济南市区的地基土层及地基适宜性评价

济南市区内广泛分布着第四纪岩土地层,从市区南部到北部,其地势分别为山前坡地和倾斜平原。通过工程地质调查和岩土工程勘察资料的分析,揭示了该市区内岩土层的时空分布和力学性质变化规律。中更新世岩土地层分布在市区南部的坡地地带,除部分黄土状土之外,南部坡地的大多数岩土层具压缩性低、承载力高的工程性质。然而,在该市区北部的平原,大量发育由松软土层组成的全新世岩土地层。依据与实际工程结合的地基适宜性评价,划分出三个基础工程分区,从南到北依次是天然地基浅基础区、天然地基与人工地基浅基础区以及深基础或人工地基浅基础区。     

基于地统计学方法的降水空间插值研究

为了实现离散降水数据到连续降水数据的插值,以内蒙古自治区多年(1950～2000年)平均降水量为例,讨论了不同空间插值方法的优劣,发现基于地统计方法的Kriging插值具有最佳的插值效果.进一步对比Ordinary Kriging和CoKriging插值方法的4种不同的半变异函数模型,结果表明利用指数半变异函数的CiKriging插值方法具有最小的预测误差.地统计方法对于预测降水具有重要的价值,而不同的地区具有各自适合的模型,理解该方法的数学原理和操作过程,对相关研究具有借鉴意义.     

岳阳市地下空间开发利用的工程地质问题研究

地下空间的开发利用已成为未来城市的发展趋势,地质条件的复杂性与特殊性对地下空间开发利用的安全性和经济性影响极大,城市地下空间开发利用受关键地质影响因素的制约。文章基于岳阳市的区域地质、地质构造、地震效应、地表水与地下水、特殊性岩土、不良地质作用及地质灾害等工程地质问题的综合分析,探讨了它们对地下空间开发利用的影响程度,并从工程地质角度将岳阳市城区地下空间划分为适宜、较适宜、适宜性差和不适宜4个分区。研究成果可为岳阳市城区地下工程建设的前期规划和设计方案决策提供地质依据。     

基于最佳小波基的地震面波插值方法

在利用实际地震数据中的面波反演近地表横波速度的过程中,若道间距较大、空间采样率不足,则会产生空间假频现象,从而降低频率速度谱的信噪比,影响频散曲线提取的精度以及反演效果,因此需要针对面波进行插值处理。文中提出了一种基于最佳小波基的地震面波插值方法,通过理论分析和实验误差对比在地震数据处理常用的众多小波基中选出适用于插值处理的最佳小波基bior6.8,提高了插值精度。针对面波同向轴为线性且斜率较大的特点,文中首先采用线性动校正的方法对面波进行拉平处理,再进行小波变换插值,最后进行反线性动校正恢复面波。通过对理论模型与实际资料进行插值处理验证了本文方法的有效性,插值后的面波记录波形恢复较好,显著提高了频率速度谱的信噪比,有效解决了面波数据空间采样率不足引起的假频问题。     

利用不同插值方法对青藏高原降水稳定同位素空间分布分析

利用稳定同位素大气环流模型模拟结果, 借鉴数据同化的思想, 运用Cressman插值法和最优插值法两种空间插值方法对青藏高原多年平均降水δ¹⁸O模拟结果进行客观订正, 并运用交叉验证方法检验空间插值的效果. 结果表明: 最优插值法订正的结果稍优于Cressman插值法; 对比订正结果与运用经验回归模型BW模拟结果表明, 最优插值所建立的降水稳定同位素的空间分布结果要优于BW模型模拟结果, 而Cressman插值方法订正的降水稳定同位素的空间分布结果与BW模型模拟的结果相当. 两种空间插值所得结果经过高程订正后, 对青藏高原南部的预测结果得到了明显改善.     

基于空间散乱点插值的曲面重构

采用最近邻点法、距离反比加权法和克里格法等空间插值方法,基于IDL语言实现插值算法,对我国西部某金属矿山坑道内,利用大功率充电法测得的163个电位数据进行曲面重构,结果表明,克里格插值方法更能够真实地反映空间数据变量(场)的分布特性,具有广泛的实用价值。     

Kriging插值方法在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用了一种适合城市工程地质和岩土工程特点的地层数据模型-基于钻孔信息的3棱柱模型。由于钻孔之间的距离稀疏程度、方向、数据值存在差异,钻孔以外未知的地质特性需要插值和推断,传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题。借鉴地质统计学的Kriging方法给出一种距离加权插值算法,即先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的插值效果。     

多重分形与Kriging插值在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用钻孔信息构建三棱柱,以适合工程地质和岩土工程特点。钻孔数据具有局部的、随机的、异常的特征,另外,钻孔数据具有一定的结构特点。传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题,借鉴地质统计学的Kriging方法给出全局区域内一种距离加权插值算法,先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值,并引入多重分形理论弥补Kriging方法的滑动加权平均缺陷,度量区域化变量的局部奇异性。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的全局和局部特征插值效果     

空间插值技术在全国地下水业务分析与发布系统中的应用

等值线是地下水监测成果数据表示的重要图件。结合水利部地下水监测中心的业务功能需要,自主开发了空间插值和等值线算法库,包括规则化网格插值、等值线生成、裁剪、区域填充、统计分析、地下水漏斗识别、剖面图绘制等功能。该算法库成功应用于全国地下水业务分析与发布系统,经过18省17个平原区的数据检验,5年来运行良好,提升了地下水监测信息的加工处理效率。在此基础上研发的等值线绘制软件CONMAS可以免费下载试用。     

地铁列车进出站时土层空间振动特性分析

地铁列车进、出站引起的土层振动是一种振源特性丰富且复杂的特殊振动。为了研究地铁进、出站时引起土层振动差异性和空间振动特性,首先将地铁进、出站过程中变速移动的振源简化成振动频率、车离站相对位置及行驶位置不断变化的柱面振源。基于波动原理,采用波函数展开法建立空间振源在土层内的波动场表达式;利用反射定律推导不同波型反射波的传播方向,再根据Graf加法公式以及贝塞尔函数的变换特性将波场表达式转换到统一坐标系下,利用大圆弧地表的边界条件求解不同振源位置下的待定波场系数;最后根据频域内振动叠加原理,确立在整个列车进、出站过程中变速移动振源的总波动场。通过比较计算得到的列车进、出站时地表振动频谱和实测地表频谱特性,验证柱面振源的有效性,发现进、出站引起的地表振动低频特性更明显。参数分析表明,启动最大加速度和制动初速度的增加都将使地表竖向振动响应增大。     

土壤水分空间插值的克里金平滑效应修正方法

地统计学的普通克里金法是研究土壤水分空间变异特性和描绘其空间分布的有效方法。但与其它建立在最小二乘标准上的插值方法一样,普通克里金法也存在着平滑效应问题,即估计值的变异程度比实际要小,从而导致估计值往往不能反映出土壤水分真实的空间变化特征。结合实际的土壤水分监测数据,采用Yamamoto提出的一套针对普通克里金估计值进行后处理的方法,较好地解决了普通克里金法平滑效应的问题,在保证局部估计值精度的同时,重现了土壤含水率在空间的分布与变化特征。     

一维土层非线性地震反应分析的解析递推格式法

引入“结构动力学数值分析解析递推格式法”求解软土地基地震反应分析问题。就一维地基非线性地震反应分析问题,将解析递推格式方法与等效线性化方法在各种场地土的计算结果进行了比较,结果表明：(1) 对软土层地震反应分析时,两种方法计算结果差别较大; （2）入射波幅值较强时,两种方法计算结果差别较大;（3）对于中等硬度土层、入射波幅值较弱时,计算结果相似, 并验证了该方法的实用有效性。     

降雨量分布的空间插值方法研究——以美国爱达荷州为例

以美国爱达荷州为例,根据105个气象站点及其30年年平均降水量数据,采用反距离加权平均法、普通克立金法、规则样条函数法及趋势面法等方法进行插值,分析了不同插值方法中站点数量变化、像元尺度变化对降雨数据空间插值结果的影响.通过对数据和精度指标的对比分析,得出每一种插值方法在某一标度范围插值的精度及适用范围.研究表明:[1]插值精度并不与样本点数量成正比例关系;[2]像元尺度的变化对空间插值精度的影响很小;[3]不同插值方法对插值结果有很大的影响,规则样条函数具有优秀的插值精度.要得到最理想的插值结果,须对不同研究区,进行实测样本数据进行分析,反复试验比较,以选择最佳插值方法.     

考虑块段效应的RBF神经网络在土壤空间插值中的应用

定义了土壤变异中的块段效应,提出了考虑块段效应的RBF神经网络空间插值模型(RBFBE法),以期提高土壤水分和养分的插值精度;并以江苏省扬州市区北部某试区为例,通过A、B两种训练方案,将RBFBE法对土壤含水率与有机质含量的插值结果与常规的RBF神经网络(RBFANN法)空间插值结果及普通克里金法(OK法)插值结果进行了对比分析。结果表明:与OK法相比,RBFBE法能使土壤特性的均方误差M_se缩小19.0%~62.2%,预测吻合度G提高8.9%~28.8%;与输入信息相同的RBFANN法相比,RBFBE法亦能使土壤特性的均方误差M_se缩小10.0%~48.8%,预测吻合度G提高3.4%~22.0%;此外,研究也表明RBFBE法具有较强的泛化能力。考虑块段效应的RBF神经网络方法有利于拓展人工神经网络方法在土壤特性空间插值中的应用范围,具有一定的应用前景。     

基于空间网格插值的重油油藏资源量计算方法——以扎格罗斯白垩系重油层资源评价为例

重油具有黏度大、大规模连续聚集、储层非均质性强、难于开采等特征,利用传统的体积法评价其资源潜力无法揭示重油资源在空间三维尺度上的富集差异性或预测"甜点区"的分布。空间网格插值法基于地理信息系统技术,以成藏组合为基本评价单元,划定各单元分布面积,统计和分析每个成藏组合储层的厚度、含油饱和度、孔隙度、采收率4个关键参数的空间分布规律,并根据实际情况选择反距离加权插值、克里金插值等方法进行插值,实现关键参数网格图的空间叠加计算,最终计算出每个成藏组合的重油资源丰度图,定量表征重油资源的空间分布,厘定重油"甜点区"。将该方法应用于中东扎格罗斯褶皱带重油资源潜力评价,揭示三叠系-侏罗系Butmah成藏组合、侏罗系成藏组合、白垩系成藏组合以及第三系成藏组合总可采资源潜力为140亿t。其中,未来有利勘探目标为白垩系成藏组合,可采资源量为85亿t。初步预测"甜点区"位于盆地西南部。     

元素空间分布插值方法的对比研究:以铜陵地区土壤中的重金属元素为例

文中以铜陵地区As、Cd、Cu、Pb、Tl、Zn等6种土壤污染元素为例,选取常用且具有代表性的反距离加权法、径向基函数法、普通克里格法、多维分形法4种空间插值方法,进行土壤元素空间插值,并对其结果进行验证分析和评价。各方法均选取最优参数进行插值对比,土壤样本数共372个,其中337个用于插值计算,35个不参与插值计算而用于验证插值结果。对比研究显示,普通克里格法对刻画区域土壤元素的空间分布趋势效果最佳,但其半变异函数模型及参数的优选仍有待进一步研究;多维分形法对刻画土壤元素局部异常和污染效果最佳,但其对土壤元素分布普遍特征的反映仍需深入研究;反距离加权法和径向基函数法对土壤元素分布的空间插值精度一般,但其简单易用、插值最优参数易于选择。     

考虑空间协同作用框架式抗滑桩的计算方法

基于空间协同作用的框架式抗滑桩力学分析模型考虑了桩、梁、岩土之间的相互作用及桩间土拱效应, 运用空间协同分析机理对框架式抗滑桩结构的内力和变形规律进行分析, 较好的弥补了当前主要采用桩土效应对多排抗滑桩进行受力分析的局限性.根据框架式抗滑桩受力模型的基本假定, 采用分段计算方法, 以框架式抗滑桩的滑动面为分界将桩体结构分为两段, 综合运用土拱效应、平衡协调原理及弹性地基梁方法, 分别建立框架式抗滑桩上下部分的受力计算方程, 给出该模型受力计算的数学解析方程组求解法, 并采用MATLAB对方程组进行编程计算, 结合工程实例的实验结果进行对比分析该数学解析法的正确性.      

基于地统计学和GIS技术的北京市大兴区礼贤镇土壤养分空间变异性研究

运用地统计学和GIS方法,对北京市大兴区礼贤镇的表层土壤全氮、全磷、全钾、全硼、碱解氮、有效磷、速效钾、有效硼、有机质和pH值等参数的空间变异及分布特征进行了研究。结果表明,研究区内有效磷、速效钾、碱解氮变异系数分别为10599%、10043%、8029%,分异性较强。经过不同趋势阶数指标插值误差的综合比较,初步确定全磷、有效磷、全钾、速效钾、全硼、有效硼应该选择一阶,碱解氮、有机质和pH值应该选择无趋势,而全氮则应该选择二阶。全磷、有效磷、全钾、全硼、pH值的理论模型为指数模型,速效钾、全氮、碱解氮、有效硼、有机质的理论模型为线性模型。全磷、有效磷、全钾、全硼、pH值主要受到结构性因素的影响,全氮、有效硼、有机质受到结构性因素和随机性因素的共同影响,速效钾、碱解氮主要受到随机性因素的影响。通过普通克里格插值图清晰可见,按照含量分布特点土壤中全氮、碱解氮、全磷、有效硼、有机质、有效磷的空间展布相似,全钾和速效钾的空间展布相似,全硼的空间展布特点与其他指标都不相同,这与统计学分析结果具有相似性。通过了解研究区土壤中10项养分指标分布情况,对及时调整肥料用量比,实现有针对性施肥,调整农业结构以及优势农产品规划和布局提供数据支持。     

基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法

在三维地质建模过程中,通过引入一定数量的虚拟钻孔,对地层分界面几何形态更加精确的控制,不仅能够明显改善地质分界面网格的质量,而且能够提高模型精度和可视化效果。现有虚拟钻孔的引入途径主要通过手工添加实现,受人为主观因素影响较大,且自动化水平低,耗时、费力,针对这一问题,提出了一种基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法。以地质勘查获取的钻孔数据和地质剖面图为数据源,在ArcGIS平台的支持下,综合运用自动矢量化（Arc Scan）、要素转点（Feature To Point）、创建TIN （Create Tin）、TIN转三角形（Tinto Triangle）、泰森多边形（Create Thiessen Polygons）和相交（Intersect）等空间分析和文件转换工具,分别生成断层构造和建模区域内的二维（2D）虚拟钻孔点;而后,在利用插值工具生成各地层栅格表面的基础上,结合图形插值（Interpolate Shape）工具将2D虚拟钻孔点投影为三维（3D）虚拟钻孔;然后,利用Model Builder可视化建模工具设计了生成虚拟钻孔的模型,实现虚拟钻孔创建的自动化;最后,将获得的3D虚拟钻孔应用于三维地质建模,并进行了建模对比实验,结果表明,该方法具有一定有效性、实用性和可操作性。     

非均匀地基与均匀地基解答之间的相似关系

考虑材料特性沿厚度按幂律梯度变化的非均匀地基,研究了在竖向和水平线荷载作用下,非均匀弹性地基与均匀弹性地基解答之间的转换关系。基于应变分量之间的变形协调条件,获得了非均匀弹性半空间在线荷载作用下的应力分量和应变分量的解析表达式,通过比较非均匀地基和均匀地基的解答,发现了它们之间的线性相关性,可将非均匀弹性地基在均布线荷载作用下的解答用相同条件下的均匀地基解答线性表示,得到了解答之间的相似转换系数的表达式,该系数集中反映了地基物理力学特性的非均匀程度。因此,借助于均匀地基的经典解答,可将非均匀地基问题的求解转化为对相似转换系数的计算,从而使得问题得以简化。为了方便应用,采用曲线图的形式给出了不同非均匀指数情形下的相似转换系数。