复信号分析技术及其在地质雷达数字处理中的应用

傅立叶谱分析是地质雷达数字处理最常用的手段,但其效果还不是很理想;复信号分析技术是一项新的数字处理技术,不仅具有高精度、高分辨率、能分辨深部弱信号等优点,而且能够利用多个参数联合进行评估。在介绍了复信号分析的基本原理之后,将复信号分析技术应用到地质雷达数字处理中,首先探讨了复信号参数的解释方法,然后分别对湖底和溶洞探测实际工程的数据进行傅立叶谱分析和复信号分析。比较两种处理技术的成果显示,经复信号分析技术处理的成果明显优于傅立叶谱分析成果,不仅图像更清晰、更准确地反映了地下异常,能够分辨出湖底不同时期沉积的淤泥的分界面,较大地提高了分辨率,而且多个参数谱相互印证,提高了地质雷达图像解释的可信程度。     

高拱坝动力分析及坝肩稳定性研究

采用非线性本构模型和破坏准则,结合三维动力有限元法对江坪河高拱坝在静荷载和地震联合作用下的响应进行非线性分析。首先对拱坝自由振动的模态分析采用分块Lanczos迭代法,得到拱坝在不同水位下的自振频率和振型;然后根据规范规定的振型分解反应谱法分析大坝在地震作用下的动力响应以及对应工况下的坝体及坝肩的变形和应力发展状态、可能失稳模式。通过对地震前后大坝的应力、应变以及抗滑稳定安全系数的比较可以看出,对于复杂地质条件下的高拱坝,地震作用会进一步劣化其应力与变形状态,并加剧其失稳。     

四面体有限单元覆盖的三维数值流形方法

构造三维流形单元的覆盖函数和总体位移函数，基于最小势能原理建立四面体有限单元覆盖的三维数值流形方法分析格式，详细推导了三维流形单元的刚度矩阵、初应力矩阵、荷载矩阵、惯性矩阵、位移约束矩阵和接触矩阵，并给出了相应的公式和算例。     

Macro mechanical parameters＇ size effect of surrounding rock of Shuibuya project＇s underground power station

Scale effect is one of the important aspects in the macro mechanical parameters‘ research of rock mass, from a new point of view, by means of lab and field rock mechanics test, establishment of E-Vp relation, classification of engineering rock mass, numerical simulation test and back analysis based on surrounding rock‘s displacement monitoring results of Shuibuya Project‘s underground power station, rock mass deformation module‘s size effect of surrounding rock of Shuibuya Project‘s undegroud power station was studied. It‘s shown that rock mass deformation module‘s scale effect of surrounding rock of Shuibuya Project‘s undeground power station is obvious, the rock mass deformation module to tranquilization is 20% of intact rock‘s. Finally the relation between rock mass deformation modules and the scale of research was established.     

基于多尺度分割方法的斜坡单元划分及滑坡易发性预测

滑坡易发性预测可以有效预测潜在滑坡的空间位置,是滑坡危险性和风险性评价的基础。由于斜坡单元依据真实地形地貌划分和具有明确的地质特征意义,更多的学者尝试利用斜坡单元进行区域滑坡易发性预测。但是,如何高效准确地划分斜坡单元并考虑其内部环境因子的非均质性是制约斜坡单元应用的关键因素,也是目前研究中的难点。本文以江西省崇义县为例,首先,提取研究区域坡向和山体阴影图作为基础数据,采用多尺度分割（MSS）方法划分斜坡单元,并结合试错法和研究区域历史滑坡形态特征确定MSS方法的最优参数组合。然后,基于斜坡单元提取高程、坡度、剖面曲率等环境因子,分别导入支持向量机（SVM）和逻辑回归（LR）模型,构建Slope-SVM/LR易发性预测模型。通过变化值和标准差表征斜坡单元内部环境因子的非均质性,进而构建Variant Slope-SVM/LR易发性预测模型。最后,采用ROC曲线和频率比精度分析上述模型的预测精度。结果表明：1）当尺度、形状特征权重和紧致度权重参数分别取20、0.8和0.8时,研究区域斜坡单元的划分效果最好;2）Slope-SVM、Variant slope-SVM、Slope-LR和Variant slope-LR模型的ROC精度分别为0.812、0.876、0.818和0.839,相应的频率比精度分别为0.780、0.866、0.792和0.865, 说明Variant slope-SVM/LR模型的预测精度高于Slope-SVM/LR模型。因此,MSS方法可以实现高效准确地自动划分斜坡单元,考虑斜坡单元内部环境因子的非均质性可以提高易发性预测结果的准确性。     

基于SPEI指数的重庆干旱特征分析与预测模型构建

对重庆9个站点不同尺度下的SPEI指数进行计算,以此为基础分析了重庆干旱时空分布规律。基于径向基神经网络模型（radial basis function,RBF）,采用遗传算法（genetic algorithm,GA）改进的麻雀搜索算法（sparrow search algorithm,SSA）对RBF模型进行优化,得出GA-SSA-RBF模型,与5种传统算法优化的RBF模型和3种传统模型进行比较,统一预测区域干旱,结果表明：重庆全区干旱均呈现逐年加剧趋势,全区轻旱的发生频率较高,为12.7%～16.3%;GA-SSA-RBF模型在所有模型中的精度最高,其在3种尺度SPEI指数模拟下的GPI分别为0.667、0.689和0.712,因此GA-SSA-RBF模型可用于预测重庆干旱。     

应力作用下软硬互层岩石破裂过程的细观模拟

 采用数值模拟方法研究软硬互层岩石材料在不同围压条件下的压缩破坏过程。利用改进刚体弹簧方法,模拟细观裂隙的起裂和扩展过程。界面破坏准则结合莫尔–库仑准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。岩石材料由以Voronoi图形为基础的块体集合表征为显式模拟结构面,提出一种分步插点的计算网格自动生成算法。对已有的典型实验进行计算,模拟得到不同围压下不同倾角数值试件的破坏模式和抗压强度。与实验结果的对比表明,改进刚体弹簧方法能够定性和定量地描述由于软硬互层结构引起的抗压强度各向异性,不同围压条件下得到的破坏模式也与实验结果吻合良好。     

堆石体应力变形的尺寸效应研究

 首先,基于前人的室内试验数据和随机散粒体不连续变形(SGDD)模型数值试验成果分析尺寸效应对堆石体瞬时变形的影响,结果表明：不考虑堆石体蠕变效应时,在相同的应力状态下,大尺寸试样的抗剪强度及抗变形能力均较小尺寸试样有所提高,表现出更“硬”的特点;其次,分别在尺寸为f50 cm×100 cm(颗粒最大粒径为10 cm)和f30 cm×60 cm(颗粒最大粒径为6 cm)的应力式三轴仪上进行堆石体蠕变试验,研究堆石体蠕变的尺寸效应,结果表明,尺寸效应对堆石体蠕变特性的影响显著,大尺寸试样的最终蠕变量明显大于小尺寸试样,而尺寸效应对蠕变速率因子λ的影响并无明显规律;最后,综合分析尺寸效应对堆石体总变形(瞬时变形+蠕变变形)的影响,从总体上看,大尺寸试样的总变形大于小尺寸试样。     

考虑锚杆腐蚀作用的岩质边坡系统可靠度分析

 锚杆腐蚀是导致锚固工程事故的重要原因之一,为此,主要研究锚杆腐蚀作用对锚固岩质边坡系统可靠度的影响。首先,在系统分析现有钢筋腐蚀模型及锚杆腐蚀试验数据基础上,确定锚杆腐蚀模型。分析与腐蚀作用相关的锚杆自由段屈服失效模式和锚固段锚杆与注浆体界面黏结失效模式,进而确定相应的锚固边坡失效模式。给出基于蒙特卡洛模拟的边坡时变系统可靠度分析方法,并以锚固岩质边坡为例证明所提方法的有效性。结果表明：K. A. T. Vu和M. G. Stewart提出的钢筋腐蚀模型适用于分析处于密闭潮湿和干湿交替环境条件之间的锚杆腐蚀作用。在锚杆服役的前期,自由段锚杆的腐蚀作用对边坡稳定性的影响较大,而在后期锚固段锚杆的腐蚀作用对边坡稳定性的影响开始变得较大,并且锚杆服役后期锚固力和边坡系统失效概率的变化幅度明显大于前期。边坡系统失效概率随锚杆握裹层厚度的增加而减小,随注浆体水灰比的增加而增大,当握裹层厚度和水灰比达到一定值时,边坡系统失效概率随时间增大的程度并不明显。     

考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数模型

 相对渗透系数是土体非饱和渗流分析的重要参数,Mualem统计模型在土体相对渗透系数预测中得到广泛应用。然而,Mualem统计模型假定土体具有刚性的孔隙结构,因而无法反映变形对非饱和渗透系数的影响。笔者最近提出的变形土土水特征曲线模型为基础,建立考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数的修正Mualem统计模型。修正模型引入某一饱和度条件下被水充满的平均孔隙半径这一参量,来反映有效饱和度及土体变形过程中孔隙形态变化对其非饱和渗透特性的影响。采用4种不同类型土体的非饱和渗透试验数据对修正模型进行验证。结果表明,修正模型给出的相对渗透系数预测值与实测值的均根误差相比Mualem统计模型减小27%,说明修正模型对于变形条件下土体的相对渗透系数具有更强的预测能力。研究成果为非饱和土渗流规律以及水–力耦合数值模拟等研究提供了更为可靠的理论模型。