基于复合反演算法的结构损伤识别及地震动反演研究

针对输入激励信息未知、输出响应信息非完备的情况,进行了结构损伤识别算法研究。基于物理参数时域识别的复合反演算法,定义单元刚度参数变化率为损伤因子,并引入矩形窗方法剔除噪声异常数据,给出了时域内结构损伤识别复合反演算法(损伤识别和地震动反演)。以一个5层框架结构为例进行了数值仿真识别损伤,针对矩形窗长度、噪声水平不同等情况对比了识别结果(损伤识别精度、损伤位置确定)和收敛速度,并比较了反演的地震动与真实地震动时程曲线。研究表明,所提基于复合反演算法建立的结构损伤识别复合反演算法是非常有效的。     

基于三阶段法的结构损伤识别研究

在输入激励信息未知、仅已知部分测试自由度的动力响应信息的条件下,基于广义复合反演算法,开展了结构损伤识别的研究。将衰减记忆滤波技术引入到扩展卡尔曼滤波算法,构建了衰减记忆扩展卡尔曼滤波算法以削弱滤波的发散现象。考虑了复合反演算法(须知各自由度的动力响应)和衰减记忆扩展卡尔曼滤波算法(须知输入信息)的局限性,借助子结构技术,建立了结构物理参数时域识别的广义复合反演算法。利用单元刚度变化率来判定损伤的程度和位置,建立了基于广义复合反演算法的结构损伤识别及地震动反演的三阶段法。以一个6层框架结构为例进行了结构损伤识别数值模拟研究。结果表明,在噪声存在的情况下,三阶段法能够准确确定损伤位置和损伤程度,且地震动反演时程与真实时程吻合较好,验证了三阶段法在结构损伤识别及地震动反演中的有效性。     

土木工程中的物理参数时域识别及地震动反演研究

本文对工程结构、场地水平土层参数识别及地震动反演进行了如下6个方面研究:(1)输入已知、输出不完备条件下,基于经典最小二乘算法的工程结构物理参数时域识别;(2)输入未知、输出不完备条件下,基于复合反演算法的工程结构物理参数时域识别及地震动反演;(3)输入已知、输出不完备条件下,基于渐消记忆的扩展卡尔曼滤波算法的工程结构物理参数时域识别;(4)输入未知、有限测点条件下,基于广义复合反演算法的工程结构物理     

基于混合差分进化算法的地球物理线性反演

地球物理反问题线性化处理之后, 各种反演算法归结为对病态线性方程组的求解. 为了快速准确地计算出地球物理参数, 本文提出了一种全新的基于LSQR算法的混合差分进化算法(Hybrid Differential Evolution Algorithm, HDE). 该算法利用LSQR算法给出DE算法的初始种群, 提高DE算法的计算速度和稳定性. 在不同噪声水平下, 对四种正则化方法Tikhonov、TSVD、LSQR和HDE的反演结果进行详细比较. 理论模型和实际数据反演的结果都表明: 改进的HDE算法应用于地球物理反问题的求解是成功的: 反演结果与原设定模型具有较高的相关性, 在稳定性和准确性上较常规的反演算法都具有一定的优势; 而且不需要给定正则化参数, 具有更强的实用性.     

结构参数未知条件下的地震动反演研究

本文运用复合反演的观点研究结构参数未知条件下的地震动反演问题。根据地震作用的力学特性，将其具体化为估计输入的修正条件，文中给出了一类反演算法。理论分析及算例表明，该算法具有稳定的收敛特性以及良好的反演效果。     

基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演

地球物理反演问题具有病态性、不适定性,传统的线性反演方法面临着次优逼近和初始模型选择等挑战,为了提高磁场数据反演的精度,受深度学习卓越的非线性映射能力的启发,本文提出了一种基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演方法.文中首先提出了一种基于网格点几何格架的磁异常及磁梯度异常的空间域快速正演算法,这为本文全卷积神经网络反演算法的实现奠定了基础;随后对大量不同剩余磁化强度模型进行正演计算获得样本数据集,将正演数据作为输入层,磁化强度模型作为输出层,并基于U-net网络结构设计了一种端到端的网络结构(MagInvNet),再对该网络结构进行监督学习与参数优化;最后进行反演预测.三组模型试验表明,MagInvNet网络能够快速准确识别出磁异常体的位置与形状,并且能够准确的反演出异常体磁化强度的大小,对于含噪声数据,其反演结果的质量不会降低.本文最后利用安徽霍邱铁矿的航磁数据验证了文中方法的有效性.     

一种迭代算法在结构物理参数识别中的应用

本文在利用复合反演方法进行剪切型结构物理参数识别过程中,引入一种迭代算法来求解关于参数的病态方程组,探讨了几种比例阻尼形式的比例系数识别的处理方法。以10层剪切型框架结构为例,利用该迭代算法研究了无阻尼、三种比例阻尼形式以及噪信比为5％、10％的高斯白噪声等情形下的参数识别问题。结果表明,该迭代算法能很好地求解参数的病态方程组,且对四种阻尼形式和两种噪信比的噪声有很好的适应性。     

固定翼时间域航空电磁数据拟二维整体反演

航空电磁探测数据量大,二维、三维反演算法复杂、计算速度慢,通常采用一维反演,利用层状模型拼接描述地下复杂结构,但航空电磁数据信噪比低,容易引起一维反演结果横向连续性差等问题.本文针对上述问题,基于一维反演算法,通过整合测线观测数据,建立了测线数据整体的目标函数,并根据Tikhonov正则化反演理论,引入包含空间粗糙度和先验信息的模型参数约束项,确定了拟二维整体反演的目标函数,推导了反演迭代方程组,利用超松弛共轭梯度算法,求得由于整条测线整体反演所致的大型稀疏矩阵的极小化解,实现了对整条测线数据同时反演的固定翼航空电磁数据的拟二维整体反演算法.在反演迭代过程中,正则化因子采用线性搜索自适应迭代的方法自动选取,提高了反演结果的稳定性.对比分析了仿真数据的一维反演与拟二维整体反演结果,得出拟二维整体反演算法横向连续性较好,对高导覆盖层下的导体分辨率优于一维反演,同时受高斯噪声的影响较小.最后,将直升机飞行实测噪声加入仿真数据中,拟二维整体反演结果平均相对误差较一维反演结果降低了31.6%,进一步验证了拟二维整体反演算法的有效性.     

二维地震资料波动方程非线性反演

针对反演的要求和实际问题的需要，提出利用地震资料叠前数据进行二维波动方程反演，采用最小平方拟合修正模型参数的非线性反演方法，构造了问题的加速迭代算法．反演算法充分利用了冗余的叠前数据和多道相关性，可以分离噪声和信号，使噪声不参与或很少参与反演，算法抗噪能力强．数值模拟例子表明算法有效和稳定，得到了令人满意的结果．     

基于矢量有限元的带地形大地电磁三维反演研究

研究了基于矢量有限元方法的大地电磁带地形三维反演算法并开发了三维反演计算程序代码.在大地电磁场正演数值模拟方面,采用并行直接稀疏求解器PARDISO且无需进行散度校正的快速正演方案,对典型地形模型,在中等规模计算条件下,与双共轭梯度法(BICG)计算结果比较,发现PARDISO比BICG快10倍以上;通过理论模型试算,并与前人的有限元法计算结果对比,验证了带地形三维正演计算程序的正确性.在反演方面,本研究基于共轭梯度方法编写了大地电磁带地形三维反演代码,为了避免直接求取雅可比矩阵,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次“拟正演”问题,进而将PARDISO的快速正演方案应用于“拟正演”问题的求解,以提高反演计算效率.利用开发的反演算法对多个带地形地电模型的合成数据进行了三维反演,反演结果能很好地重现理论模型的电性结构,验证了本文开发的三维反演算法的正确性和可靠性.最后,利用该算法反演了某矿区大地电磁实测数据,反演得到的三维电性结构清晰地反映了研究区的地电特征,将反演结果与该区已有地质资料结合进行解释,应用效果明显,进一步验证了本文算法的有效性.     

湖泊藻类动态模拟

以过程模拟研究为主线,从藻类生长与吸收,生态过程,尺度与空间异质性等方面阐述了湖泊藻类动物模拟研究的发展态势与存在问题,认为结构动力学模型、生态与水动力耦合模型、面向对象模型和神经网络模型等具有良好的发展前景。     

基于VTK的医学图像系统研究

医学三维数据场可视化是当前科学计算可视化应用的重点。本文论述了可视化工具包VisualizationToolkit(VTK)的主要特点,介绍了三维医学可视化系统实现的原理和方法。根据一系列人体断面图像,应用VTK实现了三维医学图像重构,对重构后的三维图像进行解剖分析;并实现对人体的二维图像逐帧浏览及柱状统计。实验结果表明,VTK具有使用灵活,功能强大的优点,是医学三维数据场可视化的有力工具。     

基于Lg波识别判据的特性分析

Lg波是检测、识别地下核爆炸的重要震相.通常情况下,地下核爆炸的低频段Lg波能量相对较强,基于Lg波的识别判据在高频段表现较好.然而在低频范围内却表现出难以用球对称爆炸源模式解释的现象,如Lg/Pg判据在1 Hz附近失效等现象.本文利用理论地震图方法,分析了伴随层裂过程产生的重要辅助源——CLVD源对Lg波低频成分的调...     

有关钢结构地震作用的讨论

简要介绍了6本国内标准(TJ11-74、TJ11-78、GB J11-89、GB50011-2001、JG J99-98、CECS160:2004)有关钢结构地震作用的计算方法,包括荷载组合方法和底部剪力法。通过归一化后的结果比较,评价了各本标准地震作用的大小。分析表明,除JG J99-98和GB50011-2001 2本标准由于考虑钢结构的阻尼比为0.02或0.035后,其地震作用有显著增大外,其它4本标准的地震作用处于接近的水平。考虑到钢筋混凝土和砖石结构等的地震作用水平在新旧抗震规范中并无多大变化,过分提高抗震性能较优的钢结构的地震作用水平显然是不合理的。     

Occurrence of water ponding on soil surfaces depending on infiltration rates on Mongolian rangeland

The occurrence of water ponding on soil surfaces during and after heavy rainfall produces surface run‐off or surface water accumulation in low‐lying areas, which might reduce the water supply to soils and result in a reduction of the soil water that plants can use, especially in arid climates. On Mongolian rangeland, we observed ponded water on the surface of a specific soil condition subjected to a heavy rainfall of 30 mm/hr. By contrast, ponded water was not observed for the same type of soil where livestock grazing had been removed for 6–8 years via a fence or for nearby soil containing less clay. We measured the infiltration rate (the saturated hydraulic conductivity of the surface soil, K_s) of the three sites by applying ponded water on the soil surface (an intake rate test). The results showed that K_s in the rangeland was lower than the rainfall intensity in the site where water ponded on the soil surface; however, K_s of the soil inside of the fence has recovered to 3 times that of the soil outside of the fence to exceed the rainfall intensity. Heavy rainfall that exceeds the infiltration rate occurs several times a year at the livestock grazing site where we observed ponded water. Slight water repellency of the soil reduces rain infiltration to increase the possibility of surface ponding for the soil.     

基于地震动参数的建筑物震害研究

本文介绍了多步简化的push—over(MSP)方法,引导出求解单体建筑物易损性指数和群体建筑物易损性指数的办法,并通过建筑物平均易损性指数曲线,来评价城市的总体抗震性能。本文不采用过去以烈度为地震输入的易损性评定方法,采用地震动参数作为城市建筑物易损性的评定标准。给出的易损性指数曲线,可用来查找不同地震动参数下各类建筑物的易损性结果,比较城市各类建筑物的抗震性能。本文研究可望在城市建筑物震害评估中有好的应用前景。     

基于ActiveMQ平台的地震消息服务探讨

重点介绍了ActiveMQ消息平台的特点和功能,并对遥测台网中速报、台站参数共享、标定信息等部分应用进行了探讨和阐述,并给出了部分相关代码和应用实例流程图。     

断层错动对隧道的影响分析

隧道通过潜在地震地区时.存在活动断层的错动形成的重大工程地质问题的威胁.基于断裂儿何学和震源的运动学特征,以广州地区活动断裂为研究背景,通过在断层左右盘施加一定的速度荷载,模拟了断层错动达到0.28 m时对隧道的影响.得出隧道结构在断层错动影响下的位移和应力的变化规律.分别建立隧道结构距离断层50 m、100 m、150 m三个模型,比较了三种情况下的位移和应力状况.归纳出隧道与断层之间的安全距离.     

New results on radiation effects on human health

Humans are exposed to ionizing radiation all the time, and it is known that it can induce a variety of harmful biological effects. Consequently, it is necessary to quantitatively assess the level of exposure to this radiation as the basis for estimating risks due to ionization radiation. During the Work Package 2400 of the COST-724/WG-2 action, a number of spacecraft and aircraft experiments have been performed with both active and passive detectors. A large data base has been created. In this contribution we would like to stress the results obtained and their importance in three particular directions: (i) Simultaneous investigation of galactic cosmic rays on aircraft and on the International Space Station (ISS); (ii) Onboard spacecraft neutron contribution as estimated on the basis of the comparison of results measured with MDU/Liulin equipment onboard ISS, foton capsule and a commercial aircraft flying at subsonic altitudes; (iii) Complex analysis of the results of long term measurements onboard a Czech Airlines aircraft. The results obtained are presented, analyzed, and discussed, and their complementary nature is underlined. The contribution represents a version of the Final Report of the Work Package 2400 of the COST-724/WG-2: Radiation Environment of the Earth.     

Earthquake-induced pressures on discontinuous piling support on Santiago gravel

Discontinuous anchored piling support (anchored soldier piles without lagging) is one of the most frequent earth-retaining systems used in temporary deep excavations in Santiago, Chile. The main advantages of using discontinuous piling support are their relatively low cost and ease of installation. This system is particularly efficient on stiff soils with deep groundwater table, conditions usually found in Santiago. This paper presents a numerical investigation of the characteristics of earthquake induced lateral pressures on discontinuous pile-supported excavations in Santiago gravel. An equivalent bi-dimensional plane-strain model was developed on the basis of a more refined 3D model in order to quantify the influence of the “arching effect” on the dynamic lateral earth-pressures. The dynamic response was studied for a suite of Chilean ground motion recorded on rock in order to evaluate the variability of the dynamic pressures and their influence on the piles' internal forces. These results are then compared against some simplified design recommendations.