冻土瞬态温度场的分布式光纤监测方法及应用

基于拉曼光时域反射计(ROTDR)技术,提出了冻土瞬态温度场的分布式光纤监测方法。应用该方法对初始含水率分别为20%,40%与60%的下蜀土试样在一个冻融循环内的瞬态温度场进行了实时监测;获得了监测数据的时空矩阵;提取出未冻土、正冻土、正融土与融土瞬态温度场的多项形态分布,包括局部形态分布、负温边界形态分布、既定位置形态分布以及既定时刻形态分布等;识别出环境负温骤升行为对冻土瞬态温度场形态分布的扰动特征;表明了传感光纤护套对其温度响应具有延迟效应。试验结果还表明:正冻土温度变化速率与其初始含水率间存在反相关性,而正融土温度变化速率与其初始含水率间无单调相关性。     

重塑砂质含气沉积物的声响应特性与模型预测分析

海洋沉积物中气泡的存在对沉积物的声学特性有显著影响。为实现在实验室内对不同初始应力条件下含气沉积物的声学特性测量,研制了一套可用于土工三轴仪的双探针声学测量系统,基于CT扫描试验获得重塑含气砂样品中气泡群的尺寸分布,确定其共振频率范围。试验结果表明:细砂沉积物声速随气体含量的增加呈指数型降低,衰减系数随气体含量的增加呈指数递增,初始应力的增加会导致沉积物声速变快,声衰减变小。沉积物中气体含量0%～1.18%,测量频率250 kHz,有效围压100 kPa时,声速为1745～976 m/s,衰减系数为57～224 dB/m;有效围压200 kPa时,声速为1773～1011 m/s,衰减系数为41～192 dB/m。利用已建立的含气沉积物声学模型对试验结果进行预测对比,分析表明含气沉积物的声学模型除需考虑气泡的赋存状态和声波在沉积物固、液、气中的界面反射外,还需考虑沉积物所处的原位应力条件。     

北京砂卵石地层渗流条件下多排管局部冻结水平板成形规律研究

地铁暗挖车站盆形冻结由盆壁和盆底两部分组成闭合的止水空间,其中盆底可采用多排管局部冻结(板梳冻结)的方式。基于物理模型试验建立了板梳冻结的数值模型,所建模型能够有效反映物理模型试验的结果并再现冻结形态发展,二者共同揭示了渗流条件下板梳冻结的成形和温度场时空发展规律。研究发现:(1)渗流条件下,板梳冻结成型经历3个阶段,初始阶段冻土柱沿顺水流方向发展;第2阶段背水面最后一排冻结管冻土柱在垂直水流方向交圈;最后阶段冻结区域由背水面向迎水面逆向发展形成水平冻结板。渗流条件下的迎水面绕流造成前两排冻结管端部出现冻结凹槽,使得冻结板有效厚度有所损失。(2)在达到冻结稳定状态时,主体冻结区域的温度场在顺水流竖向剖面上的表现为水滴形态,低温部分以中部冻结管为中心呈对称分布;垂直水流竖向剖面上以中间行冻结管为中心对称分布,温度自核心低温区域向四周逐步升高;在冻结板厚度方向上中部温度比端部温度低。     

谈消声室设计

消声室是供空气声学研究与测试使用的试验室。消声室的建立近似于重现了一个无限扩展空间研究室的作用,在消声室的室内可以进行需要自由声场的任何试验和测定,声音可不受界面的反射及干扰,毫不约束地向各个方向自由传播。消声室的使用范围遍及于声学、建筑声学、噪声控制、语言声学、生理声学以及声波在空气中传播现象等基本规律的研究。当前,国     

桥梁钻孔灌注桩施工中高温冻土地基温度场动态监测与研究

通过对钻孔灌注桩地基温度变化进程进行为期 1 a 的监测,掌握了施工扰动下高温冻土地基温度场的变化规律。研究结果表明,采用冲击钻成孔工艺的混凝土灌注桩施工,对地基温度场的热扰动较大;寒季大气降温仅对浅层地基具有直接冷冻作用,而发生在深层自下而上冻结过程和桩侧土体由外向内的冻结过程却十分缓慢,温度降低幅度有限。高温多年冻土地段钻孔灌注桩群桩基础周围土体的温度,在有限的施工期内不能回冻到初始温度状况。     

声学层析成像传感器布局设计

声学传感器阵列设计的合理性直接影响声学层析成像系统对温度场重建质量。本文对声学传感器阵列的数量、布局等参数进行设计,利用计算机对不同结构下的传感器阵列进行仿真,比较了几种模型温度场的重建结果,初步确定了传感器阵列各参数的最优值。通过对声学传感器阵列的仿真设计,提高了声学层析成像系统的性能,据此参数设计的声学传感器阵列获得了较高的温度场重建精度。     

不可逆制冷机全局稳定性分析

本文分析了不可逆制冷机在给定制冷量R和最小输入功率P时的全局稳定性。利用微分方程建立不可逆制冷机模型。利用Lyapunov稳态理论构造Lyapunov函数,证明系统的全局渐进稳定性,并绘制稳态相图分析系统的全局稳态特性。分析了初始扰动和运行参数对全局稳态特性的影响。另外,用数值积分进一步证实了系统的稳态特性。最后,分析了系统的全局稳态特性和热力学特性。     

初始应力对应力波传播及块体运动规律影响研究

 借助理论模型和试验测试结果分析初始应力对岩石弹性波速的影响,运用数值模拟手段对比研究爆炸扰动作用下不同初始应力时的应力波形状,包括质点应力、位移和速度,得到初始应力对应力波传播影响的一般规律。建立构造块体在爆炸扰动下的运动模型,通过对模型的计算和分析,研究不同初始应力下单个块体的相对位移。研究结果表明：(1) 在低初始应力下,岩石中的弹性波速随压力增大而迅速增大,增大的梯度在低应力下较高,在高应力下趋于一常数值;(2) 当初始应力增大时,相同距离处的峰值径向应力和峰值位移会降低,而且衰减较快,波形变窄;(3) 块体间的相对位移与初始应力的大小成反比。     

海洋声学环境下水中声源的时延估计法定位精度分析

水中声源的定位精度受到海洋声学环境的重要影响。结合海上试验的实际应用,分析了水下观测平台采用时延估计法对声源的定位精度问题。根据理论分析,计算了时延估计误差、海洋中声速不均匀、平台非稳性、及声传播起伏等因素引起的俯仰角和方位角误差。利用误差传递公式,获得了上述因素引起的不同平台深度下,不同距离声源的定位误差。比较了采用平面阵与立体阵、是否补偿声线弯曲效应等条件下定位误差的变化,并通过海上试验结果进行了部分验证。研究结果表明,海洋声速不均匀对定位误差的贡献最大。采用立体阵代替平面阵、测量海洋声速剖面并补偿声线弯曲引起的定位误差,在1000m距离上可使定位相对误差从最大30%降低到约10%,有效提高了较远距离上的定位精度。研究结果对于采取措施提高水中声源的定位精度有指导意义。     

一种考虑声线弯曲的温度场重建算法

声波在非均匀温度场中传播时会由于声波的折射而产生声线弯曲现象。为提高非均匀温度场声学CT(Computer Tomography)重建精度,提出一种考虑声线弯曲的重建算法。首先用最小二乘法获得一个不考虑声线弯曲的重建温度场,然后用打靶-插值法确定本征声线出射角,用三角形前向展开法追踪声线,获得此温度场中声波发射/接收器间的本征声线,建立本征声线上声波传播时间与温度分布间的关系,进而实现考虑声线弯曲的最小二乘法温度场重建。单峰、双峰温度场仿真重建结果表明:所采用的本征声线追踪法计算简单运行速度快;考虑声线弯曲后,可明显提高温度场重建精度。因此所提重建算法能更好地适应实际温度场重建需求。