开采沉陷动态预计的分段Knothe时间函数模型优化

针对分段Knothe时间函数在理论上存在的不足,为了扩展其应用范围,改善其在地表动态下沉预计时的精度,通过理论分析和对比研究,对该时间函数存在的理论缺陷进行了深入探讨,并针对存在的问题提出了相应的改进方法,进而构建了一种新的、适用范围更广、预测精度更高的分段Knothe时间函数模型。研究结果表明:该模型的构建解决了原时间函数在分段点处函数值与理论值不一致的问题以及原时间函数值最终不能收敛于1的问题;新的函数模型在应用上也摆脱了原模型对预计参数选取的某些特殊限制,扩展了利用该模型在不同地质采矿条件下进行动态预计的适用性。通过对实测数据的对比预测,证明采用该时间函数模型进行预测的精度比采用原时间函数进行预测的精度有所提高,并且地表下沉的终态预计值在达到最大下沉值后不会再随着下沉时间的增加而改变。     

地下采矿引起的地表下沉的动态过程模型

分析了由地下采矿引起地表下沉的动态过程的Knothe时间函数模型的不足,在原Knothe时间函数中增加了一个以常数k为参数的幂指数,增加参数后的时间函数模型经理论分析符合地表点下沉的动态过程、速度变化过程和加速度变化过程;改进后的时间函数模型中参数c决定地表点下沉过程时间的长短,参数k决定地表点在时间轴上的下沉路径及达到最大速度所需的时间;用改进后的时间函数模型对某矿沉陷盆地倾向主断面上下沉量最大点的下沉过程的观测资料进行了拟合,即用经验方法确定参数c后,再用最小二乘法确定参数k。研究结果表明,该模型可较准确地拟合实测曲线。用改进后的时间函数模型结合沉陷盆地主断面的剖面函数模型,建立了主断面地表下沉曲线变化的动态过程模型,该模型可求出沉陷主断面或沉陷盆地某一点在某一时刻的下沉量、下沉速度和加速度。     

基于Logistic增长模型的地表下沉时间函数

Knothe时间函数可预测地表下沉,但其不能反映地表下沉速度和加速度的变化规律。针对Knothe 时间函数描述的不足,提出了改进的地表下沉的时间函数——基于Logistic增长模型的时间函数。该时间函数可合理描述地表下沉发展变化的全过程, 能反映实际地表点下沉的速度和加速度的变化规律,经实测检验,证明了该时间函数的实用性和有效性。     

基于正态分布时间函数地表动态沉陷预测研究

为了研究地表动态沉陷规律,基于正态分布时间函数,结合地表沉陷预测公式,构建了能够进行任意点任意时刻地表动态沉陷预测的函数模型,分析曲线形态系数对时间函数和计算误差的影响,讨论正态分布时间函数的时空完备性,建立了基于时间函数的地表动态下沉计算公式。以辛置煤矿五采区开采为例,利用空间曲面拟合方法求取了地表动态沉陷预测参数,并对特征点的下沉趋势进行了预测。结果表明,地表沉陷预测时曲线形态系数δ > 2为其合理取值,理论预测相对中误差不会超过±4.55%,且随着δ的增大,预测误差逐渐减小;正态分布时间函数在地表下沉、下沉速度以及加速度方面均体现了地表沉陷时空分布的完备性。基于叠加原理的空间曲面拟合求参方法能够进行预测参数的自动求取,地表特征点下沉趋势预测最大中误差为±64 mm,相对中误差为±5.7%,理论值与实测值相吻合,基于正态分布时间函数的预测模型能够体现地表动态下沉的时空分布特征。     

基于改进Knothe时间模型的地表最大沉降速度预测

在传统Knothe时间模型假设基础上提出新的假设,构建改进Knothe时间模型,通过理论分析表明,改进后的时间模型符合地表点沉降和沉降速度变化规律;基于改进Knothe时间模型推导了地表最大沉降速度计算表达式,并给出模型参数确定方法。采用20个矿区开采引起的地表最大沉降速度监测值与理论预测值进行对比,结果表明,20个矿区的地表最大沉降速度理论预测值与监测值吻合程度高,两者相对标准偏差仅为2.1%,验证了模型的精确性和可靠性。地表最大沉降速度受煤层采高、开采速度、松散层厚度和基岩层厚度等参数影响,研究表明,地表最大沉降速度随煤层采高和开采速度的增加而线性增加,随松散层厚度、基岩层厚度的增加而非线性减小,且其对基岩层厚度变化的敏感性比松散层厚度变化大。     

基于双因素时间函数的松散地层条件下地表点动态沉降预计

通过分析松散地层条件下地表点沉降规律和Knothe时间函数模型在预测松散地层条件下的不足,在原时间函数中增加了表达松散地层下沉的时间影响参数c_2,构成了双因素时间函数模型;理论分析结果表明,双因素时间函数模型具有收敛慢,对参数值变化适应性强的特点,但并不完全符合地表点动态下沉的全过程;为此结合双因素时间函数的特点对其进行改进,并在薄松散、厚松散和特厚松散地层3种不同条件下对改进后的双因素时间函数进行了验证计算。结果表明:改进后的双因素时间函数能较好的预测赋存不同厚度松散地层条件下地表点的动态沉降全过程。研究成果可为"三下"采煤提供参考。     

采动区地表动态沉降预测的Richards模型

针对Knothe时间函数在采动区地表动态沉降预测中存在着较大偏差的问题,提出了地表动态沉降预测的Richards模型。基于开采过程中的地表沉降变形规律,给出了能够反映地表沉降全过程的理想时间函数模型所具有的基本特征,引入Richards生长曲线模型,分析了模型参数与地质采矿条件之间的定性、定量关系,并探讨了模型的适用范围,指出地表发生连续的、渐变的沉降变形时,模型预测效果较好。实例分析表明,Richards模型符合理想时间函数模型的要求,可较好地模拟采动区地表动态沉降过程,能够计算出地表移动持续时间和地表点在某一时刻的下沉值、下沉速度、加速度等动态参数,且模型的可塑性较强,具有较广泛的适用性     

采动覆岩分布式光纤感测模型试验及沉降预测方法研究

煤层采动覆岩沉降提前于地表,可作为地表稳定性的预警指标。针对煤层开采引起的覆岩沉降预测问题,采用分布式光纤感测技术,通过制作大柳塔煤矿采动覆岩相似材料试验模型,研究了煤层开采引起的覆岩变形特征,基于灰色理论和Knothe时间函数,建立了基于实测应变的采动覆岩沉降预测模型,探讨了预测精度,并取得了如下研究成果:有关分布式光纤感测技术的覆岩应变分布,准确反映了垮落带和导水裂缝带的发育特征,基于GM(1,1)模型和新陈代谢模型的覆岩沉降预测精度较好但限于短期预测;当相对残差最大值与相对残差和均取最小值时,Knothe时间函数中获得较为准确的参数c值和τ值并提高了预测精度,建立了大柳塔煤层覆岩动态沉降预测模型的表达式,其预测模型适用于覆岩沉降的前期阶段和后期阶段。     

缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地模型

为准确描述地表沉陷盆地分布形态,基于幂指数函数模型,结合缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地的特征,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,建立适用于缓倾斜煤层走向长壁式工作面的沉陷盆地模型,分析模型参数的影响因素及参数的变化规律,并验证模型的适用性和预计精度。研究表明:模型参数n反映下沉盆地底部范围大小,主要与采动程度有关,取值范围为1~3,其取值精度取决于观测点个数;参数k反映下沉盆地边缘的收敛速度和下沉影响范围,主要与采煤方法、顶板管理方法及松散层厚度有关,其值可通过地表最大下沉值或煤厚进行确定;在对常村煤矿地表沉陷进行预计时,预计值与实测值的差值平方和为3.08×106,中误差为267.59 mm,为最大下沉值的6.47%。研究缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地模型旨在对常村煤矿地表沉陷的预测和预防工作提供理论基础。      

无荷条件下原状膨胀土膨胀特性分析

为了探讨无荷条件下膨胀率与初始含水率和膨胀时间的关系,采用WZ-2型膨胀仪,通过室内无荷膨胀率试验对4组不同初始含水率的延吉盆地原状膨胀土进行了研究。试验结果表明:试样初始含水率越低,无荷膨胀率越大。各不同初始含水率下膨胀时程曲线都有着明显的规律性,可将曲线分为三个阶段:等速膨胀阶段、减速膨胀阶段和稳定阶段。试样的膨胀变形主要发生在试验的前30 min内,用Knothe时间函数模型对各组试验前30 min内的数据进行拟合,构建了膨胀时程方程,并详细分析了方程中的未知参数的物理意义及其影响因素。其中,参数a为试样的最终无荷膨胀率,其值的大小与试样初始含水率密切相关。参数b为初始膨胀速率参数,由于受多个因素的影响,其值的确定需要进一步的研究。最后,通过误差比较可知,基于Knothe时间函数模型构建的膨胀时程方程的拟合效果要优于多元回归分析。以上结论为进一步研究延吉膨胀土的膨胀机制奠定了理论基础。     

Cokriging nonstationary data

Universal cokriging is used to obtain predictions when dealing with multivariate random functions. An important type of nonstationarity is defined in terms of multivariate random functions with increments which are stationary of orderk. The covariance between increments of different variables is modeled by means of the pseudo-cross-covariance function. Criteria are formulated to which the parameters of pseudo-cross-covariance functions must comply so as to ensure positive-definiteness. Cokriging equations and the induced cokriging equations are given. The study is illustrated by an example from soil science.     

An efficient optimum interpolation scheme for objective analysis over Indian region

In the optimum interpolation scheme, the weights for the observations are computed by solving a set of linear equations for every grid point. As the number of observations increases particularly over data-rich regions, the matrix dimension increases and the computer time required to solve these equations to determine weights increases considerably. In order to reduce the computer time for computing the weights, Tanguay and Robert suggested schemes in which the gaussian function representing the autocorrelation function has been approximated by a second-order and also by a fourth-order Taylor series expansion. This resulted in the solution of matrices of order 4 or 9 respectively to obtain weighting functions irrespective of the number of observations used in the analysis. In the present study, the analyses of mean sea level pressure and geopotential height at 700 mbar level have been carried out for five days using the above two schemes and the regular OI scheme. The analyses are found to be similar in all the three cases suggesting that a lot of computer time could be saved without sacrificing the analysis accuracy by using the modified scheme in which the second-order approximation is utilized.     

Spatio-Temporal Covariance Functions Generated by Mixtures

Spatio-temporal covariance functions are introduced in this paper by using two approaches: (1) positive power mixture of purely spatial and purely temporal covariances, and (2) scale mixture of purely spatial and purely temporal covariances. Various parametric and nonparametric families of nonseparable spatio-temporal covariance functions are obtained with appropriate selections of the mixing function and covariances being mixed.     

Cokriging法中孔隙度面函数和间隔传播时间面函数的模拟

将密集的地震数据与钻井地球物理测量数据结合可以细致地预测孔隙度的空间分布.对此,Cokriging地质统计逼近法提供了较有效的方法.如何把区域上密集的地震勘探信息与钻井地球物理测量信息有机地联系在一起,是实现Cokriging法的关键问题.本文试图利用区域上已知稀疏井的孔隙度数据与储层中地震波间隔传播时间的空间相互依赖关系,构造特定相关结构的双变量随机过程{φ(r),T(r)},亦即构造孔隙度面函数和储层间隔传播时间面函数,为进一步应用Cokriging法预测孔隙度空间分布奠定基础.     

渗流场反分析及其在多孔介质中的应用

本文讨论了复杂地质环境中渗流场的反分析问题，利用地下水流数值模拟结合最优化技术，通过对地下渗流场的模拟和寻优，求得描述地下含水介质非稳定渗流场的重要参位──渗透系数和给水度的模型解，并应用于各向同性的多孔介质渗流场反分析实例中。     

结构性粘土的堆砌体模型

天然粘土一般都具有结构性, 其变形过程必然伴随着结构的破坏。 提出了一种新型的堆砌体模型, 用以描述这种结构破坏现象。 这一模型把变形过程中的结构性土看作不同大小土块的集合体, 总的变形将由土块的弹性变形、土块之间滑动引起的塑性变形和土块破碎引起的损伤变形三部分组成。 塑性变形常用屈服函数描述, 损伤变形则可以引入一种类似的损伤函数加以描述。推导了相应的应力应变关系式并提出了模型参数的测定方法。     

相关函数法求解土性参数相关距离

介绍了相关距离在岩土工程应用中的实际物理意义,探讨了相关函数法计算相关距离的基本思路、标准相关函数型式的选择标准以及一些典型土层的标准相关函数类型。计算中发现,当土性参数的标准相关函数符合指数函数,尤其是单指数时,相关函数法能较合理地确定相关距离值。通过大量计算,得出了石家庄市桥东区3种典型土层的相关距离的分布范围,对于指导岩土工程勘测中的钻孔布置和取样间距具有一定的实际应用价值。同时得到相关距离具有区域性的特点,分区域研究具有重要的实际意义。     

淮河息县站流量概率预报模型研究

应用美国天气局采用的由Roman Krzysztofowicz开发的贝叶斯统计理论建立概率水文预报理论框架，即以分布函数形式定量地描述水文预报不确定度，研究了淮河息县站流量概率预报模型。理论和经验表明，概率预报至少与确定性预报一样有价值，特别当预报不确定度较大时，概率预报比现行确定性预报具有更高的经济价值。