堤坝管涌隐患瞬变电磁法探测模拟研究

堤坝管涌隐患空间位置的确定是工程技术的难题,管涌隐患未能及时查明及处理将严重影响坝基寿命、造成人员伤亡、财产损失等。本文利用瞬变电磁快速检测技术对室内堤坝管涌隐患进行了模拟实验,结果表明,该探测手段对堤坝管涌隐患位置、空间范围等确定较为方便,且效果明显,可为水库坝基修护加固提供较为可靠的技术参数。     

电阻率法在区分堤坝隐患中的作用

在明确堤坝介质所具有地球物理前提的基础上,利用电阻率法区分堤坝中不同性质的隐患,确定引起堤坝渗漏的地质原因和坝体内隐患的存在部位,通常隐患处介质和非隐患处介质电性差异不大,为提高电阻率法的探测效果,采用反射系数Ｋ法对ρ资料进行解释,能进一步提高堤坝隐患探测的分辨能力,为堤坝隐患的治理提供可靠的地质依据,从而开拓了电阻率法的应用领域,为防洪减灾提供科学依据。     

基于有限单元法的堤坝管涌拟流场分析及试验

为了深入探究拟流场的电流密度响应特征,更好地服务于病险水库隐患探测和汛期堤坝查险,从分析有限元理论开始,建立不同渗漏通道模型,计算其拟流场电位进而获得电流密度的主要特征,分析不同模型对电流密度的影响。结果表明,电流密度不同分量在渗漏处附近均出现异常特征,在渗漏区域附近,电流密度x分量出现双极性异常,电流密度y分量出现单极值异常,电流密度z分量出现方向相反的异常情况,变化幅度较大。因此,为了更方便、有效地寻找渗漏通道,本文提出应当在水域底部布置若干条沿垂直于堤坝走向的测线测量电流密度z分量,通过分析电流密度z分量异常响应找到疑似渗漏点,为汛期堤防渗漏的快速排查提供理论指导。并实际应用于深圳某水库的堤防渗漏检测,圈定疑似渗漏入水口区域,经过工程验证,证实其为渗漏入水口。     

人眼安全激光测距系统误差分析

通过对晴朗、轻雾和白磷烟雾3种条件下激光测距机实际任务数据进行对比,分析大气扰动中质量消光系数和模糊物衰减中测距概率等参数对测距精度的影响,得出大气扰动和模糊物衰减与测距概率之间的关系公式,提出采用发射多脉冲提高探测概率和增加测距脉冲频率提高信噪比(Signal to noise ratio,SNR)的改进措施,为提高激光测距机性能提供了理论依据。     

EH4电磁成像系统在水库大坝隐患探测中的应用

对水利设施的现状进行检测,查明隐患及其存在部位,为水利工程设施的整治和修复方案的制定提供可靠的依据,是现代地球物理方法发挥作用的一个广阔领域.本文介绍了EH4电磁成像系统的原理、特点及在云南东风水库坝体隐患探测中的实际应用,说明该方法可以对坝体渗漏位置、断裂及破碎等地质构造进行有效探测.     

一种小平台剖面声呐的设计与实现

堤坝内部管涌、裂缝、空洞等安全隐患的检测是长期以来困扰水利部门的技术难题.针对水下堤坝安全检测,提出并设计实现了适合水下机器人等小平台为载体的高分辨率剖面声呐,系统采用大功率宽带水声发射机,产生线性调频脉冲,可以在信号发射后连续获取被测堤坝内部的回波信号,并通过DSP构成的水下信息处理单元进行实时相关信号处理,从而可获得坝体内介质不连续的信息.信号处理后的数据通过光纤传至水上单元,由PC机进行堤坝内部剖面图像的重建及显示.通过水池和外场水库试验,取得了良好的效果,验证了系统技术路线的可行性和性能的稳健性.该系统是为堤坝安全检测而设计,但是在海洋资源勘探和地质沉积层探测等领域同样具有广泛的应用价值.     

瞬变电磁法探测盲区深度减少和探测深度增加技术

为解决瞬变电磁法在井下探测时存在探测盲区和探测深度受限等问题,根据瞬变电磁法工作原理,对瞬变电磁法盲区深度减少技术和探测深度增加技术进行研究。在早期信号的基础上,根据最小二乘法原理,将感应电位的衰减曲线借助Matlab工具进行拟合,并在YCS40(A)的软件处理中进行叠加,经4次拟合后,结果较为理想,可减少盲区深度至18 m;通过对瞬变电磁仪线圈边长大小、发射频率和深度系数的对比分析发现,采用2 m发射线圈,通以大电流,调节最低发射频率,提高时深转换系数,可增加TEM探测深度。研究结果可指导井下瞬变电磁法的应用,对确保煤矿企业安全生产具有重要意义。     

核磁共振找水仪发射机主回路的设计与仿真

为保证核磁共振找水仪的发射机主回路发射大功率电流,加大探测地下淡水资源的深度,针对发射机主回路在运行中产生的瞬态电压和浪涌电流问题,对几种典型缓冲电路进行了分析与计算。通过仿真实验,确定了发射机主回路的缓冲电路和快速关断电路关键器件的最佳参数。使IGBT（Isolation Gate Bipolar Transistor）的C、E两端瞬态电压尖峰降低了150V,IGBT的电流不超过发射机所能发射的最大电流（最高电流为400A）。从而保证了IGBT的C、E两端电压平稳;保证大功率电流可靠、有效地发射。     

基于状态空间实现的EDS频率与时延联合估计

针对指数衰减正弦信号（EDS）模型提出了状态空间实现的频率、衰减因子及时延联合估计方法.在此方法中,得到了一个状态过渡矩阵和观测矩阵,频率和衰减因子估计由状态过渡矩阵的特征值获得,时延由观测矩阵和估计的频率和衰减因子得到,结果具有闭式解,不需要搜索计算.由于状态空间方法具有对模型误差不敏感的优点,因而具有更好的数值稳定性.仿真实验表明在一定信噪比的情况下,该方法性能接近相应的CRLB下界.     

基于状态空间实现的EDS频率与时延联合估计

针对指数衰减正弦信号(EDS)模型提出了状态空间实现的频率、衰减因子及时延联合估计方法.在此方法中,得到了一个状态过渡矩阵和观测矩阵,频率和衰减因子估计由状态过渡矩阵的特征值获得,时延由观测矩阵和估计的频率和衰减因子得到,结果具有闭式解,不需要搜索计算.由于状态空间方法具有对模型误差不敏感的优点,因而具有更好的数值稳定性.仿真实验表明在一定信噪比的情况下,该方法性能接近相应的CRLB下界.     

数字化B超中的频率补偿滤波

超声在组织中的传播会随着频率和深度的不同产生不同的衰减。该文在建立超声回波信号的数学模型基础上设计了一种补偿频率衰减的滤波器,有效补偿了超声信号在传播过程中由于频率升高、深度增加而变大的吸收衰减。并且将频域运算移植到时域进行,从而避免了大计算量的时频变换。同时融入动态滤波技术,根据不同深度选择了不同的通带范围,有效地保证了信号的信噪比。     

基于分布式光纤传感器的管涌监测系统

针对水利工程输水堤坝管涌难以实时监测的问题,结合分布式光纤传感器应变检测灵敏度高及FPGA并行运算快的特点,设计了基于光纤全分布式传感器与FPGA数字解调算法的堤坝管涌实时探测系统。首先利用双Mach-Zehnder干涉组成的光纤全分布式传感应变检测系统感知管涌导致的应变,之后通过计算由应变导致的调制信号到达两光电探测器的时间差确定管涌渗漏点。系统采用频率分选机制在信号调理电路实现信号筛选,评定渗漏程度,由FPGA实现数据采集、滤波、存储及解调,有效缩短了解调时间及定位误差。结果表明,系统可对2公里范围内的管涌渗漏事件进行有效定位报警,定位误差在±8m以内。     

电极排列方式对堤防隐患的地电响应特征研究

高密度电阻率法不同的电极排列方式对于同一隐患类型的地电响应特征不同,探究各排列方式对于特定隐患类型的地电反应特征是提高探测效果的重要环节。为研究高密度电法不同电极排列方式对堤防常见隐患类型的地电反应特征,通过构建数值模型,对于空气空洞、含水空洞和裂缝3种堤防常见隐患类型进行正演分析,研究了不同装置类型对常见隐患类型的地电反应特征;结合反演计算结果分析了不同装置类型对常见隐患类型的灵敏度和分辨率。结果表明,三种电极排列方式对于土体空气空洞和充水空洞探测效果整体较好,对于裂缝的探测深度不足;对于横向排列的隐患区的探测效果,探测分辨率随着两隐患区间距的增大而增大;对于竖向排列的两个隐患区则无法区分隐患数量。针对不同隐患的地电特征,结合实际工程进行了解译,提高了解译分辨率。     

电子回旋波控制托卡马克中电流分布的研究

利用电子回旋波电流驱动定域性好的特点,在数值上研究了电子回旋波对托卡马克中电流分布的控制．结果表明：电子回旋波频率、功率和波发射角度对电流分布起重要作用,优化计算得到了一组波参数．在此波参数下可以有效地驱动等离子体中心电流,并使之满足等离子体平衡电流的分布形式．     

基于邻近频点插值混合扩频信号多普勒频偏估计算法

针对直扩/跳扩混合扩频信号捕获算法中,要降低多普勒频率估计误差,但运算资源有限的问题进行了研究.采用一种基于插值预测的频率估计算法,利用不同频点之上的相关值进行多普勒频偏估计,以较低的计算量为代价,减小多普勒频率误差.在不同信噪比环境与不同接收信号多普勒频率下,对多普勒频率检测精度进行仿真.经过测试表明,该算法在信噪比不低于-23 dB时,对于直扩/跳扩混合扩频系统的多普勒频率估计误差的平均值小于20 Hz,且具有更加稳定的均方根误差,可以做到在不需要较多改变硬件的情况下,通过后期计算即可提高多普勒频率估计的精度.     

高电压环境下大功率电源设备信号传输系统

大功率电源设备在高电压环境下运行时,由于空间中存在着较强的电磁干扰,严重影响电源设备的稳定控制和安全运行。为了提高信号在干扰下的可靠传输能力,提出一种以光纤为传输媒介,通过电压频率变换实现电信号的光脉冲传输系统架构,光脉冲序列较好的抗干扰性和较低的衰减度保证了该传输系统的可靠性。文中对系统结构和电路原理做了详细说明,给出了计算流程并进行了实验测试,输入信号频率响应达1 k Hz。应用结果表明,该系统能够在60 k V高压环境下可靠工作,提高了电源信号在传输过程中的抗干扰能力。     

低噪声光电检测电路的设计和噪声估算

论述了低噪声光电检测电路的设计及相关问题,指出光电检测电路要求具有较高的信噪比,在较宽的频带范围无频率失真,信号具有较大的传输功率;低噪声前置放大器的选择应与源阻抗相适应,对于内阻约为几十kΩ至上百kΩ的硅光电失探测器,可采用高性能场效应管作前置放大器;考虑到光电二极管具有恒流源特性及内阻在的特点,为了获得较大的信号幅度,光电转换需要把高阻抗的电流源变成低阻抗的电压源,然后再与负载相连。分析了频带与噪声电压的关系,计算了光电探测器的噪声电压和噪声电流以及它们在放大器输出形成的噪声电压,并对光电转换的信噪比进行了计算。基于低噪声光电探测电路的设计的光纤电压压感器可获得0．2％的电压测量精度,并满足暂态信号的测量要求。     

某城市地铁沿线填充屏障的隔振预测

建立适合某城市地铁参数的车轨垂向耦合数值模型以获得振源加速度,通过适合某城市典型场地条件的隧道-土体有限元模型,在振源与控制区间设置不同参数的填充屏障对隔振效果进行预测分析。结果表明:波阻抗比为填充材料影响的主要因素,当波阻抗比越靠近1,隔振效果越差;针对该城市典型场地条件,刚性填充屏障的有效隔振频段为10~20 Hz,而柔性填充材料的有效隔振频段为40 Hz以上,且在25~40 Hz间除个别频率点外也有较好的隔振效果;6 m内填充屏障的深度增加,隔振效果显著增大,而填充屏障的宽度却无明显影响;刚性填充屏障与振源的设置距离宜大于振源埋深,只适合被动隔振,柔性填充屏障更适合主动隔振。     

大断面铁路交叉隧道爆破动力响应研究

依托新建京张草帽山隧道小净距下穿既有铁路隧道工程,基于有限差分法建立三维仿真模型,对大断面铁路交叉隧道爆破荷载作用下既有隧道衬砌振速分布规律及位移特征开展研究.数值计算结果表明:既有隧道衬砌振速自交叉点断面沿隧道轴向逐渐衰减,监测断面与交叉点断面距离超过0.5D时振速衰减速率显著加快,随着监测断面与交叉点断面距离的继续增加,衰减速率逐渐放缓;随着掌子面向交叉点推进,交叉断面衬砌振速最大点逐渐从边墙转移到隧底,同时迎爆侧与背爆侧振速相差倍数不断扩大.基于现场振动监测数据,研究交叉隧道爆破振动频谱特征,发现爆破振动频率主要分布于10～110 Hz的中低频段,在10～30Hz、40～80Hz范围内能量较为集中.     

基于非平稳随机场的水泥土堤坝边坡可靠度分析

采用水泥固化疏浚淤泥作为堤坝填料往往会使堤坝土体参数具有较高的变异性;同时,在水泥土堤坝填筑过程中,通常设置水平排水板加速土体排水固结,这使得主固结完成后水泥土强度随排水板位置呈现一定空间变化趋势,通常的平稳或准平稳随机场模型很难表征这一趋势。为此,提出一种不排水抗剪强度垂直排水板方向衰减的非平稳随机场模型,并以水泥土堤坝边坡为例,结合强度折减法和蒙特卡洛模拟,对比提出的非平稳随机场模型和传统平稳随机场模型、深度趋势非平稳随机场模型对边坡安全系数和滑动面分布的影响,讨论模型中趋势参数对可靠度的影响。结果表明:平稳随机场模型及深度趋势非平稳随机场模型的计算结果偏于危险,提出的非平稳随机场模型既能考虑土体不排水抗剪强度沿深度方向的趋势项与随机波动项,又能考虑其沿垂直排水板方向的衰减趋势,与现有研究符合较好。