3.96 mg,拟合效果良好。对比逐步拟合响应模型获取目标值的结果发现,基于SVR的营养液调控模型5种化合物含量的平均相对误差分别降低了37.65%、49.94%、40.53%、50.58%、42.84%;在验证试验中,对比逐步拟合响应模型发现,基于SVR的营养液调控模型5种化合物使用量的相对误差平均值分别降低了46.42%、52.08%、54.03%、53.59%、54.54%,调控过程中5种化合物使用量的平均降低率分别为1.69%、5.81%、5.85%、3.65%、7.08%。本文基于SVR构建的营养液调控模型具有高效、节能特点,可为设施作物栽培的实际生产应用提供参考。

黄土坡地经济林大鱼鳞坑膜下滴灌技术研究

黄土高原丘陵沟壑区坡地经济林营造中 ,采用大鱼鳞坑坑内打孔覆膜、膜下滴灌技术 ,解决了本区干旱坡地经济林造林成活率低、生长慢、发育迟的难题。可使坡地杏树造林成活率提高到 96% ,枣树造林成活率提高到 92 % ;成林后 ,鱼鳞坑汇集径流可使降水利用率提高到 42 5 % ,加上旱季节水包膜下补灌 ,避免了土壤板结 ,降低了土壤水分蒸发 ,可使杏、枣产量比穴灌分别提高 1 0 3 2 %和 1 9 61 %。

基于混沌的网鱼算法在边坡稳定分析中的应用

针对多变量优化问题的求解,基本网鱼算法的搜索效率下降,提出采用混沌变量的遍历性来模拟网鱼算法中两种不同密度网的实施过程。密度较小的网主要用于对未知解的探索,而密度较大的网主要用于对已知解进行开发,形成了基于混沌的网鱼算法,并将其应用于某边坡的最小安全系数搜索中。详细介绍了基于混沌的网鱼算法的实施步骤。所得计算结果与已有结果进行了比较,分析结果表明,基于混沌的网鱼算法具有较高的搜索效率,可应用于道路边坡的设计。

禁忌鱼群算法及其在边坡稳定分析中的应用

构造了一种两点禁忌寻优算子以避免寻优过程中的迂回搜索,并用它模拟鱼群中单条鱼的追寻历史最优鱼、追尾、群聚三种行为,采用遗传算法中非均匀变异算子模拟单条鱼的觅食行为,鱼群中各个体通过这四种行为进行交流、合作从而形成了一种禁忌鱼群算法。将该算法应用于两个复杂土坡的最小安全系数搜索中,并同基本鱼群算法的计算结果进行了比较,结果证明禁忌鱼群算法具有搜索高效、适于约束优化问题求解等特点。

基于自繁衍鱼群算法的土质边坡滑动面搜索

土质边坡的稳定性问题一直是土力学的一项重点课题,而最危险滑动面搜索是其稳定性评价的关键工作。将自繁衍鱼群算法引入到土质边坡稳定性分析的临界滑动面搜索中。该方法在标准鱼群算法的基础上,借助于自然生态繁衍的规律,包含了进食竞争和交配竞争等思路,提高算法的效率,克服其易陷入复杂函数的局部最优、后期收敛减慢等缺陷。结合2个典型的边坡实例进行搜索最小安全系数和临界滑动面,计算结果表明,与常规方法相比,该方法具有更好的收敛效果和精度,为土质边坡的稳定性分析提供了一种新的搜索方法。

一种改进鱼群聚类算法在结构面分组中的应用

针对结构面产状常规分类方法存在的不足,提出一种新型的结构面分类算法.基于K-Means算法的结构面分类,将人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm,AFSA)与K-Means算法相结合,建立了AFSA-RSK结构面分类算法.利用鱼群算法强大的寻优能力,代替K-Means算法对结构面产状聚心集进行搜寻,并通过K-Means算法进行聚类.聚类完成后,选择相应参数指标对聚类效果进行评价.针对存在的问题,对鱼群算法的步长和视野进行修正,提高寻找聚心集的精度,动态地调整了聚类过程.将改进后的AFSA-RSK算法与其他算法进行比较,结果表明在迭代速度、聚类精度以及内存占比上,改进后的AFSA-RSK算法都要更优,更适合在结构面分组方面的应用.

基于FLAC^(3D)二次开发的连续强降雨工况路堑高边坡支护效果研究

针对FLAC^(3D)软件不能高效模拟分析连续强降雨工况下公路路堑高边坡孔隙水压力分布情况和支护治理后稳定性的问题,以广西百色市隆林各族自治县进城大道的路堑高边坡工程为依托,在连续强降雨工况下,结合边坡土体的土水特征曲线函数、非饱和土与饱和土渗透系数之间的关系,建立非饱和土渗透系数与基质吸力之间的函数关系,利用FISH语言对FLAC^(3D)软件进行二次开发,并对路堑高边坡进行流固耦合分析。结果表明,连续强降雨工况下,路堑高边坡安全系数由1.23降至1.15,导致路堑高边坡在第四级平台处发生局部滑坡,并有继续滑坡的趋势;采用放坡+锚杆支护能够有效降低路堑高边坡负孔隙水压力值,同等降雨工况下,路堑高边坡安全系数由1.15增加至1.43。

露天矿边坡饱和渗透系数随机场数值模型研究

为分析强降雨入渗及渗透系数空间变异性对闭坑露天矿边坡渗流场的影响程度,基于非饱和渗流理论和随机场理论,采用非侵入式随机方法,通过FISH语言编写非饱和区单元饱和度、渗透系数与基质吸力的修正函数,建立饱和G非饱和渗流随机场模型,开展强降雨作用的高大陡深岩质边坡渗流特征研究.研究结果表明,修正饱和G非饱和渗流随机场模型能够准确地描述露天矿边坡的降雨入渗过程.且降雨入渗主要影响到露天矿边坡浅层渗流场.随降雨持时变化,在坡面与地下水位线之间形成包围的且逐渐缩小的非饱和区.坡面最早出现暂态饱和区且厚度逐渐增加,但增幅逐渐放缓.同时坡面点孔隙水压力最早达到稳定值零,离坡面越远的点孔隙水压力达到稳定值零的用时会越长.该结论可为闭坑露天矿边坡的地质灾害风险预测提供参考意义.

黄土高原地区鱼鳞坑坡面侵蚀演化过程及水力学特征

为明确鱼鳞坑坡面抗侵蚀演化过程及其水流水力学特性,采用间歇性人工模拟降雨实验,对鱼鳞坑坡面水流水力学特性以及阻力规律进行了系统分析。结果表明:(1)鱼鳞坑坡面侵蚀演化过程表现为:雨滴溅蚀—片蚀—股流冲刷—跌坑—细沟侵蚀—下切侵蚀—溯源侵蚀—崩塌。(2)随着降雨历时的增加,由于鱼鳞坑的层层拦截与蓄满,其下方的坡面径流流速、水深均呈波动式增长趋势,坑内出现旋涡,坡面径流呈现断续股流。降雨累积历时为58 min左右,总降雨量达到87 mm时,鱼鳞坑侵蚀量急剧增加,拦蓄径流作用失效。(3)五场降雨过程中,上坡和中坡水流流态为层流,下坡由于鱼鳞坑蓄满后径流出现波动,水流流态由层流变为紊流且时而为缓流时而为急流。(4)鱼鳞坑坡面水流阻力来源于降雨阻力、颗粒阻力、形态阻力叠加,在整个降雨过程中阻力总和呈下降趋势;其中,受地形高低起伏、地表糙度的影响,形态阻力一直居于主导地位。

潮滦河小流域鱼鳞坑内外植被群落特征与环境关系

通过对小流域不同坡面上鱼鳞坑的内外群落植被调查,研究了该地区鱼鳞坑内外植被群落特征与海拔及坡向的关系。(1)阴坡鱼鳞坑内的盖度大于阳坡鱼鳞坑内的盖度,并且达到极显著水平。(2)坡向不是控制该区域植被群落多样性的主导因子。(3)不同土地类型鱼鳞坑外的群落丰富度指数,Shannon- Wiener指数及同一土地类型的鱼鳞坑内外群落的指数均与海拔高度成极显著的抛物线函数关系,但是与鱼鳞坑内群落的多样性指数不成显著相关关系。结果显示,可以通过像鱼鳞坑这样的整地方式来改变小生境以促进群落植被的物种多样性。

仿自然型鱼道在堰坝工程中的设计研究

天然河道上堰坝的砌筑阻断了鱼类的交流与繁衍,与传统工程鱼道相比,仿自然型鱼道由于构建了鱼类熟悉的水流流态,因而具有更高的过鱼效率。结合天台县始丰溪一处堰坝改造工程,根据地形特点、当地建筑材料等自然条件,从鱼道的设计理念、类型选择、构造布置、水力计算等方面入手,对仿自然型鱼道在堰坝工程中的应用进行了设计研究,可为生态鱼道的发展应用提供参考。

铜城闸进水流态及改善措施

为改善位于三岔河口的铜城闸进水流态,在水工模型试验中采用明渠面层数字粒子图像测速(DPIV)系统以及化学粒子示踪法,分析不同方案中的进水流态和特征断面流速分布.结果表明,斜降鱼嘴边坡或其与抛石底坎结合的改进措施,可以有效改善铜城闸进水流态,并减小分流对河岸的冲刷效应.

基于FLAC^(3D)的均质土坝最佳坡度分析

针对利用FLAC3D可方便计算安全系数的特点,采用其内置FISH语言进行二次开发,编制了均质土坝最佳坡度优化程序,以利于边坡工程选择安全和经济的坡度,并对采用FLAC3D安全系数求解的方法、判据及程序实现的原理进行了介绍。以工程为例说明程序的使用方法,验证了该程序在一定程度上可预知边坡工程的安全性,计算结果可为边坡工程的设计和加固提供参考。