A multiscale work-analysis approach for geotechnical structures     

Hao Xiong  Zhen-Yu Yin  François Nicot 《国际地质力学数值与分析法杂志》2019,43(6):1230-1250

This paper presents a second-order work analysis in application to geotechnical problems by using a novel effective multiscale approach. To abandon complicated equations involved in conventional phenomenological models, this multiscale approach employs a micromechanically-based formulation, in which only four parameters are involved. The multiscale approach makes it possible a coupling of the finite element method (FEM) and the micromechanically-based model. The FEM is used to solve the boundary value problem (BVP) while the micromechanically-based model is utilized at the Gauss point of the FEM. Then, the multiscale approach is used to simulate a three-dimensional triaxial test and a plain-strain footing. On the basis of the simulations, material instabilities are analyzed at both mesoscale and global scale. The second-order work criterion is then used to analyze the numerical results. It opens a road to interpret and understand the micromechanisms hiding behind the occurrence of failure in geotechnical issues.  相似文献   

一次自上向下发展的高原涡的多尺度动力学分析     

容逸能  马继望  李瑶婷  梁湘三 《气象科学进展》2021,(1)

高原涡作为经常给我国带来暴雨等灾害的天气系统,其形成一般认为是通过感热和潜热自下而上激发的,然而,2013年5月下旬发生的一次引发其下游灾害性强降水的高原涡却是由对流层高层天气尺度低涡诱发的。为此,基于新发展的多尺度子空间变换和多尺度能量涡度方法以及ERA5再分析资料对其动力学过程进行了详尽的探讨,先将原始场重构到三个尺度子空间,即背景环流尺度子空间、天气尺度子空间和高频尺度子空间,重构场上首次显示此次过程生成于青藏高原西北侧,其成因为对流层高层基本气流尺度向天气尺度的跨尺度动能正则传输,即正压失稳,并且表现为从高层向下。在发展阶段,其能量最终来源为基本气流向天气尺度的有效位能传输和非绝热加热,然而这些过程只发生于涡旋低层的西侧。进一步分析发现,天气尺度内存在一个能量再分配“路径”:首先,低层西侧获得的有效位能转换为动能,西侧垂直的气压梯度力做功将低层获得动能向高层分配;在高层,水平的气压梯度力做功进而将西侧获得的动能向东侧分配;东侧垂直的气压梯度力做功再将动能向低层分配;至此,低层西侧获得的能量被分配到整个涡旋空间中,使得涡旋能够均匀发展。  相似文献   

基于街景图像的厦门本岛环境特征对住宅价格的影响研究     

郭金函  马子迎  边经卫  江楚钶 《地球信息科学学报》2022,24(11):2128-2140

住宅价格的空间分异是城市空间资源配置不均衡的外在表现,理解住宅价格的主导影响因素及其空间分异特征对于住区规划及房价调控政策的制定具有重要意义。既有研究较少考虑环境品质对住宅价格的影响和影响因素的作用尺度差异,针对以上问题,本文引入街景图像,在特征价格模型的基础上拓展环境特征,构建多尺度地理加权回归（MGWR）模型,研究环境特征对住宅价格的影响效用,并通过分析其他控制变量的系数空间格局,总结各变量的空间分异特征规律。主要结论为：① 街景图像测度的环境特征更符合人们对居住环境的真实感知,研究结论可为居住环境品质提升提供更加精细化的设计策略; MGWR模型对变量的空间分异现象具有更接近于真实值的拟合效果,可描述不同变量的作用尺度差异,这有助于为特定地区制定针对性规划策略。② 厦门本岛住宅价格呈现显著的聚类特征,并沿城市核心发展轴呈“带状”结构分布。③ 3个环境特征变量对于住宅价格均为显著的正向影响,且作用接近全局尺度,街景绿视率的影响最强,其次是天空开敞度和相对步行指数。④ 总结各变量的系数空间分异规律,发现不同特征地区住宅价格的主导影响因素不同,核心地区主要受交通、教育因素的影响;老城地区主要为环境品质、建筑质量因素;新城地区则为区位、生活设施因素。  相似文献   

冬季北半球风暴轴的多尺度能量变化特征及其可能机制     

李欣  朱伟军 《气象科学》2019,39(2):143-152

基于1971—2016年NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料及NCPC(美国国家海洋和大气管理局气候预报中心)的海温、大气环流及海洋指数等资料通过多尺度能量分析(MS-EVA)等方法,把冬季北半球风暴轴看做一整体,分析了风暴轴区域多尺度的能量变化特征及其可能机制。主要结论概括如下:(1)多年气候平均状态下,风暴轴的动能来源主要表现为在风暴轴中上游先由低频尺度向天气尺度输送有效位能,随后在风暴轴主体区再由天气尺度有效位能转换为天气尺度动能,其中风暴轴西端可直接由低频尺度向天气尺度输送动能。(2)北半球三大风暴轴联合EOF结果表明:第一模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴与北太平洋风暴轴强度的减弱(增强),同时伴随着北大西洋风暴轴位置北抬(南压);第二模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴强度减弱(增强),同时北太平洋风暴轴位置北抬(南压)中东部强度增强(减弱),而北大西洋风暴轴位置南压(北抬)。(3)回归分析表明:北半球风暴轴异常在不同模态下与低频尺度环流联系密切。低频尺度波动可通过海温及西风急流等异常变化先影响风暴轴区域多尺度间的能量转换,进而影响风暴轴整体的异常变化。  相似文献   

Granular element method for three‐dimensional discrete element calculations     

Keng‐Wit Lim  José E. Andrade 《国际地质力学数值与分析法杂志》2014,38(2):167-188

This paper endows the recently‐proposed granular element method (GEM) with the ability to perform 3D discrete element calculations. By using non‐uniform rational B‐Splines to accurately represent complex grain geometries, we proposed an alternative approach to clustering‐based and polyhedra‐based discrete element methods whereby the need for complicated and ad hoc approaches to construct 3D grain geometries is entirely bypassed. We demonstrate the ability of GEM in capturing arbitrary‐shaped 3D grains with great ease, flexibility, and without excessive geometric information. Furthermore, the applicability of GEM is enhanced by its tight integration with existing non‐uniform rational B‐Splines modeling tools and ability to provide a seamless transition from binary images of real grain shapes (e.g., from 3D X‐ray CT) to modeling and discrete mechanics computations.Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

Micromechanical approach to swelling behavior of capillary-porous media with coupled physics     

Mahdad Eghbalian  Mehdi Pouragha  Richard Wan 《国际地质力学数值与分析法杂志》2019,43(1):353-380

A detailed multiscale analysis is presented of the swelling phenomenon in unsaturated clay-rich materials in the linear regime through homogenization. Herein, the structural complexity of the material is formulated as a three-scale, triple porosity medium within which microstructural information is transmitted across the various scales, leading ultimately to an enriched stress-deformation relation at the macroscopic scale. As a side note, such derived relationship leads to a tensorial stress partitioning that is reminiscent of a Terzaghi-like effective stress measure. Otherwise, a major result that stands out from previous works is the explicit expression of swelling stress and capillary stress in terms of micromechanical interactions at the very fine scale down to the clay platelet level, along with capillary stress emerging due to interactions between fluid phases at the different scales, including surface tension, pore size, and morphology. More importantly, the swelling stress is correlated with the disjoining forces due to electrochemical effects of charged ions on clay minerals and van der Waals forces at the nanoscale. The resulting analytical expressions also elucidate the role of the various physics in the deformational behavior of clayey material. Finally, the capability of the proposed formulation in capturing salient behaviors of unsaturated expansive clays is illustrated through some numerical examples.  相似文献   

因子克里格分析支持的重金属元素空间多尺度变化特征——以北部湾东北部海域为例   总被引：1，自引：0，他引：1  

赵建如  初凤友  金翔龙  吴清松  杨克红  葛倩  金路 《海洋学报(英文版)》2015,34(12):137-146

将因子克里格分析方法应用于海底沉积物重金属元素空间多尺度变化的研究中,分析了北部湾东北部表层沉积物中7种重金属元素,Ni、Cu、Zn、Pb、Cr、As和Cd的空间多尺度结构特征,识别并分离了重金属元素不同尺度的空间变化,并探讨了各个尺度上重金属的物源及控制因素。结果显示,研究区重金属存在块金效应、变程为30km的球状结构(短变程尺度)和变程为140km的球状结构(长变程尺度)等三种尺度的空间结构,并拟合了研究区7种重金属元素的线性协同区域化模型。短变程尺度上,7种重金属元素的空间分布表现为"点状"或"条带状"的局部尺度的空间变化特征;长变程尺度上,7种重金属元素的空间分布反映出"片状"的区域尺度的空间变化特征。局部尺度上,Zn、Cr、Ni、Cu、Pb和Cd等元素主要源于海南岛、雷州半岛、广西大陆等陆地母岩物质,其空间分布特征受到了沉积物粒度的控制作用;而As主要受到海南岛、雷州半岛的人为污染成分的影响。区域尺度上,Zn、Cr、Ni和Cu主要来源于雷州半岛、海南岛的母岩物质,其次为广西大陆;As主要来源于海南岛的母岩物质,其次为雷州半岛、广西大陆。这些重金属元素在北部湾终年逆时针大环流的控制下,进行搬运、迁移并沉积在"汇聚中心",形成了研究区重金属元素区域尺度上NWW-NNW向的分布格局;而As不同于其他元素的亲陆的NNW向分布特征,主要源于其不同的地球化学行为。  相似文献   

A multiscale finite element formulation for axisymmetric elastoplasticity with volumetric locking     

Kaiming Xia  Kenn K. Q. Zhang 《国际地质力学数值与分析法杂志》2010,34(10):1076-1100

Similar to plane strain, axisymmetric stress problem is also highly kinematics constrained. Standard displacement‐based finite element exhibits volumetric locking issue in simulating nearly/fully incompressible material or isochoric plasticity under axisymmetric loading conditions, which severely underestimates the deformation and overestimates the bearing capacity for structural/geotechnical engineering problems. The aim of this paper is to apply variational multiscale method to produce a stabilized mixed displacement–pressure formulation, which can effectively alleviate the volumetric locking issue for axisymmetric stress problem. Both nearly incompressible elasticity and isochoric J₂ elastoplasticity are investigated. First‐order 3‐node triangular and 4‐node quadrilateral elements are tested for locking issues. Several representative simulations are provided to demonstrate the performance of the linear elements, which include the convergence study and comparison with closed‐form solutions. A comparative study with pressure Laplacian stabilized formulation is also presented. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

地震立体层析成像的实现方法及效果分析     

金昌昆  张建中 《CT理论与应用研究》2014,(6):939-950

立体层析成像是一种新的地震反射波层析成像方法,能为叠前深度偏移提供较为精确的宏观速度模型。本文研究了立体层析成像的实现方法,包括斜率与走时数据的拾取、离散速度模型构建和初始化、射线参数的确定、斜率和走时及射线计算以及反演问题解法等,建立立体层析成像的算法流程。并通过对Marmousi模型试验,对立体层析成像运行所需的主要参数,如初始速度模型、拾取数据量、离散网格尺寸、速度平滑权重等进行测试和分析,总结这些不同参数对立体层析反演结果的影响规律,用以指导生产实践。  相似文献   

面向对象的多特征分级CVA遥感影像变化检测   总被引：1，自引：0，他引：1  

赵敏  赵银娣 《遥感学报》2018,22(1):119-131

变化矢量分析CVA方法在中低分辨率遥感影像变化检测中已得到广泛应用,但由于高分辨率遥感影像存在不同地物尺度差异大、不同类别地物光谱相互重叠的问题,因此对于高分影像的变化检测具有局限性。为提高高分影像变化检测精度,提出了一种面向对象的多特征分级CVA变化检测方法,首先,利用基于区域邻接图的影像分割方法分别对两时相遥感影像进行多尺度分割,提取分割图斑的光谱、纹理和形状特征;然后,在各级尺度下,分别运用随机森林方法进行特征选择,计算CVA变化强度图;最后,根据信息熵对多级变化强度图进行自适应融合,利用Otsu阈值法检测变化区域,并与仅考虑光谱特征的分级CVA变化检测方法、像元级多特征CVA变化检测方法以及仅考虑光谱特征的像元级CVA变化检测方法进行比较分析。实验表明:与比较方法相比,本文方法的变化检测精度较高,误检率和漏检率较低。  相似文献