空间变异性

摘要： 【目的】探究砂生槐群落养分循环状况及化学计量特征。【方法】以西藏雅江中游干旱河谷不同区域砂生槐群落为研究对象,采集各区域样地的砂生槐植株、细根及生境土壤样品,测定其有机碳(OC)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量,并计算碳、氮、磷元素计量比(m_(C)∶m_(N)、m_(C)∶m_(P)、m_(N)∶m_(P))。【结果】①随土壤深度的增加,各样地砂生槐生境土壤SOC、TN、TP、TK含量及土壤湿度均呈增加的趋势,土壤pH值呈降低的趋势。②各样地砂生槐植株OC含量之间差异显著(PSN-2>ML-2>SN-1>ML-1>RKZ-1,其值分布在24.90~35.22 g/kg;ML-2样地的TP含量(5.16 g/kg)显著高于其他各样地(P<0.05);各样地TK含量分布在1.84~3.93 g/kg。④本研究土壤m_(C)∶m_(N)、m_(C)∶m_(P)和m_(N)∶m_(P)分别介于10.16~155.25、4.52~43.41和0.12~1.42;植株m_(C)∶m_(N)、m_(C)∶m_(P)和m_(N)∶m_(P)分别介于9.31~18.72、48.42~109.06和3.31~6.24;细根m_(C)∶m_(N)、m_(C)∶m_(P)和m_(N)∶m_(P)分别介于14.80~20.80、95.91~127.87和5.47~7.79。⑤就空间变异性而言,土壤SOC空间变异性大于植株和细根,植株和细根的TN、TP和TK的空间变异性远大于其OC的空间变异性,说明各区域样地砂生槐植株和细根中的碳含量相对稳定。【结论】雅鲁藏布江中游河谷微酸性干旱土壤环境适宜砂生槐的生长发育,但土壤N元素的缺乏及有效性限制了砂生槐群落的进一步发展。

摘要： 科学合理评价地下水资源,对统筹规划、合理开发利用区域地下水,保障区域生态环境安全至关重要。获取含水层参数空间变异规律是解决地下水渗流、污染物运移、地下水开发利用等诸多地下水问题的重要基础。然而,受常规勘察技术所限,含水层非均质性难以直接刻画。两点地质统计学通过变异函数确定随机变量相关关系,解决地质变量空间线性估计并表征其各向异性;多点地质统计学突破了空间两点间相关关系的局限,通过多点训练图像建模,有效反映含水层参数变量空间分布特征,也更适合模拟复杂结构地质体。据此,本文对常用的两点地质统计学在含水层参数空间变异研究中的实际应用作了简述和探讨,并以含水层渗透系数为媒介,阐述了岩土电阻率和水力梯度或水头与渗透系数在地质统计学中运用的限制性协同关系。应用对比了多点地质统计建模与传统地质统计建模相比所具有的优势,并探讨了后者受自身算法、建模方法等制约现如今仍然尚未解决的问题及未来发展方向。指出在卫星、雷达及遥感技术快速发展背景下,数据同化、机器学习等手段融合、集成和尺度推绎多源、多空间、多分辨率空间数据帮助地质统计学实现数值建模是大势所趋。

摘要： 为研究堆石料级配参数的空间变异性对堆石坝坝体有限元计算结果的影响,以某面板堆石坝工程为例,结合施工填筑检测资料,基于Cholesky分解法实现堆石料分形维数的对数正态随机场模拟,结合考虑级配效应的堆石坝有限元分析方法对坝体力学响应进行研究,并与坝料分区采用单一级配假定的确定性有限元计算结果进行比较。结果表明:堆石料级配曲线基本满足分形分布,分形维数D可较好地表征堆石料级配特性。当随机模拟至200次时,坝体各响应值达到统计稳定,且堆石料级配的分形维数满足对数正态分布时,计算出的坝体应力变形基本满足正态分布。与坝料各分区参数采用单一级配假定的确定性有限元相比,随机性有限元的变形和应力均偏大,计算结果偏于安全,两者相对误差在2%~7%,如果不考虑堆石料级配参数的空间变异性,会在一定程度上低估坝体变形和应力。

摘要： 为探讨土的强度参数的空间变异性对盾构隧道开挖引起的地表变形的影响,选取黏聚力和内摩擦角作为随机变量,采用Karhunen-Loève方法对随机场进行离散,利用Matlab软件将土性参数随机场与FLAC 3D模型单元一一映射,并使用FLAC 3D进行分析计算。结果表明:土强度参数的空间变异性对地表变形的影响明显;竖直方向相关长度的影响大于水平方向相关长度的影响;地表水平位移受到的影响比地表沉降受到的影响更大;竖向相关长度小于1倍隧道直径时,多次模拟得到的地表沉降值符合正态分布,据此可利用确定性分析结果估算地表沉降变形超限概率或确定控制沉降量。

摘要： 为探究风沙地土壤养分空间变异性与土地利用之间存在的关系,以位于辽西北的章古台现代生态农业示范区为研究对象,基于野外采样、室内分析、GIS技术与地统计学相结合的方法,区内选取38个采样点,以网格法测定研究区0~20cm土壤养分指标,研究辽西北风沙地土壤养分的空间变异性特征与土地利用的关系。结果表明:该风沙地内的土壤养分分布不平衡,采样区除全氮都为中等空间相关性(变异系数0.385~0.643);土壤速效磷变程最大,全钾变程最小;速效磷、速效钾、全磷、全钾、有机质、碱解氮含量的块金基台比都处于(0.25,0.75)的区间范围。采用克里格方法进行最优插值,绘制养分含量分布图,并对其空间变异进行分析,发现土壤养分的空间分布特征与土地利用类型分布特征具有较强的相关性,采样区域内有明显高低差,速效磷的变化区间不超过35mg·kg^(-1),速效钾北部高,中间低,由于人工干预因素较多,土地中大量施加钾肥造成土壤中钾元素含量较高,北部土地主要利用类型为水浇地以及部分林地、草地。由于钾元素的流动性较大,导致水浇地中钾元的淋溶损失较为严重,水浇地土壤其有机质分布较高。

摘要： 堆石坝覆盖层土体类型复杂,结构松散且有时存在透镜体,使得覆盖层材料参数存在空间变异性,地震作用下对坝基防渗墙应力变形存在不可忽视的影响.在蒙特卡罗框架下,采用Cholesky分解的高斯空间随机场离散方法,利用Python对Abaqus进行二次开发,实现了覆盖层材料空间变异性的“非侵入式”随机有限元分析.研究结果表明:考虑覆盖层材料空间变异性的情况下防渗墙不同部位的应力变形均有不同程度的超标,且动应力的变异系数大于动位移的变异系数,显示覆盖层材料参数的变异性对防渗墙在地震作用下的应力变化更敏感.因此在设计阶段应考虑这种不确定性,以确保坝基防渗墙的安全运行.

摘要： 为研究喀什噶尔河流域灌区土壤盐分空间分布特征。本文通过野外取样及测试,运用传统统计学和地统计学相结合的方法对喀什噶尔河流域灌区土壤盐分的空间分布特征及其影响因素进行分析。结果表明:研究区内不同深度土壤含盐量均属强变异性,其空间变异格局受随机性和结构性因素共同影响,各层土壤含盐量均表现为由西向东先增加后减小,其空间分布特征在喀什三角洲较为复杂,盐渍化影响因素众多,其中地下水对盐渍化的影响较大。

摘要： 静力触探试验(Cone Penetration Test,CPT)常被用于确定地下土体分层情况及层内土体的力学参数等。由于工期、工程投入、技术等条件限制,沿水平方向的CPT钻孔数目通常非常有限,有必要利用空间插值或随机模拟来估计未采样位置的CPT试验数据。提出一种有效的蒙特卡洛方法,可直接根据有限的CPT试验钻孔数据估计未采样位置的CPT数据,该方法将二维贝叶斯压缩感知框架与吉布斯采样相结合,并引入克罗内克积以提高其计算效率,然后用一系列数值及实际工程案例验证了所提方法的可靠性。结果表明:该插值方法合理,不仅能如实反映数据本身的非平稳特点,且采用序列更新技术后可显著降低时间成本,具有更强的适应能力。此外,插值结果的准确性、可靠性与已有CPT钻孔的距离成反比、与已有钻孔的数目成正比,反映出方法本身数据驱动的特点。

摘要： 在固化流态底泥填筑路堤现场施工过程中,固化流态底泥因其材料性能的不确定性和浇填过程难控制将导致填筑路堤内土体力学指标空间变异性较大。目前鲜有关于现场浇填的固化流态底泥剪切强度空间变异性及其对填筑体稳定性影响的研究报道。鉴于此,本文结合现场试验,探究固化流态底泥填筑体内剪切强度的空间变异性,并结合理论分析方法,评价剪切强度空间变异性对填筑路堤稳定性的影响程度和规律。结果表明:现场浇填的固化流态底泥强度空间变异系数介于0.29~0.33范围内;剪切强度的空间变异性对填筑路堤堤身稳定性具有一定影响;传统水泥土设计方法中"将无侧限抗压强度假定为正态分布并取25%分位值作为设计强度"的做法可能给固化流态底泥填筑路堤带来潜在的安全风险。

摘要： 土体参数可能服从不同类型的分布,而在考虑土性空间变异性的桩基础承载特性的研究中一般将随机变量假定为服从对数正态分布。以土体的不排水强度为随机变量,考虑不同的变异系数和相关距离,采用随机有限元法分别模拟了竖向和水平向荷载作用下单桩基础的承载性状,对比分析了土体不排水强度分别服从对数正态分布、Beta分布和Gamma分布条件下单桩的承载力均值和标准差。结果表明,土体强度的分布形式对单桩竖向承载力的均值没有影响,而服从对数正态分布的随机场中单桩水平承载力均值最大,服从Beta分布的随机场中单桩水平承载力均值最小;竖向荷载和水平荷载作用下Beta分布得到的承载力标准差均为最大。当地基土强度空间分布形式未知时,建议采用Beta分布确定单桩承载力。

摘要： 土石坝由天然岩土材料堆筑而成,虽然施工过程中对堆石料进行了一定程度的质量控制,但其物理力学性质仍具有一定的不确定性;本文探讨了堆石料的空间变异性对土石坝地震安全性的影响.以一高心墙堆石坝为例,采用基于局部平均细分法的随机有限元法模拟考虑筑坝堆石料空间变异性时土石坝的地震响应以及永久变形情况,对比分析了随机有限元法和常规确定性有限元法的计算结果,并对随机物理参数的敏感性进行了分析.在上述工作基础上,提出:考虑筑坝材料空间变异性时,(1)大坝峰值加速度响应的取值和频谱特性都发生一定程度的离散,而为使设计方案的保证率达到90％以上,需将确定性分析得到的峰值加速度放大1.1至1.2倍;(2)大坝震后最大沉降的离散程度相比更大,为使设计方案的保证率达到90％以上,需将确定性分析结果放大1.4至1.6倍;(3)土石坝动力响应对堆石料的干密度和孔隙率的敏感性强于对平均粒径和不均匀系数的敏感性,但当平均粒径和不均匀系数的变异性较大时,大坝响应仍表现出明显的离散性.

摘要： 基于随机场理论和非饱和渗流理论,通过对某一假想边坡在降雨条件下进行非饱和渗流分析和边坡稳定性分析,研究了在不同降雨强度下土体饱和渗透系数的空间变异性对边坡稳定性的影响.分析结果表明,随着降雨强度的增加,边坡稳定性降低,临界降雨强度与饱和渗透系数有关.饱和渗透系数的竖向波动尺度对边坡稳定性影响较大,目前采用确定性分析方法对渗流过程模拟存在风险.

摘要： 利用经典统计学和地统计学相结合的方法,以某滴滴涕(DDT)粉剂生产企业为例,对污染场地中表层和地下5m处土样DDT浓度的空间变异性进行了研究.结果表明:表层和地下5m处土样DDT浓度经过对数转化后均通过了柯尔莫哥洛夫斯蜜诺夫检验(K-S检验),能够很好地服从正态分布;表层和地下5m处土样DDT浓度的半变异函数拟合符合高斯模型,决定系数分别为0.8973和0.9348,由空间自相关引起的空间变异性分别占系统总变异性的99.11和83.12;用克里格插值法制出的DDT浓度等值线图能直观地反映表层和地下5m处土样DDT浓度的空间分布特征,DDT浓度呈现以原粉生产车间为中心向四周扩散的趋势,地下5m处土样DDT浓度空间分布与表层基本一致.

摘要： 为了探讨土壤粒径和有机质空间分布特点及其相互关系伴随土层的变化规律,本研究以内蒙古河套灌区沙壕渠分干渠灌域为研究目标,以灌溉区域内间隔1km等间距77个取样点共308个样本为基础进行综合探讨,结果表明:土壤粒径及有机质不同土层及其相互之间均存在极显著的相关性(P＜0.01),且相关性随着土层间隔的增大而减小,同时有机质含量与粘粒含量的相关性最高,相关系数为0.583.土壤粒径及有机质在剖面上的层次组合及分布主要是成土过程和母质沉积过程所致,不同土层的空间变异性相关程度较高.而同一土层粘粒含量与有机质的空间变异性呈现出较强的正相关性;粉粒及砂粒含量体现出较强的负相关性.

摘要： 本文基于随机场理论,考虑了岩石材料属性的空间变异性对岩石边坡稳定性的影响,将边坡主滑面上的摩擦系数和粘聚力视为高斯随机变量,确定了主滑面上的摩擦系数和粘聚力的均值、方差和协方差,获得了两个随机量之间的相关系数和互相关长度.在此基础上,对岩石边坡进行了三维稳定性分析,确定了岩石边坡的稳定系数和失效概率.数值结果表明:摩擦系数和粘聚力的空间变异性对边坡稳定性有重要影响.

摘要： 基于代表性滑动面的边坡可靠度分析计算效率较高,然而目前方法不能有效识别考虑土体参数二维空间变异性的边坡代表性滑动面.提出了一种基于Pearson相关系数的边坡代表性滑动面识别方法,分别通过单层和两层土坡算例验证该方法的有效性.结果表明该方法不仅能够有效筛选考虑土体参数二维空间变异性的多层边坡代表性滑动面,计算每条代表性滑动面对边坡失效概率的贡献权重,而且可以有效地反映土体参数空间变异性对边坡失效模式变异性的影响.

摘要： 为了制定合理的边坡防治措施,需要针对边坡破坏进行定量的风险评估.采用多重响应面法构建边坡系统的代理模型,基于代表性滑面进行空间变异土坡系统风险评估.并通过一个考虑土体参数空间变异性的多层土坡算例系统地研究了代表性滑面的选取对复杂边坡系统风险评估的影响.结果表明:在考虑空间变异性的情况下,边坡系统性大大增强,需要更多有效的代表性滑面才能较好代表整个边坡系统.从代表边坡系统失效概率的角度识别的代表性滑面在一定程度上可以代表边坡系统失效风险.即使对于考虑空间变异性、具有很强系统性的复杂边坡系统,基于代表性滑面进行边坡系统风险评估的方法仍是一条可行的途径.

摘要： 采用局部平均细分法表征土体抗剪强度参数空间变异性,自开发随机有限元程序并结合有限元强度折减法对湖南古丈县二龙庵滑坡进行局部随机场展开随机分析.结果表明:局部随机场展开可以用于分析各土层参数对滑坡的影响,在不同c变异水平下的滑坡失效概率基本为0;随着ψ变异水平增大,滑坡失效概率逐渐增大,并且与第3层土相比,第2层土对滑坡影响比较大,因此有必要对该层土的参数进行更加精准的测量以便获得更加可靠的稳定性分析结果.

摘要： 地下水是城乡结合部和农村地区的重要饮用水源之一,城市的扩张和农业集约经营对地下水的影响日益明显.本文以典型区--沈阳沈北新区为例,以地下水重金属为评价指标,采用传统统计和地统计的方法,分析城乡交错地区地下水污染程度和空间分异性特征,旨在为类似地区土地利用规划和地下水环境管理提供科学依据.结果显示:Fe、Mn超标率较高,分布范围较广;Cd、Hg分布集中,受城镇化的影响较为明显;Pb与集中养殖产业分布关系密切;As的分布与当地化工企业有关;Fe、Mn空间变异性强,空间异质性主要受自然条件等结构性因素控制;Cd、Pb、Hg空间变异性中等,As空间变异性弱,Cd、Pb、Hg、As这四种元素空间异质性的形成主要受人为活动等随机因素的影响;初步发现Fe和Mn,Mn和As有相似的来源.

摘要： 降水场空间变异特征是进行区域气候建模的重要依据之一.利用湖北省1975年至2010年间75个雨量计观测站点月平均降雨量数据,分析了湖北省多年区域降水的空间分布及时空变异特征.使用反距离加权法、径向基函数法、最近邻点插值法以及克里格法对观测数据进行空间插值,通过插值后数据的变差函数计算,对比了不同插值方法下降水场空间变异特征的变化,从而确立最适合该区域的插值方法.

摘要： 本发明涉及人工模拟降雨技术领域，特别涉及一种具有可控水平空间变异性的边坡降雨装置和方法。其中装置包括供水系统、过滤系统、输水系统、降雨系统、控制雨滴喷头降雨的电压控制系统，降雨系统包括降雨盘、多个雨滴喷头，供水系统通过输水系统连通到降雨盘，过滤系统设置在供水系统的出水处，过滤系统的滤网孔径小于或等于雨滴喷头的孔径，降雨盘位于待测边坡试验箱的上方，多个雨滴喷头连接在降雨盘上，雨滴喷头上设有压电形变元件，多个雨滴喷头的压电形变元件连接电压控制系统，电压控制系统控制雨滴喷头喷出水平方向频率和大小不同的雨滴。本发明使不同位置具有不同的雨滴频率和大小，满足特定的变异性要求。

摘要： 本发明提供一种基于强度空间变异性的随机裂隙网络生成方法，能够充分考虑材料强度空间变异性，反映真实裂隙形态，并具有较高的计算效率，该方法包括：步骤1.确定模拟区域的长和宽；步骤2.确定裂隙宽度，利用正三角形网格划分整个模拟区域；步骤3.在模拟区域上生成材料抗拉强度的随机场以定量表征抗拉强度存在的空间变异性；步骤4.根据实际场地的情况，确定作用于整个模拟区域的拉应力；步骤5.根据模拟对象的实际情况，确定最大迭代步数、以及裂隙条数；步骤6.在模拟区域产生初始断裂点；步骤7.在初始断裂点的基础上进行迭代计算，确定裂隙发展方向及概率，实现材料强度对裂隙发展方向的影响；步骤8.生成结合随机场的裂隙模型。

摘要： 本发明涉及一种基于多道面波勘探的岩土体参数二维空间变异性表征方法，属于岩土工程勘察领域。建立表征岩土体参数空间变异性的二维空间线性动态系统；在给定多道面波勘探的二维剪切波速数据和文献中勘探数据与岩土体参数的经验关系条件下，根据贝叶斯理论构建识别二维空间线性动态系统参数的贝叶斯方程；采用基于子集模拟的贝叶斯更新方法求解最优模型参数；采用向前递归算法和向后递归算法获得最可能的岩土体参数二维空间分布。合理地考虑剪切波速数据的二维空间相关性对岩土体参数空间变异性表征识别影响，充分利用二维空间勘探数据表征岩土体参数非稳态空间变异性，克服传统稳态随机场模型局限性，为提高岩土工程场地勘探准确性提供有效途径。

摘要： 本发明公开了一种基于序贯模拟的土壤含水量空间变异性三维表征方法，选取示范性土壤地块，将土壤地块划分成多个栅格，在每个栅格中设置随机采样点；测量所有随机采样点的土壤含水量数据，并对随机采样点的土壤含水量数据进行正态性检验；对每个栅格进行多层过程处理，得到多层精细网格；采用序贯模拟方法对多层精细网格进行模拟，包括随机行走、局部搜索和条件估计，得到土壤含水量的三维立体面数据；运用GRID和TIN数据格式交替表达土壤含水量的三维立体面数据，形成土壤含水量的三维模型。本发明基于序贯模拟的方法获得土壤含水量的连续面，在连续面的基础上运用GRID或者TIN格式进行土壤含水量的三维表达，克服了Kriging方法的平滑效应。

摘要： 本发明公开了一种基于水泥土空间变异性的机场路面评估方法，属于道路铺设评估领域，该评估方法具体步骤如下：(1)对机场路面进行有限元分析；(2)收集模型参数以构建相关模型；(3)收集分析类型参数以进行数据评估；(4)收集各组分析结果进行比较以确认模型编码正确性；本发明能够预测差异沉降，考虑到跑道路基水泥处理土壤的空间变异特性，可以估算BBI，跑道路基水泥处理土的这种不均匀性在设计和施工中具有重要意义。

摘要： 本发明提供了一种考虑土体空间变异性的管道撞击损伤分析方法、设备，首先，根据海床土体尺寸和海床土体强度参数统计特征，将土体离散成一系列欧拉实体单元；通过Python脚本读取每个欧拉实体单元的形心坐标；然后生成三维土体强度平稳随机场，根据初始温度场进行叠加，进而得到三维土体强度非平稳随机场，通过子程序技术与大变形有限元数值模型进行耦合分析，得到N组管道凹痕变形值，然后进行分布拟合，得到管道损伤分析结果。本发明的有益效果是：针对大变形有限元数值模型中欧拉单元在空间保持固定不变的特点，通过设置温度场及子程序技术有效捕捉土体在计算过程中的位置，实现土体强度随空间变化的特征，分析得到的管道损伤结果与实际情况更接近。

摘要： 本发明公开了一种考虑地层空间变异性的长条形地下结构分段长度确定方法，首先，沿长条形地下结构轴线获取钻孔土样，进行不同应力状态下的蠕变试验，并拟合得到蠕变本构方程及参数；其次，对土层的底标高和厚度进行统计分析，获取统计分布拟合函数；然后，基于分段长度为L，建立考虑地层空间变异性的随机有限元模型；第四步，进行随机有限元计算分析，获取地下结构内的最大拉应力或拉应变的累计概率曲线，并确定对应的可靠度指标值，若计算的设计可靠度对应拉应力大于设计允许拉应力值，则重新选择分段长度L，重新计算，直至满足设计要求或等于设计要求。本发明实现了考虑地层空间变异性的长条形地下结构分段长度优化的可靠度设计。

摘要： 本发明提供一种考虑土体参数空间变异性的边坡地震滑移概率分析方法，包括：确定土体参数空间分布的统计特征，构造参数随机场变量的联合概率密度函数f(x)；根据函数f(x)，产生土体参数随机场样本x(i)；构建边坡稳定性分析模型，计算土体参数随机场样本x(i)对应的边坡临界加速度系数并记录临界滑动体的位置；根据具体边坡抗震设计条件，挑选地震动加速度时间历程构建边坡临界滑动体多自由度永久位移分析模型，计算随机场样本x(i)和地震动加速度时程对应的滑动体永久位移D(i,k)；对所得的永久位移样本进行统计分析，计算在某个设计基准期TD下滑动体永久位移对设计位移阈值d的超越概率Pd。本发明考虑了土体参数空间变异性，计算效率较高，适用于边坡工程抗震设计实践。

摘要： 本发明属于水文水资源分析技术领域，公开了一种水文水资源特征空间变异性识别系统，水文水资源特征空间变异性识别系统包括：基础信息采集模块、分布图构建模块、观测点确定模块、水文特征参数采集模块、中央控制模块、数据处理模块、水文分布图构建模块、拟合模型确定模块、水文特征参数曲线生成模块、数据统计分析模块、空间分析模型、水文特征空间变异识别模块以及输出模块。本发明综合考虑了多种水文参数结合水资源的分布或地形特征整体进行了分析，保证识别结果的准确性；同时本发明基于分布图、水文分布图、参数变化曲线进行数据的分析，可视化程度高，且更加直观可靠。

摘要： 本发明属于模拟滑坡运动的技术领域，具体涉及一种强度参数空间变异性滑坡运动过程的试验装置和试验方法，所述试验装置包括模型箱、滑坡模型制作机构、挡墙和测量机构。本发明设定随机场参数，对每组随机场参数下生成的若干组不同的随机场样本进行区域网格划分；计算各个区域内强度参数的平均值，与强度参数接近的砂土群组建立联系；借助铝隔板将所有区域都填筑相应粒径的砂土群组并压实，形成滑坡模型；通过测量机构记录滑坡模型的运动过程以及挡墙的应变和应力。本发明考虑了非均质滑坡的空间变异性，实现了将黏性土空间变异性模型试验技术扩展到滑坡运动过程的试验中，解决了软件呈现的理论随机场转化为实际随机场的难题。