膨脹土路基的氣候性災(zāi)害

第一章 緒論

1.1 膨脹土路基與氣候的關(guān)系

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.3 研究方法和內(nèi)容

第二章 極端氣候事件的研究聊狀

2.1 近五年世界范圍內(nèi)的極端氣候事件

2.2 近五年我國(guó)的極端天氣和氣候事件

2.3 極端氣候事件的概率研究

第三章 基于粗糙集的膨脹土分類(lèi)研究

3.1 膨脹土的黏土礦物成分及其工程性質(zhì)

3.2 粗糙集理論基本概念

3.3 膨脹土分類(lèi)指標(biāo)的重要性分析

3.4 不相容信息情況下膨脹土分類(lèi)規(guī)則的提取

3.5 不完備信息情況下膨脹土分類(lèi)規(guī)則的提取

3.6 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)

第四章 氣候?qū)ε蛎浲谅坊绊懙脑囼?yàn)研究

4.1 模型試驗(yàn)情況及氣候模擬

4.2 不同氣候下膨脹土路基含水率變化規(guī)律

4.3 不同氣候下膨脹土路基土壓力變化規(guī)律

4.4 不同氣候下膨脹土路基溫度變化規(guī)律

4.5 不同氣候下膨脹土路基脹縮變形規(guī)律

第五章 極端氣候?qū)ε蛎浲谅坊挠绊?

5.1 極端降雨對(duì)膨脹土路基的影響

5.2 極端干旱對(duì)膨脹土的影響

5.3 晴雨轉(zhuǎn)換對(duì)路基水毀的影響

第六章 極端氣候的概率模型

6.1 頻率分析法的引入

6.2 極端日降雨量的皮爾遜-Ⅲ型分布

6.3 極端日降雨量的耿貝爾分布

6.4 極值分布模型擬合優(yōu)度檢驗(yàn)

6.5 干旱及晴雨轉(zhuǎn)換模型

第七章 膨脹土路基的水毀災(zāi)害

7.1 膨脹土災(zāi)害概況及成災(zāi)特點(diǎn)

7.2 膨脹土災(zāi)害分級(jí)

7.3 膨脹土路基災(zāi)害評(píng)估

第八章 極端氣候下膨脹土路基的水毀災(zāi)害預(yù)測(cè)

8.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

8.2 粗糙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

8.3 膨脹土路基的水毀預(yù)測(cè)

參考文獻(xiàn)2100433B

本書(shū)在分析了氣候?qū)ε蛎浲谅坊畾в绊懙幕A(chǔ)上，應(yīng)用通過(guò)大型模型試驗(yàn)探究得到的不同氣候條件下膨脹土路基中含水量、土壓力、溫度、脹縮變形等的規(guī)律，系統(tǒng)地將粗糙集理論引入膨脹土脹縮等級(jí)分類(lèi)及膨脹土路基水毀災(zāi)害預(yù)測(cè)，并全面解決了應(yīng)用中的系列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，建立了極端氣候條件下膨脹土路基水毀預(yù)測(cè)模型并很好地處理了網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)和仿真中存在的問(wèn)題，根據(jù)災(zāi)害學(xué)原理對(duì)膨脹土路基的水毀屬性特征、等級(jí)劃分和災(zāi)害特征進(jìn)行了分析。本書(shū)可供從事膨脹土路基及其災(zāi)害研究的科技、教學(xué)和勘察設(shè)計(jì)人員參考，也可供從事極端氣候條件下災(zāi)害預(yù)測(cè)研究的人員參考，同時(shí)可作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生的參考用書(shū)。

氣候?yàn)?zāi)害主要包括以下幾種 ：

(1)低溫冷害。指農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，實(shí)際氣溫比所要求的氣溫偏低(一般在0℃以上)，引起作物生理機(jī)能破壞或生育期延遲，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的現(xiàn)象。根據(jù)發(fā)生季節(jié)以及對(duì)不同作物的影響，分為3種：春季低溫冷害，多發(fā)生于中國(guó)長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)，影響該地區(qū)早稻生產(chǎn);秋季低溫冷害，亦發(fā)生于上述地區(qū)，影響晚稻生產(chǎn);夏季低溫冷害，多發(fā)生于東北地區(qū)，影響該地區(qū)玉米、高粱、大豆等作物生產(chǎn)。

(2)霜凍與凍害。指溫度劇烈降低(一般<0℃)，引起農(nóng)作物或牲畜死亡的現(xiàn)象。發(fā)生于作物尚未成熟或開(kāi)始越冬及作物剛開(kāi)始生長(zhǎng)發(fā)育的初霜日及終霜日前后的凍害，稱(chēng)為霜凍。當(dāng)有霜出現(xiàn)時(shí)，稱(chēng)為白霜;無(wú)霜出現(xiàn)時(shí)，稱(chēng)為黑霜。有霜并非一定伴有霜凍。發(fā)生于冬季作物休眠期的凍害，稱(chēng)為寒凍害。

(3)干旱。指長(zhǎng)時(shí)期降水偏少，造成空氣干燥，土壤缺水，河流、水庫(kù)干涸，工農(nóng)業(yè)用水發(fā)生困難的現(xiàn)象。

(4)澇災(zāi)。指某時(shí)期降水量或融冰化雪量偏多，引起河流、湖泊、水庫(kù)水位上漲，農(nóng)田、工礦用地等受淹的現(xiàn)象。

(5)干熱風(fēng)。指一種高溫、低濕，并伴有一定風(fēng)力的災(zāi)害性天氣，對(duì)處于生長(zhǎng)發(fā)育期的農(nóng)作物影響很大。

(6)風(fēng)害。指風(fēng)力超過(guò)一定強(qiáng)度(一般大于7級(jí))所引起的破壞現(xiàn)象。如臺(tái)風(fēng)，龍卷風(fēng)，大氣中強(qiáng)烈的渦旋現(xiàn)象，空間范圍小，時(shí)間尺度短，但風(fēng)力強(qiáng)，破壞力大;雷暴大風(fēng)(颮線)，一種范圍很窄、有強(qiáng)風(fēng)并伴隨雷暴大風(fēng)的對(duì)流性天氣帶。風(fēng)沙，大量塵土沙粒被大風(fēng)卷入空中，隨風(fēng)在空中飄移，破壞地表層土壤，使空氣混濁，能見(jiàn)度急劇變壞的現(xiàn)象。

(7)冰雹。指直徑在5毫米以上的固體降水物。是一種以砸傷為主的氣候?yàn)?zāi)害， 對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生命財(cái)產(chǎn)都可造成重大損失。它局地性強(qiáng)， 季節(jié)性明顯 (多發(fā)生于夏季強(qiáng)對(duì)流云中)， 來(lái)勢(shì)急， 持續(xù)時(shí)間短， 破壞力大。

氣候?yàn)?zāi)害的發(fā)生不僅與大氣內(nèi)部過(guò)程有關(guān)，而且還與大氣外部如海洋、陸面等的熱力狀況有關(guān)。我國(guó)氣候?yàn)?zāi)害的發(fā)生主要是由于東亞氣候系統(tǒng)變化所引起的，初步歸納有如下幾個(gè)物理因子 ：

（1）ENSO循環(huán)(或稱(chēng)“恩索”循環(huán))

當(dāng)ENSO事件處于發(fā)展階段，即當(dāng)赤道東太平洋海溫處于上升階段時(shí)，該年夏季我國(guó)江淮流域降水將會(huì)偏多，可能發(fā)生洪澇災(zāi)害，而黃河流域、華北地區(qū)的降水往往偏少，易發(fā)生干旱災(zāi)害，也就是赤道中、東太平洋海溫處于下降階段時(shí)，我國(guó)淮河流域的降水往往偏少，并可能發(fā)生干旱災(zāi)害，而黃河流域、華北地區(qū)及長(zhǎng)江流域南部、華南地區(qū)的降水可能偏多，我國(guó)長(zhǎng)江流域的嚴(yán)重洪澇災(zāi)害均發(fā)生在此階段。此外，在ENSO事件成熟期，我國(guó)北方往往發(fā)生暖冬現(xiàn)象。上述20世紀(jì)長(zhǎng)江流域二三次特大洪澇災(zāi)害均發(fā)生在赤道太平洋ENSO事件的衰減期或La Nifia事件(即“拉尼娜”事件)的發(fā)展期。

（2）西太平洋暖池海水熱力異常

當(dāng)西太平洋暖池的海溫偏高時(shí)，從菲律賓周?chē)?jīng)南海到中印半島的對(duì)流活動(dòng)強(qiáng)，長(zhǎng)江中、下游地區(qū)和淮河流域的降水往往偏少；相反，當(dāng)西太平洋暖池的海溫偏低時(shí)，菲律賓周?chē)膶?duì)流活動(dòng)較弱，長(zhǎng)江中、下游地區(qū)和淮河流域的降水往往偏多。1998年夏季，整個(gè)熱帶西太平洋暖池海域的次表層海溫處于偏低狀態(tài)，因而菲律賓周?chē)膶?duì)流活動(dòng)很弱，西太平洋副熱帶高壓偏南，從而造成雨帶穩(wěn)定在長(zhǎng)江流域，使得長(zhǎng)江流域發(fā)生特大洪澇災(zāi)害。

（3）青藏高原上空的熱源異常

青藏高原冬、春雪蓋與我國(guó)長(zhǎng)江流域南部的汛期降水有明顯的正相關(guān)。即青藏高原冬、春雪蓋面積大，夏季洞庭湖、鄱陽(yáng)湖和江南地區(qū)的梅雨就強(qiáng)。1997年冬和1 998年春，青藏高原降下了歷史上罕見(jiàn)的大雪，這使得夏季洞庭湖和鄱陽(yáng)湖降水偏多，發(fā)生洪澇災(zāi)難。

（4）亞洲季風(fēng)環(huán)流異常

由于東亞氣候受東亞季風(fēng)影響很大，因此，東亞氣候的年際變化是很大的，從而造成東亞旱、澇等氣候?yàn)?zāi)害發(fā)生頻率增高，尤其在我國(guó)東部、韓國(guó)和日本表現(xiàn)更為明顯。最近許多研究表明，東亞夏季風(fēng)降水有明顯的準(zhǔn)兩年周期振蕩，特別是在江淮流域、黃河流域和華北地區(qū)表現(xiàn)得更為明顯。當(dāng)亞洲季風(fēng)偏弱時(shí)，長(zhǎng)江流域梅雨偏強(qiáng)，容易引起洪澇災(zāi)害，而華北地區(qū)則容易發(fā)生干旱災(zāi)害。1998年?yáng)|亞夏季風(fēng)偏弱，這使得長(zhǎng)江流域多雨，發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害。自20世紀(jì)紀(jì)80年代以來(lái)，由于亞洲季風(fēng)偏弱，使得華北地區(qū)發(fā)生持續(xù)干旱災(zāi)害現(xiàn)象。

（5）西太平洋副熱帶高壓異常

東亞雨帶的北移是與西太平洋副熱帶高壓的北跳有關(guān)。研究表明：我國(guó)夏季在夏季風(fēng)環(huán)流背景下，在青藏高原的影響下，在副熱帶高壓的西側(cè)與北側(cè)，季風(fēng)暴雨具有突發(fā)性與多發(fā)性，從而引起洪澇災(zāi)害。由于東亞夏季風(fēng)與西太平洋副熱帶高壓密切相關(guān)，西太平洋副熱帶高壓偏南時(shí)，我國(guó)長(zhǎng)江流域梅雨增強(qiáng)。1998年春夏，菲律賓周?chē)鷮?duì)流活動(dòng)弱，使得西太平洋副熱帶高壓位置偏南，這引起了從孟加拉灣到長(zhǎng)江流域熱帶西太平洋水汽輸送偏強(qiáng)，從而造成了這些地區(qū)嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

作為一種典型的淺表層輕型工程，膨脹土路基在正常的自然氣候條件下會(huì)對(duì)建設(shè)在其上的路基和構(gòu)筑物產(chǎn)生較大的危害。而近年來(lái)全球變暖使極端氣候頻發(fā)，修筑在膨脹土地區(qū)的路基發(fā)生水毀災(zāi)害的情況也越來(lái)越多。目前，膨脹土路基水毀災(zāi)害的研究主要集中在膨脹土地質(zhì)災(zāi)害、膨脹土脹縮脹縮機(jī)理、非飽和土力學(xué)強(qiáng)度理論及膨脹土邊坡的數(shù)值模擬等研究上。本項(xiàng)目采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，借助于目前日益發(fā)展的全球氣候系統(tǒng)模式研究極端氣候下膨脹土路基水毀損害特征和規(guī)律；把線性或非線性統(tǒng)計(jì)變換、隨機(jī)模擬、Markov鏈、粗糙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、概念格理論等智能計(jì)算技術(shù)引入到膨脹土路基水毀災(zāi)害的預(yù)測(cè)當(dāng)中。研究工作及有關(guān)成果將為膨脹土路基的地理分布與極端氣候耦合時(shí)的水毀預(yù)測(cè)提供了一種可擴(kuò)展的算法和模型，并可望應(yīng)用于極端氣候條件下的其他災(zāi)害預(yù)測(cè)。