多相离散随机介质探地雷达波传输特性研究

混凝土是最常用的人工合成建筑材料,属于典型的多相离散随机介质,为研究探地雷达波在此类复杂介质中的传输特性,基于量化约束多相离散随机介质模型建模方法,通过精准调节混合物中各组成物质的体积含量百分比和自相关长度,建立不同空隙率和不同尺度的多相离散随机介质模型,进行探地雷达数值模拟,研究探地雷达波在多相离散随机介质模型中的传输特性及其影响因素.结果表明:多相离散随机介质模型可以直接表征多相混合物的空隙率,为数值模拟研究多相离散随机介质的空隙率与其探地雷达波场特征之间的函数关系提供了模型基础;与均匀介质相比,探地雷达波在多相离散随机介质中发生了明显的电磁散射,形成了大量的无规则扰动,造成了电磁波能量损失,致使其相同空间位置处的探地雷达波波前振幅小于均匀介质,且随机、无序传播的散射波相互干涉叠加,会降低探地雷达回波信号的分辨率;对于多相离散随机介质,其空隙率越大,则混合物等效介电常数越小,介质非均匀性越强,致使电磁波传播速度越快,电磁散射越强烈,能量损失越大,波前振幅越小;随着自相关长度的增大,其对应的多相离散随机介质模型中骨料粒径随之增大,电磁散射越强烈,波前到达距离相同点的走时差越大,振幅变化越大,波前形状扭曲变形越强烈.研究结果可为探地雷达无损检测混凝土工程质量提供指导和借鉴.     

多相离散随机介质模型及其探地雷达波场特征研究

沥青混凝土是由骨料、沥青胶浆、空气按照一定的体积百分比混合而成的多相非匀质混合物,其骨料、沥青胶浆和空气的体积不等、形状各异、介电特性不同、空间位置随机分布,具有明显的多相、离散、随机介质特征.本文基于随机介质模型理论,(1)测量与统计了介电常数在典型沥青混凝土芯样空间上的随机分布统计特征;(2)估算了沥青混凝土介质的自相关函数及其特征参数(自相关长度、自相关角度等),确定其随机介质类型;(3)提出了量化约束下的多相离散随机介质建模算法,以混合型椭圆自相关函数为基础,构建了不同粗糙度因子的多相离散随机介质模型;(4)构建了不同空隙率的多相离散随机介质模型,正演模拟与对比分析了探地雷达波在均匀介质、连续型随机介质和多相离散随机介质中的传播特征.结果表明:多相离散随机介质模型不仅描述了沥青混凝土的多相、离散与空间随机分布统计特征,而且进一步描述了其各组成物质体积百分比,能更全面、准确地描述沥青混凝土的介质特征,同时也为描述其他类似材料或介质提供了新的方法和途径;在多相离散随机介质模型中,探地雷达波散射强烈,随机、无序传播的散射波相互叠加干涉,形成了明显的随机扰动和"噪声",致使异常体反射波扭曲变形、不连续,降低了探地雷达回波的信噪比和分辨率.研究探地雷达波的随机扰动特征与多相离散随机介质模型参数之间的关系,将为定量评价多相离散随机介质的属性参数提供参考和帮助.     

随机等效介质探地雷达参数递推阻抗反演研究（英文）

描述和估计介质含水量、介电常数等属性参数分布是探地雷达探测技术的重要研究内容。雷达波的旅行时间和反射振幅系数与介质含水量、孔隙度与介电常数密切相关。常规通过旅行时间计算波速以估计介质参数的方法,例如透射波法,共中心点速度分析等,对于复杂介质分辨率有限。基于反射振幅的阻抗反演方法可以直接根据反射系数计算雷达波阻抗以估计介质属性参数,从而有效地避开常规方法在计算波速时精度低的问题。本文首先建立了基于高斯型和指数型混合自相关函数的三维多尺度等效随机介质模型刻画地下随机介质参数分布,并在局部加入高斯椭圆方程描述局部随机异常目标体。其次,通过引入锥形函数以降低随机介质模型在离散网格数值计算方法误差。在此基础上,推导了探地雷达递推阻抗反演的基本流程并结合随机介质模型测试了该方法在复杂介质参数估计中的计算精度。最后,对内蒙地区的实测探地雷达数据利用递推阻抗反演方法来估计地下污染物参数,估计介电常数、含水量结果与钻孔实测数据和同期开展的电阻率成像结果有很好的吻合。说明基于递推阻抗反演方法在探地雷达复杂介质属性参数估计中具有很好的应用前景。     

探地雷达定量估算多相离散随机介质空隙率方法研究

沥青混凝土是典型的多相离散随机介质,为了研究沥青混凝土各结构层的空隙率与探地雷达波场特征之间的关系,本文基于沥青混凝土各结构层对应的多相离散随机介质模型参数,应用量化约束多相离散随机介质模型建模算法,构建了不同空隙率的多相离散随机介质三维模型,并基于商用屏蔽型蝶形天线三维模型数值模拟了探地雷达波在其中的传播特征,研究了多相离散随机介质空隙率与探地雷达波场特征之间的关系.研究结果表明:在半无限空间中,多相离散随机介质的空隙率越大,探地雷达波散射越强烈、地面直达波正相位振幅越强;对于上、中、下面层厚度分别为4 cm、6 cm、8 cm的层状多相离散随机介质,地面直达波正相位振幅强度主要取决于上面层多相离散随机介质空隙率大小,受中面层多相离散随机介质空隙率的影响较小;地面直达波负相位的振幅强度主要与中面层多相离散随机介质空隙率大小相关,其振幅强度随空隙率的增大而增强,且地面直达波正、负相位振幅强度与下面层多相离散随机介质空隙率无关;下面层多相离散随机介质的空隙率与下层介质分界面之间的反射波振幅强度成正比例关系.研究结果为探地雷达定量估算沥青混凝土各结构层的空隙率提供了理论依据.     

碳酸盐岩孔洞储层地震岩石物理建模及应用

碳酸盐岩组成复杂,储集层空间类型多,储层参数的规律性较差,AVO响应特征弱,尤其是孔隙形状对弹性参数的影响不可忽略.针对碳酸盐岩储层的特点,基于自洽模型和微分等效模型构建了多孔隙结构条件下多相介质的碳酸盐岩岩石物理模型.按照各相介质体积含量由小到大的顺序,先利用自洽模型计算孔隙度为50%时的双相等效介质,再通过微分等效模型将孔隙度调整至实际孔隙度,计算实际孔隙条件下的双相介质等效体,重复迭代该过程,最终构建出与实际岩石等效的介质体,计算获得等效岩石的弹性模量参数.通过实验对比了自洽模型、微分等效模型与自洽-微分等效模型的岩石弹性模量与孔隙度、孔隙纵横比之间的适用性规律.最后基于四川龙岗飞仙关组实际测井资料,结合自洽-微分等效模型进行了目标地层的横波预测.结果显示该模型的横波预测效果相对Xu-Payne模型预测,两者预测曲线比较接近,但在形态上更接近实际横波.SCA-DEM模型在孔隙度和孔隙纵横比上具有更好的适应性,为碳酸盐岩孔洞型储层的岩石物理建模提供了一种新参考.     

裂缝宽度探地雷达波场响应的数值研究

裂缝是沥青混凝土公路路面的常见病害,为了研究沥青混凝土中隐含裂缝的宽度与其探地雷达波场之间的对应变化关系,本文基于各结构层沥青混凝土的多相离散随机介质模型参数,应用量化约束多相离散随机介质模型建模算法,构建了与公路各结构层实际情况更相符的多相离散随机介质三维模型,并基于商用探地雷达蝶形天线三维模型,数值模拟与对比分析了探地雷达波在多相离散随机介质和均匀介质中的传播特征,研究了探地雷达波场随裂缝宽度变化的函数关系.研究结果表明:探地雷达波在多相离散随机介质中发生了散射,致使其数值模拟剖面具有明显的随机扰动特征和"噪声",降低了探地雷达对裂缝的成像能力;随着裂缝宽度由窄变宽,其在探地雷达剖面图上的横向异常宽度差异较小,但裂缝顶端绕射波振幅强度与裂缝宽度之间具有明显的规律性,这为探地雷达定量估算公路结构层隐含裂缝宽度提供了理论依据.     

孔隙介质弹性波频散—衰减理论模型

储层地球物理学中,孔隙介质的各类弹性波模型常用于了解地层岩石物理性质.本文介绍了含油、气、水等物质的多相孔隙介质弹性波频散和衰减研究进展,给出了流体饱和与部分饱和孔隙介质中波传播的物理模型综述.根据孔隙介质中的固、流体分布情况,从相关基础理论和实验研究工作等方面出发,在宏观、微观和介观尺度上对流体替换、Biot孔隙力学、喷射流、Biot喷射流(BISQ)、等效球体癍块饱和、双重孔隙介质局部流动等现有主要合流体孔隙介质速度频散和衰减理论进行了回顾.研究表明,应力松弛过程是弹性波频散和衰减的基本机理,该过程由平衡特征时间刻画.该特征时间与孔隙介质的渗透率、流体粘性和体积模量紧密相关.当波频较低时,特征时间小于波周期,压力平衡得以发生,可以用等效流体模型描述波速;反之,当波频较高时,局部压差始终保持较高水平。整个骨架体积模量升高,等效模型面临困难,发展出斑块饱和模型.在分析了各类模型理论框架适用性以及所面临困难后,我们对未来研究方向给出了一些有意义的探讨.     

高频电磁波传播速度在水及淤积砂土中影响因素实验研究

水及淤积土中电磁波传播速度是实现水上探地雷达(GPR)探测数据准确时深转换的关键因素.论文基于探地雷达实测结果分析了水温、盐度、浊度对水中电磁波速的影响和粒径组成、含水量变化对砂土介电常数(电磁波速)的影响,建立了淤积砂土介电常数模型并给出了相应速度计算方法.研究表明水中电磁波速主要受水体盐度影响,随盐度增大而指数减小.淤积砂土介电常数符合Looyenga模型,现场探测时可根据土样三相体积比确定土体介电常数,进而确定土体电磁波速,实现GPR数据时深准确转换.     

随机弹性介质中地震波散射衰减分析(英文)

地震波衰减一直是许多学科研究的热点,因为可以反映介质的特性。导致地震波衰减的因素很多,如:传播过程中由于能量扩散导致的几何衰减,固体岩石内部晶粒间相对滑移导致的摩擦衰减,岩石结构不均匀引起的地震波散射衰减。本文主要从统计的观点出发,通过多次数值模拟的方法研究纵波散射在随机弹性介质中所引发的衰减。首先用随机理论建立了二维空间随机弹性介质模型,然后用错格伪谱法的数值方法模拟了波在随机介质中的传播,再通过波场中虚拟检波器的记录,用谱比法估计了弹性波在随机介质中的散射衰减。不同非均匀程度随机弹性介质中的数值结果表明:介质不均匀程度越高,散射衰减越大;在散射体尺寸小于波长的前提下,不同散射体尺寸的计算结果说明:散射体尺寸越大,弹性波衰减越明显。最后提出了一种不均匀孔隙介质中流体流动衰减的方法。通过对随机孔隙介质中地震波的总衰减和散射衰减分别进行了计算,并定量得出了随机孔隙介质中流体流动衰减,结果表明:在实际地震频段下,当介质不均匀尺度101米量级时,散射衰减比流体流动衰减要大,散射衰减是地震波在实际不均匀岩石孔隙介质中衰减的主要原因。     

裂缝诱导各向异性双孔隙介质波场传播特征

基于裂缝诱导各向异性和双相介质理论,对裂缝诱导的具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）双孔隙介质的本构关系进行了研究,与等效连续介质模型相结合,综合考虑裂缝系统和基质孔隙系统的两种孔隙度和两种渗透率参数,得到裂缝诱导HTI双孔隙介质的等效孔隙度和等效渗透率,进而得到介质的运动平衡方程;并进一步推导出介质的一阶速度-应力方程.采用交错网格高阶有限差分法对模型进行了数值模拟,结果揭示了介质中两套系统的存在对其波场传播特征的影响,为进一步研究实际地球介质的波场特征奠定了基础.     

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。     

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。     

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...     

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.