LNAPL在二维含水介质中运移规律的研究

为研究LNAPL （轻质非水相液体）污染物在均匀含水介质中的运移规律,本文建立微元模型推导出LNAPL在均匀含水介质中的对流--弥散方程。针对不同的介质模型,对二维对流--弥散方程运用差分法进行数值模拟,求其数值解。分析LNAPL污染物的运移特征,得出在均匀介质和非均匀层状介质中运移规律： LNAPL污染物在含水介质中的运移规律遵循对流--弥散方程,介质的弥散系数是影响LNAPL污染物运移的主要因素。     

基于GprMax2D的土洞数值模拟与实测研究

文章根据覆盖型岩溶塌陷区第四系内土洞的性质特点及电性特征,使用GprMax2D软件构建多个土洞模型,对土洞探测进行数值模拟,分析不同频率地质雷达波对各种土洞的响应特征,之后与实际探测剖面进行对比。研究结果表明,雷达波频率为80MHz和200MHz这2种主频能满足探测浅部土洞分辨率的要求,而80MHz拥有更大探测深度,能够反映土洞深部更多的地质信息。     

探地雷达在探测岩溶中的应用

介绍了探地雷达的基本原理，总结出雷达波在不同介质中的传播特性。并通过工程实例证明了探地雷达探测岩溶的可行性和有效性。     

TSP隧道地震预报空洞模型的数值模拟研究

采用有限元方法模拟隧道地震波场,采用波场快照与时间记录相结合的方法,研究空洞对隧道地震波场传播的影响,并对含空洞模型的时间记录进行处理,得到数值模型的速度云图和反射层位图。经数据处理表明,采用TSPwin设定默认值处理得到的速度云图与模型设定的空洞位置比较一致,在提取反射层位图上,空洞反射层呈现条带状特征,需要结合速度云图来确定空洞位置,且P波预报的准确性相对较高。对TSP系统的抗噪性进行研究,表明其具有良好的抗噪性能。最后通过对工程实例的处理,验证了数值模拟所得的结论。     

穿墙雷达中的多目标探测研究

分析了使用超宽带信号进行穿墙目标探测的基本原理。针对电磁波在不同介质中传播速率不同以及墙体折射造成的雷达回波信号时延出现误差的问题,提出了时延估计的搜索算法并以此建立了接收和处理目标回波的系统模型。通过估计房间内不同位置的时延信息来建立时延信号矩阵,并根据宽带信号相关处理技术,完成对墙体后多个目标的探测。仿真实验表明,该方法简单有效。     

基于正交贴体网格的VTI介质地震波数值模拟

为了解决规则网格有限差分法在处理起伏地表自由边界条件时需进行复杂坐标转换和插值运算的问题,以及对起伏地表进行阶梯状离散近似所产生的虚假散射波问题,将计算流体力学中的正交贴体网格生成技术引入到起伏地表下VTI介质的网格剖分中,采用基于同位网格的DRP/opt MacCormack有限差分法模拟起伏地表下VTI介质中的地震波场。网格的正交性使实施自由边界条件时无需做复杂的坐标转换和插值运算。数值算例表明,本文提出的网格剖分法能够有效消除阶梯状网格产生的虚假散射波,从而提高起伏地表下VTI介质地震波数值模拟精度。     

VTI介质瑞雷波频散曲线特征与对比分析

在近地表瑞雷波勘探中，介质的各向异性对瑞雷波传播有着明显的影响。为了研究横向各向同性(vertical transverse isotropy,简称VTI)介质各向异性参数对瑞雷波的影响，以各向异性弹性波理论为基础，利用应力镜像法为边界条件，实现了VTI介质中瑞雷波的正演数值模拟，并利用相移法提取瑞雷波频散曲线。将层状各向同性介质和VTI介质瑞雷波频散曲线作对比，研究结果表明:①瑞雷波各阶模式相速度随纵波变异系数δ的增大而减小，随纵波各向异性强度参数ε的增大而增大；②随着纵波各向异性强度参数ε的减小和纵波变异系数δ的增大，会引起瑞雷波各阶模式相速度减小和瑞雷波频散曲线各阶模式主要能量所在频带范围减小；③当纵波各向异性强度参数ε减小和纵波变异系数δ增大到一定程度后，在速度递增的层状介质中会引起瑞雷波出现“之”字形频散曲线，在含软弱夹层的层状介质中会出现各阶模式频散曲线混淆的现象。      

泥石流数值模拟方法研究进展

泥石流作为一种多相混合介质,所包含的物理过程和动力学特征非常复杂。针对泥石流问题的数值模拟方法随着数值计算方法和物理计算模型的发展而发展,基于物理过程的数值模拟方法为探究泥石流复杂物理现象背后的机理提供了一种有效手段。回顾了求解泥石流动力问题的数值模拟方法,从连续介质计算方法、离散介质计算方法和混合介质计算方法3个方面分析了不同数值模拟方法的特点和适用情况,介绍了在泥石流分析中常用的数值模拟软件及其特点,展望了求解泥石流动力学问题的数值模拟方法的发展趋势。结果表明:传统的基于网格的计算方法已有长足发展和较长的应用历史,相对比较成熟,但是在处理大变形、快速运移的自由表面流问题时,存在网格容易畸变等问题;基于粒子的计算方法在处理上述问题时无需网格的划分和维护,易于确定自由表面位置和多相间的界面,但存在边界条件处理困难等问题;混合介质计算方法在较小尺度范围内对固体颗粒物质与液相相互作用机理进行探讨时具有重要作用。     

多普勒天气雷达二维理想均匀风场的数值模拟

对风场结构和信息的探测始终是气象科学的重要研究方向。多普勒天气雷达是研究大气边界层风场的有力手段,有效地利用其径向速度资料分析和推断真实的风场结构,能够大大提高中小尺度天气系统预报的准确度。基于单多普勒天气雷达探测风场反演技术,用Matlab实现二维理想均匀风场的多普勒天气雷达径向速度图模拟。考虑到雷达系统的工作波长和脉冲重复频率的差异可能导致观测结果产生速度模糊的问题,以风向风速各自随高度变化与否以及如何变化的4种风场情况,分别给出了S、C、X波段的多普勒天气雷达径向速度模拟图,并且设计了相应的GUI界面。通过分析模拟的径向速度平面位置显示图,帮助反演真实的风场信息。     

复杂地质体离散化三维网格模型建模方法探讨——以面向FLAC~(3D)软件的建模为例

在地学相关的数值模拟工作中,因地质体的复杂和数值模拟软件的功能制约,使建立地质体的离散化网格模型成为一个难点。文章介绍了综合应用AutoCAD和ANSYS软件建立复杂地质体网格模型的方法,该网格模型用于在FLAC~(3D)软件中进行数值模拟计算。通过建模对比实验和分析认为,多段线具有较好的数据交互能力,面域对不同的线型兼容性好,以造面域的方法闭合岩性单元报错少,基于多段线面域的网格模型能很好地满足复杂地质体的建模需求,基于样条曲线面域的网格模型适用于形态简单的地质体建模。建模软件的综合运用,可建立复杂地质体网格模型,为成矿及工程地质领域的数值模拟提供有力的支持。     

Common offset ground penetrating radar data inversion based on ray theory

The authors use the common offset ground penetrating radar(GPR) data inversion based on ray theory to estimate interval velocity and to obtain the relative permittivity. In the ray-tracing based inversion, the input data are the offset distance between antennas, the velocity of the first layer, the pick-up amplitude and re-ference amplitude of each reflection layer. The thickness and velocity of each layer are calculated by this recursive method. Firstly, the horizontal homogeneous layered medium model is established, and the ideal inversion results are obtained. Subsequently, Monte Carlo method is used to establish a randomly undulating homogeneous layered medium model. The common offset GPR data for the built geological model is then simulated by finite-difference time-domain(FDTD). It proved that this ray-tracing based inversion method is feasible for the horizontal layered geological model, even the layered geological model with random undulation. Undulation, represented by RMS height and CL(correlation length), influences the inversion results. Finally, a more complex geological model--pinch-out model was established. In the pinch-out model, the pinch-out interface can be clearly identified, though there is a false anomaly, which will not significantly affect the identification of the underground medium structure.     

工程物探在岩溶地区地质勘察中的应用——以费县电厂为例

结合费县电厂工程地质条件,运用高密度电阻率法和探地雷达勘察法,进行岩溶地区工程勘察,对2种方法的勘察结果进行比较分析,在此基础上进一步钻探验证。证实工程物探能迅速查明岩溶区的工程地质条件,勘察过程高效快速,达到地质勘察效果。最后针对岩溶区的拟建场地进行地基评价并提出地基处理方案。     

Research on weak signal extraction and noise removal for GPR data based on principal component analysis

The ground penetrating radar( GPR) detection data is a wide band signal,always disturbed by some noise,such as ambient random noise and multiple reflection waves. The noise affects the target identification of underground medium seriously. A method based on principal component analysis( PCA) was proposed to extract the target signal and remove the uncorrelated noise. According to the correlation of signal,the authors get the eigenvalues and corresponding eigenvectors by decomposing the covariance matrix of GPR data and make linear transformation for the GPR data to get the principal components( PCs). The lower-order PCs stand for the strong correlated target signals of the raw data,and the higher-order ones present the uncorrelated noise.Thus the authors can extract the target signal and filter uncorrelated noise effectively by the PCA. This method was demonstrated on real ultra-wideband through-wall radar data and simulated GPR data. Both of the results show that the PCA method can effectively extract the GPR target signal and remove the uncorrelated noise.     

宁夏甜水河煤田地下水模拟及涌水量预测

地下水模拟技术是进行煤田地下水环境影响评价和矿区疏干排水设计的主要工具。该文以宁夏甜水河煤田为研究对象,根据矿区地质条件和水文地质条件的分析,确定模型边界条件并建立了水文地质概念模型,应用基于有限差分法的MODFLOW程序,建立地下水流三维模型,进而对煤田各开采阶段的地下水流场和涌水量进行预测,从而为煤田地下水有效防治和安全生产提供依据。     

基于GPS形变资料的川滇地区应力场数值模拟研究

基于近10 a的GPS坐标时间序列获得川滇地区速度场,结合地质资料将该区划分为7个块体,并使用ABAQUS建立三维有限元模型,提取速度场边界值作为模型约束条件,模拟得到应力场。位移场数值模拟结果显示,模型较好地反映了川滇地区西北部青藏高原推挤、东侧扬子块体阻挡的格局,同时位移方向在菱形块体及拉萨块体内部绕东构造结顺时针旋转,与实际相符。应力场模拟结果表明,龙门山断裂带、鲜水河断裂带和安宁河断裂带交界区域南北两侧、小金河-丽江断裂带西段与澜沧江断裂带交界处南北侧、南汀河断裂带西段南北侧、红河断裂带中段东西侧均存在明显的应力分布不均现象,地震危险性较大。     

邯郸地区主要断裂库仑破裂应力模拟与地震危险性分析

首先基于粘弹性有限元模型,结合邯郸地区活动断裂探测、历史强震数据及区内岩石圈介质分布,建立三维粘弹性有限元断层模型;然后代入运动学特征边界条件,模拟目标区活动断裂上发生地震引起的应力应变场变化;最后计算1830年磁县地震引起的周围断裂面和滑动方向上产生的库仑破裂应力变化,分析未来目标区强震危险性。根据实际地质情况和现今运动学条件模拟出的模型结果显示,磁县断裂上1830年磁县地震震中附近库仑应力减小,表明磁县断裂活动减小了1830年磁县地震震中附近的地震危险性;但在磁县断裂中、西段两端与2条北东向断裂（紫山西断裂和太行山山前断裂）交接处附近库仑应力有所加强,未来该地区的地震危险性值得关注。     

Application of high density resistivity method in accuracy of goaf detection

Based on the relationship between the diameter and buried depth of goaf,the authors establish the forward modeling by Res2dmod and inverse the model by Res2dinv. Thus,three kinds of models are obtained:the model of single resistivity anomalous body,model of double different distance resistivity anomalous body,and model of layered resistivity anomalous body. Using forward and inversion,the image of detection is simulated,and the reliability is proved by comparing with the engineering examples.     

地质统计学在含水层参数空间变异研究中的应用进展与发展趋势

科学合理评价地下水资源,对统筹规划、合理开发利用区域地下水,保障区域生态环境安全至关重要。获取含水层参数空间变异规律是解决地下水渗流、污染物运移、地下水开发利用等诸多地下水问题的重要基础。然而,受常规勘察技术所限,含水层非均质性难以直接刻画。两点地质统计学通过变异函数确定随机变量相关关系,解决地质变量空间线性估计并表征其各向异性;多点地质统计学突破了空间两点间相关关系的局限,通过多点训练图像建模,有效反映含水层参数变量空间分布特征,也更适合模拟复杂结构地质体。据此,本文对常用的两点地质统计学在含水层参数空间变异研究中的实际应用作了简述和探讨,并以含水层渗透系数为媒介,阐述了岩土电阻率和水力梯度或水头与渗透系数在地质统计学中运用的限制性协同关系。应用对比了多点地质统计建模与传统地质统计建模相比所具有的优势,并探讨了后者受自身算法、建模方法等制约现如今仍然尚未解决的问题及未来发展方向。指出在卫星、雷达及遥感技术快速发展背景下,数据同化、机器学习等手段融合、集成和尺度推绎多源、多空间、多分辨率空间数据帮助地质统计学实现数值建模是大势所趋。      

Application of high density resistivity method in accuracy of goaf detection

Based on the relationship between the diameter and buried depth of goaf,the authors establish the forward modeling by Res2dmod and inverse the model by Res2dinv. Thus,three kinds of models are obtained:the model of single resistivity anomalous body,model of double different distance resistivity anomalous body,and model of layered resistivity anomalous body. Using forward and inversion,the image of detection is simulated,and the reliability is proved by comparing with the engineering examples.