基于系统动力学模型和元胞自动机模型的土地利用情景模型研究

综合自上而下的系统动力学模型和自下而上的元胞自动机模型, 从宏观用地总量需求和微观土地供给相平衡的角度, 充分利用系统动力学模型在情景模拟和宏观驱动因素反映上的优势与元胞自动机模型在微观土地利用空间格局反映上的优势, 发展了土地利用情景变化动力学LUSD (Land Use Scenarios Dynamics model)模型. 利用该模型对中国北方13省未来20年土地利用变化的情景模拟结果表明, 由于LUSD模型充分利用了系统动力学模型和元胞自动机模型的特点和优势, 同时考虑了土地利用系统宏观驱动因素复杂性和微观格局演化复杂性的特征, 因而提高了当前土地利用情景模型的可靠性, 这将在一定程度上为理解土地利用系统的复杂驱动行为, 评估脆弱生态区土地系统变化的潜在生态效应提供帮助. 同时, LUSD模型的情景模拟结果也表明, 农牧交错带地区是中国北方未来20年土地利用变化比较明显的地区, 而耕地和城镇用地则是该区域内变化最为显著的两种用地类型.     

利用蚁群智能挖掘地理元胞自动机的转换规则

提出了基于蚁群智能算法(Ant Colony Optimization, ACO)的地理元胞自动机(ACO-CA). 元胞自动机(CA)具有模拟和预测复杂的地理现象演变过程的能力. CA 的核心是如何定义转换规则, 但目前的方法所获取的转换规则大都是隐含的, 是通过数学公式来表达. 当研究区域较复杂时, 确定CA的模型结构和参数有一定困难, 需要使用智能式的方法获取有效的转换规则. 提出了一种基于蚁群智能来自动获取地理元胞自动机转换规则的新方法. 该方法所提取的转换规则毋需通过数学公式来表达, 能更方便和准确地描述自然界中的复杂关系, 并且这些规则比数学公式更容易让人理解. 将ACO-CA应用于广州市的城市模拟实验中, 取得了较好的结果. 并与See5.0决策树模型进行了对比研究, 对比实验结果表明: 蚁群智能算法在提取CA转换规则时比See5.0 模型更具有优势.     

基于随机介质模型的储层非均质性分析

本文利用随机介质模型对复杂岩性储层进行了非均质性描述.利用模型特征量即非均质纵横比、纵向谱指数、横向谱指数以及扰动标准差等来模拟不同的随机介质.在前人工作的基础上,由某油气田的两口井资料估计储层非均质性能谱,从能谱曲线上提取储层纵向大小尺度非均质谱指数.通过将二维随机介质模拟的合成井记录互相关系数与实际井记录互相关系数进行分析比较,分别得到大小尺度非均质情况下最佳拟合时的横向谱指数和非均质性纵横比.以上求得的各种特征量从不同角度定量分析了储层非均质性的纵横向变化,为储层横向预测提供了依据.     

岩石损伤软化的修正本构模型

利用服从Weibull分布的岩石微元强度表示方法,基于Drucker-Prager破坏准则,通过引入损伤变量的修正系数,利用应力-应变关系曲线峰值点处的应力、应变确定Weibull分布参数的关系式,建立不同围压下的损伤软化本构模型。该模型参数较少且易于确定,其参数的确定方法揭示了模型参数的物理意义。与前人的研究成果进行对比分析,结果表明该模型比未修正前有着明显的优越性,且与实测结果吻合较好,分析结果显示出该模型的合理性。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

地震作用下深埋隧道围岩形变的数值模拟研究

隧道围岩受地震荷载作用影响产生开裂变形,给交通、安全与经济带来极大影响,为提升隧道安全稳定性能,以某市隧道为对象,研究地震作用下深埋隧道围岩形变的数值模拟。综合考虑地震动作用与地震波扩散特性,利用FLAC软件构建三维动力模型;通过边界设置解决地震波反射问题,基于物理力学参数与地震荷载条件,通过相对变形法研究地震条件下深埋隧道围岩变形特性、能量聚集特性与安全性能。研究结果显示:深埋隧道围岩受地震荷载作用影响,形成挤让、椭圆化的变形走向;变形达到最高值时,应变能量密度高于2350 J/m^3的区域集中在隧道Ⅰ洞左侧围岩边墙和中夹岩柱上;各监测点安全系数呈非对称性,隧道右侧下角区域安全系数低于国家相关标准,计算结果与实际测量结果一致。     

基于反分析赋权方法的岩爆预测云模型研究

为了综合考虑岩爆预测实践中的随机性与模糊性,云模型理论被引入到岩爆预测方法中。然而现有岩爆预测云模型的指标权重值在客观性和准确性方面尚需提高,为此本文提出基于反分析赋权方法的岩爆云模型。在给出该模型具体实现步骤的基础上,推导建立优化目标函数之后选用洞室最大切向应力与岩石抗压强度的比值、岩石抗压强度与抗拉强度的比值、弹性能量指数等作为评判指标,基于18个岩爆工程实例,利用Matlab软件开展了指标权重的反分析计算。最后,将新建立的岩爆预测云模型应用于江边水电站和马路坪矿的岩爆预测中,并与主观赋权方法云模型的预测结果对比分析,检验了其可行性与有效性。研究表明,基于反分析赋权方法的岩爆预测云模型赋权过程中主观性干扰因素较小,预测结果准确率较高。     

基于损伤性能并考虑主余震作用的消能减震结构抗震设计

综合考虑余震影响和结构损伤,提出一种基于损伤性能的消能减震结构抗震设计方法。为满足结构抵抗余震的性能要求,提出结合主余震的损伤性能目标。以Park-Ang双参数损伤模型为基础建立了结构层间损伤计算公式,通过损伤程度评估结构抗震性能,给出消能减震结构基于损伤性能的抗震设计流程。     

垂直向地震作用对节理岩体失稳破坏的影响

基于线弹性断裂力学理论分析了垂直向地震作用对节理岩体地震动力破坏的影响。在仅考虑峰值时,最不利的单向地震动加速度方向是水平倾向坡外,双向则依据破裂机制是拉剪或压剪,加速度分别是水平倾向坡外与向下或向上的组合。地震动的幅值、作用方向及双向地震动的组合都可使岩体的破坏机制发生转化,并且是突变的、不可逆的。较低峰值的双向地震动产生的应力强度因子可能大于较高峰值的单向地震动所产生的应力强度应子。在岩体节理分布特征和静态应力场一定的初始条件下,第一个导致岩体中产生破裂的地震动加速度幅值及其方向的组合唯一地决定了岩体不可逆破坏发展的方向、机制及最终的破坏特征,其复杂性远大于静力作用时的情况。对岩体地震动力破坏问题的认识应充分考虑垂直向地震动的重要影响。     

输电线路岩石嵌固基础抗拔试验及数值模拟分析

为了研究全风化-强风化地区岩石嵌固基础抗拔性能及土体破坏模式,基于安徽省太湖县岩石嵌固基础抗拔性能现场试验,结合数值模拟对不同埋深、不同型式的岩石嵌固基础的抗拔性能进行分析。发现在基础埋深较浅时,坛子型和掏挖型基础抗拔性能及土体破坏模式大体相近;当基础埋深较深时,掏挖型基础抗拔性能明显优于坛子型。同时,对两种基础型式的经济效益进行比较分析,研究结果表明:掏挖型嵌固基础抗拔性能更优,同时具有更好的经济性和环保性,推荐在风化性较强的岩石地基输电线路工程中推广应用。     

城市建筑物震害三维模拟在GIS中的应用

GIS technology has been applied to building damage analysis around the world. However, most previous studies focused on the application of 2-D GIS technology, and the results from traditional earthquake damage prediction are displayed in 2-D figures and charts, which is incapable of demonstrating the 3-D spatial characteristics of buildings. Taking brick-concrete building as an example, we study the characteristics of building damage, and effectively combine the information of building textures and earthquake damage. Then, we apply Google SketchUp techniques to create building models and display them with seismic damage texture in the ArcGIS Engine software development environment. In this paper we propose a solid idea for 3-D simulation of earthquake damage, which is helpful in earthquake damage prediction, virtual emergency rescue practice and earthquake knowledge education.     

城市建筑物震害三维模拟在GIS中的应用

将地理信息系统(GIS)技术用于震害预测在国内外都有较为广泛和成熟的研究。大多数的研究都是基于二维GIS技术的应用,以图表的形式显示震害预测结果,不能够直观地显示建筑物空间特征。本文以砖混结构建筑为例,总结了不同震害等级的震害特征,将提取的震害特征和建筑物纹理合成,利用Google SketchUp三维建模和ArcGIS Engine开发实现震害三维显示。本文给出了利用三维模拟技术在震害预测研究中的一种方法和思路,旨在为震后应急救援、虚拟救援训练和地震科普教学等方面提供帮助。     

深部隧道围岩分区破裂颗粒流模拟研究

深部岩体处于"三高"环境下,表现出不同于浅埋岩体的性质,其变形破裂规律更为复杂(分区破裂、片帮、塑性流动、岩爆等),为了准确描绘深部隧道围岩变形破裂规律,采用PFC从微观角度研究深部岩体的宏观响应。研究发现:随着隧道埋深增加,压力增大,由浅部围岩表面塑性破坏变为深部围岩破裂扩展,破裂区域呈交替分区破裂向深部发展,破裂区的间距与岩性和埋深有关;从横断面看,拱腰先出现破裂,然后拱脚出现破裂,最后贯通形成破裂区;若围岩表面施加外力,破裂区域减小,分区向深部移动,因此预应力锚杆有效地改善了围岩承载特性;研究结果与模型试验吻合,符合深部岩体卸荷作用下的变形破坏规律。结论可为深部岩体工程设计施工提供参考。