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期刊信息/Journal information
应用基础与工程科学学报
应用基础与工程科学学报

倪晋仁

双月刊

1005-0930

jbse@iee.pku.edu.cn;jbse@vip.163.com

010-62753153

100871

北京大学老地学楼110室

应用基础与工程科学学报/Journal Journal of Basic Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是经国家科技部和国家新闻出版署批准国内外公开发行的综合性学术期刊，1993年由北京大学、清华大学、中国科学院等单位的一些优秀青年学者共同创办。本刊编委全部是在国内外获得博士学位并具有高级职称的优秀中青年学者。本刊主反映国内外自然科学与工程科学，尤其是新兴与交叉学科领域研究的最新成果，为从事新兴学科及高技术领域研究的学者提供对外交流的窗口和发表研究论文的机会。读者对象为国内外从事自然科学特别是交叉学科研究的科研人员、管理人员和大专院校师生。
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    基于Izbash方程的非达西水分渗流作用下混凝土氯离子运移研究

    肖良韦宇杰史鹏钰宗一杰...
    1678-1692页
    查看更多>>摘要：水分对流效应主导非饱和混凝土内部氯离子的运移,为了探究非饱和混凝土结构的耐久性,设计了不同水胶比的C40混凝土试件.基于Izbash方程描述了比流量与水力梯度之间的关系,建立了非达西水分渗流模型,并结合Boltzmann变换推导氯离子运移模型.通过对比室内试验数据与COMSOL数值模拟结果,验证了氯离子运移模型的可靠性.研究结果表明,混凝土的表观氯离子扩散系数与渗透系数随时间的增加而逐渐减小并趋于稳定,且二者均与水胶比呈正相关;所建立的数学模型可很好地计算氯离子在混凝土内的运移过程;非达西渗流模型模拟的氯离子运移速率及运移启动时间显著低于传统达西渗流模型.以期该研究成果为优化沿海工程防腐技术提供理论支持.

    非饱和混凝土水分对流效应非达西渗流氯离子运移Boltzmann变换数学模型

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    基于云原生的青藏高原河湖水情预测与风险评估系统研究

    李家叶方序鸿李铁键魏加华...
    1693-1706页
    查看更多>>摘要：全球气候变化背景下,青藏高原气象、水文及生态环境正在发生显著变化,但由于地面监测站点稀少,青藏高原河湖水情预测面临着巨大挑战.因此,集成多源数据并构建多尺度预报模型对研究青藏高原河湖水情变化趋势及其潜在风险具有重要意义.基于云原生架构设计并研发了青藏高原河湖水情预测与风险评估系统,该系统构建了基于容器的模型并行计算方案,可根据任务规模动态分配和部署容器,有效提高了模型的计算效率和预报的时效性.同时,采用容器部署地理数据库及微服务,实现了复杂决策系统对各类数据请求和地图服务的高效响应.开展了不同容器化部署方案的并发性能测试,验证了该系统在可用性和性能方面的优势.该系统实现了基于云原生架构的多模型并行计算与复杂地理信息可视化展示,可直观地展示水情变化及风险预警信息,对推动河湖水情管理和水利信息化发展具有参考价值.

    云原生微服务青藏高原河湖水情预测容器化可视化平台

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    河冰系统混沌特征演变分析

    邢若飞陈泽峰郝洁刘文斌...
    1707-1719页
    查看更多>>摘要：河冰生长消融机理对冰凌灾害预警具有重要的指导作用,明确河冰是否存在混沌特性对理解河冰生长消融物理机理具有理论意义.为了全面解析河冰内部能量分布特征,选取黑龙江干流上游漠河断面作为研究对象,对2014～2018年江边层温和江心层压以及气温进行原型观测,采用混沌学理论,对河冰系统进行混沌特性演变分析,结合原型观测确定河冰系统线性和非线性转变时间.研究结果表明:河冰层温/层压在封冻期呈有序状态,而在融冰状态呈明显的无序状态;在封冻期最大Lyapunov指数大多小于0,部分大于0的时段主要集中于14～16时,在河冰融冰阶段均由负转正,呈现混沌特性;最大Lyapunov指数转正日期与平均气温转正日期较为接近,即当平均气温大于0℃时,河冰由线性热传导转为非线性热传导.该研究揭示了河冰生消融期层温的混沌特征及演变规律,以期为寒区水资源管理提供理论支撑.

    黑龙江干流漠河河冰层温最大Lyapunov指数混沌特性

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    宁夏引黄灌溉绿洲农业节水的水平衡效应及其生态影响模拟分析

    董义阳翟家齐赵勇刘宽...
    1720-1739页
    查看更多>>摘要：为揭示绿洲农业节水的水平衡效应与地下水响应及其对生态的影响,从农业节水-水平衡效应-地下水响应-生态影响全过程进行系统研究,构建绿洲水循环模型,模拟解析2008～2017年宁夏引黄灌溉绿洲和地下水系统水量平衡效应,揭示农业节水灌溉变化及其伴随的供、用、耗、排水变化和地下水响应变化对生态的影响.研究结果表明:农业节水成效显著,灌溉用水效率提升26％,引黄水量从61.8×108m3减少到47.8×108m3,总入渗补给同步降低,其中,河渠渗漏补给从28.47×108m3减少到16.76×108m3,占总入渗补给减少量的87％,是导致地下水位下降的根本原因.绿洲在2.5m以上埋深区间的面积10年间扩大了2.1倍,并以0.63m/10a的速率持续下降,3月、4月平均地下水位已经接近植被和湖泊生态水位临界值;地下水对自然植被的水分支撑作用减弱,部分草本、灌木生长发育受其影响,湖泊接受的地下水补给大幅减少,出现萎缩或季节性消失现象,只能依靠增加人工生态补水维持一定的水面面积,但盐渍化程度明显减轻;绿洲生态的脆弱性和退化风险增加,生态健康接近临界状态,应警惕过度农业节水对绿洲生态的影响和破坏.

    宁夏引黄灌溉绿洲农业节水水循环模拟水平衡效应生态影响地下水位

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    大型调水明渠中圆柱桥墩的体型优化及消涡减阻效应研究

    刘明潇蒋冠宇牛岭李飞...
    1740-1754页
    查看更多>>摘要：在长距离调水渠道上通常修建有大量跨渠桥梁,密集的桥墩绕流阻力叠加必然增加水流能量损失.为了提升调水工程的输水能力,开展渠道桥墩绕流特性与减阻措施的研究十分必要.以大型输水渠道跨渠圆柱桥墩为研究对象,采用理论分析与水动力数值模拟相结合的方法开展了桥墩水动力特性研究.通过分析圆柱绕流特征,确定了尾涡主区分界及形态曲线函数;兼顾湍动能耗散效应与工程应用,提出了头部尖圆、尾部为流线型尾翼的鱼形桥墩新体型.选择流速、压强、湍动能及涡旋强度因子,利用三维水流模拟成果分析了圆柱桥墩和鱼形桥墩的绕流特性及差异,揭示了后者的减阻机理.研究结果表明,鱼形墩具有消涡抑紊作用;与圆柱墩相比,湍动能耗散消减55％以上,涡量衰减53.3％～84.8％,减阻效率不低于30％;在大型渠道试验应用时,鱼形墩水头损失降低48.4％～64.5％,验证了跨渠桥墩新体型的科学性、实用性和消涡减阻效应.

    圆柱绕流跨渠桥墩尾涡湍动能流线型鱼形桥墩减阻效应

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    基于SGMD-SE-AVOA-LSTM耦合模型的月径流预测

    王文川顾淼
    1755-1771页
    查看更多>>摘要：针对中长期径流时间序列具有强非线性和非平稳性特点、致使模型精准预测较为困难的问题,提出了一种结合辛几何模态分解(SGMD)、样本熵(SE)、非洲秃鹫优化算法(AVOA)和长短期记忆神经网络(LSTM)的新的SGMD-SE-AVOA-LSTM 耦合模型.首先,采用SGMD和SE对历史径流数据进行预处理;再通过AVOA优化LSTM超参数;最后,将各序列的预测结果叠加重构得到月径流预测值.选取黑河流域的莺落峡水文站、乌江流域的洪家渡水电站的月径流数据进行实例验证,并与LSTM模型、AVOA-LSTM模型、EEMD-LSTM模型、SGMD-SE-LSTM模型和EEMD-AVOA-LSTM模型进行对比,结果表明:在莺落峡水文站SGMD-SE-AVOA-LSTM模型的NSE和R分别达到0.8961和0.9498,与对比模型相比,MAE 分别减少了45.26％、18.95％、26.33％、20.09％、14.07％;RMSE 分别减少了40.06％、25.74％、31.24％、19.24％、21.65％;在洪家渡水电站 SGMD-SE-AVOA-LSTM 模型的NSE和R分别达到0.7949和0.8935,与对比模型相比,MAE分别减少了39.87％、17.86％、27.61％、20.48％、13.58％;RMSE 分别减少了39.08％、29.10％、31.86％、15.11％、22.66％.因此,本文提出的模型有效加强了LSTM模型的预测精度,为月径流预测提供了一种新的耦合模型.

    月径流预测辛几何模态分解样本熵非洲秃鹫优化算法长短期记忆神经网络耦合模型黑河流域乌江流域

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    穿越活动断裂带的城市地铁隧道抗断性能及损伤状态量化指标研究

    王志岗陶连金史明刘建功...
    1772-1786页
    查看更多>>摘要：地震对于穿越活动断裂带的隧道工程的破坏是极其严重的.通过对混凝土模型损伤演化状态进行定义,并结合裂缝宽度和受拉损伤演化参数细化了混凝土受拉损伤程度分级,然后以在建的太原市城市轨道交通1号线一期工程区间隧道穿越交城断裂带为工程依托,采用ABAQUS软件建立了三维精细化模型模拟断层错动,分析了设防长度、接头位置和厚度3个关键参数对采用变截面减灾措施的地铁隧道结构的力学响应和抗断性能的影响.研究结果表明:变截面措施的使用有利于降低跨断层地铁隧道结构的整体破坏水平;采用受拉损伤状态分级评估隧道结构破坏情况可以确定破坏位置和范围;正断层错动时隧道结构易遭到受拉损伤且损伤分布范围广;合理的设防长度是有必要的,可最大限度发挥变截面措施的减灾效果;选取合适的衬砌位置和厚度,有利于降低隧道结构整体破坏程度和减小破坏范围;变截面的节段衬砌结构可以有效控制因断层错动造成的衬砌破坏范围,避免了隧道整体坍塌现象的出现,达到了提高跨断层地下结构抗震韧性的目的.

    活动断裂带隧道地震抗震抗断技术参数分析损伤评估

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    高压缩性软土一维非线性大变形固结分析

    黄建华江式杰王恒
    1787-1800页
    查看更多>>摘要：固结理论揭示土体变形随时间的变化规律,高压缩性软土固结特性与压缩和渗透非线性直接相关,而当前大应变固结理论没有充分考虑低应力起始的材料非线性对软土固结特性影响.基于软土孔隙比-有效应力关系曲线的数学表达式和考虑液限影响的软土渗透系数-孔隙比数学表达式,提出以孔隙水压力为变量的一维非线性大变形固结控制方程,采用Crank-Nicolson差分法求解孔隙水压力、沉降固结度和孔压固结度,通过与已有孔隙水压力解析解和实测数据成果对比,验证了孔隙水压力差分解的有效性,并进一步探究初始孔隙比和液限孔隙比对高压缩性软土沉降固结度和孔压固结度的影响特性.研究结果表明,当初始孔隙比为定值时,随着液限孔隙比增加,超静孔隙水压力消散越慢,固结时间增加;当液限孔隙比为定值时,随着初始孔隙比的增加,超静孔隙水压力消散加快,固结时间缩短.

    软土材料非线性大变形固结差分解固结度初始孔隙比液限

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    考虑胶结作用的断层泥力学特性与本构表征

    李泽豫周鸣亮黄宏伟仝跃...
    1801-1819页
    查看更多>>摘要：考虑胶结的断层泥力学特性研究与本构表征对我国岩石隧道建设安全具有重要意义.通过扫描电子显微镜(SEM)微观镜下扫描和X射线衍射(XRD)矿物分析试验,详细探究了云南大黑山隧道断层泥的胶结细观结构与矿物组分.开展固结排水三轴剪切试验,得到了断层泥在不同含水率、黏土含量、围压等条件下的应力-应变曲线特征,深入剖析了断层泥胶结在地下水软化与剪切变形时的解离机理,阐明了断层泥的胶结作用显著影响断层破碎岩体的变形与力学行为.根据试验结果,并基于黏性土的临界状态本构框架,引入了胶结度参数表征断层泥中胶结物质强化作用及胶结弱化的软化现象,建立了考虑胶结作用的断层泥临界状态本构模型.通过UMAT子程序将本构模型编译嵌入ABAQUS数值软件中,构建了三轴试验数值模型,与室内三轴试验曲线进行拟合对比,提出的本构模型可较好模拟断层泥在胶结弱化过程中的水理软化与体积屈服行为,为准确表征工程扰动下断层泥力学行为提供了理论框架.

    断层泥本构模型含水率黏土矿物胶结度水理软化体积屈服

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    《应用基础与工程科学学报》征稿简则

    封3页
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