基于Hilbert-Huang变换的探地雷达信号增强及复信号分析

阐述了Hilbert-Huang变换原理,着重讨论了EMD分解应满足的条件及具体分解过程.以黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通隧洞实测GPR剖面为例,应用EMD分解去除部分噪声,再利用Hilbert变换求取GPR剖面复信号,提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率3个参数,绘制出相互独立的瞬时参数剖面图,根据不同地质状况进行多参数综合解释.结果表明,该方法避免了使用单一时距剖面分析所造成的解释偏差,能够更好地对异常信息做出反映,提高了GPR数据的解析精度.     

希尔伯特-黄变换在层序地层划分中的应用——以琼东南盆地深水区为例

以琼东南盆地深水区中央峡谷黄流组一段和莺歌海组二段为例,分析希尔伯特-黄变换在层序地层划分中的应用效果。通过对自然伽马曲线进行经验模态分解,得到不同频率域的本征模态函数,根据这些本征模态函数的周期性振荡特征与各级层序界面之间建立的对应关系划分各级层序。结果表明:希尔伯特-黄变换适用于长期、中期和短期基准面旋回的划分,该方法为琼东南深水区的层序地层划分提供了一个重要的辅助手段。     

风浪相互作用的Stokes模型

结合非线性Stokes波和平行流线性稳定理论推导出了高阶无粘Orr-Sommerfeld方程及相应的波面压力和能量传递计算公式。针对二阶模型,引入拟非线性能量传递系数以考虑非线性能量,并建立了总能量的统一表达式。采用数值方法求解含有奇点的一阶无粘Orr-Sommerfeld方程,获得了考虑水深影响时的能量传递系数。结果表明,Stokes波各阶分量对应着相同的临界层高度,高阶无粘Orr-Sommerfeld方程可通过坐标变换统一求解。水深变浅将降低小量纲一波速c/U₁时的风浪能量传递系数。     

基于EMD的云南东川蒋家沟泥石流年输沙量多时间尺度分析

基于经验模态分解(EMD)方法,对云南东川蒋家沟泥石流1965年至2004年40年的年输沙量时间序列进行多时间尺度分析,该时间序列分解成3个本征模函数(IMF)分量和趋势项(Res)分量。分析表明：蒋家沟泥石流的年输沙量存在多尺度的周期性波动,分别是2~4 a、6~10 a和17~21 a的准周期。通过对各IMF分量和Res趋势项分析发现,自1985年之后,波动的振幅开始变大,表明蒋家沟泥石流的年输沙量变化很大。降雨对蒋家沟泥石流的年输沙量及周期性波动有一定程度的影响。人类活动改变环境的同时,也为蒋家沟泥石流提供固体物质来源,这使得蒋家沟泥石流的年输沙量周期性波动变得更加复杂。     

基于经验低秩表示的自适应多次波减去方法

多次波压制一直是海洋地震数据处理的研究重点,SRME（surface-related multiple elimination）方法通过多次波预测、自适应减去两个步骤实现多次波压制,具有压制精度高、模型依赖度低等优点,是工业界广泛采用的方法。但是常规减去方法在一次波、多次波交叉位置易出现一次波损伤、多次波残留等现象,进而增加后续地震处理、解释的难度。本文在前人研究的基础上,提出了基于经验低秩表示的自适应多次波减去方法。首先,采用经验低秩表示方法,将地震数据自适应地分解为信噪比高、倾角单一、同相轴相位圆滑的低秩倾角分量,简化地震数据倾角成分的复杂程度,以优化低秩表示过程中局部窗口的参数选择问题;然后,在不同低秩倾角分量中分别采用基于能量最小原则的匹配减去方法,避免匹配过程出现同相轴交叉,并重构各分量,在保证计算效率的前提下提升多次波压制效果。针对理论数据和实际数据进行了有效性测试,本文方法在多次波压制结果和保幅性两方面优于传统方法,并采用抗噪性测试证明了该方法的鲁棒性。     

关于平流层异常影响对流层天气系统的研究进展

人们传统上认为大气平流层很少能对对流层产生重要影响,但是,最近几年的观测研究表明这种自上而下的影响是显著的和非常重要的,特别地,近几年关于北极涛动的研究极大推动了这一问题的研究进展。这方面的研究发现平流层异常可以对对流层天气系统产生重要影响,也就是冬季平流层北极涛动（AO）的负异常可以诱发中高纬度地区寒潮天气,而AO的正异常则导致中高纬度地区的温暖晴朗天气。由于观测分析表明平流层AO的异常信号总是领先对流层AO异常,一些学者甚至建议冬季北半球平流层的异常信号可以作为预报对流层天气变化的先行指标,并可以把对流层天气预报的时限提高到3个星期以上。综述这一领域在最近几年的研究进展、阐述平流层异常影响对流层天气系统的物理机制和总结各种不同的学术观点,并对将来研究中应注意的问题提出了建议。     

峨眉山大火成岩省的岩石圈结构: 对地幔柱-岩石圈相互作用的启示

峨眉山大火成岩省位于扬子克拉通西缘, 是中-晚二叠世峨眉山古地幔柱头熔融的产物。因此, 该区岩石圈结构特征对于揭示地幔柱-岩石圈相互作用方式与机制具有重要的指示意义。本文基于COMPASS-ELIP宽频带地震台阵资料, 开展S波接收函数成像研究, 并与同剖面远震S波有限频层析成像、区域面波层析成像结果进行对比分析, 识别了沿剖面岩石圈内部主要间断面, 从而获得了峨眉山大火成岩省岩石圈结构的横向变化特征。结果显示, 相对中带和外带, 内带具有地壳增厚(增厚15~20km)、岩石圈减薄(减薄~50km)现象, 且岩石圈地幔具有高速、分层特征, 但下层底界面转换波震相并不明显; 中带岩石圈厚度大(~170km), 局部地段岩石圈-软流圈边界(LAB)缺失, 对应位置存在地幔低速异常; 外带岩石圈厚度略小(~150km), 中带和外带均发育岩石圈中部不连续面(MLD)。结合地球化学、岩石学、物理/数值模拟等研究成果, 本文推测上述特征记录了古地幔柱作用引起的不同程度岩石圈变形: 地幔柱在内带以纵向作用为主, 通过热-动力冲击方式造成岩石圈大幅度快速减薄, 地幔柱头高程度减压熔融, 产生的大规模岩浆穿透岩石圈地幔, 在地壳发生底侵和内侵, 部分喷出地表形成溢流玄武岩; 地幔柱在中带以横向作用为主, 通过底部剪切引起岩石圈地幔横向伸展, 甚至造成局部撕裂, 在撕裂部位进一步引发热-化学侵蚀并导致岩石圈破坏; 地幔柱在外带以垂向拖曳为主, 造成岩石圈的局部拆沉而减薄。此外, 内带下方地幔的高速、分层特征, 可能指示经历地幔柱作用减薄后的岩石圈, 减薄产生的岩石圈空区因捕获地幔柱头熔融残留物而得到一定程度愈合, 而受地幔柱改造后的残存岩石圈, 因经历大量熔体抽取更加亏损而得到强化。综上, 本文揭示的峨眉山大火成岩省岩石圈结构, 为进一步理解地幔柱-岩石圈相互作用的方式与机制提供了新的地球物理观测证据。

     

桩基础对邻近场地冲击荷载的响应分析

桩基础对邻近场地作用冲击荷载的响应本质上是桩-土组成的体系在冲击荷载下的整体动力相互作用问题。为了研究该问题,采用有限元法模拟冲击荷载引起桩基础的振动。利用通用有限元分析软件ABAQUS建立了有限元-无限元（FE-IFE）耦合分析模型,分析了冲击荷载作用时桩基础动力响应的规律,并对影响桩基础响应的因素进行了探讨。计算结果表明,桩的振动程度取决于冲击荷载作用间距和冲击荷载能量,而冲击荷载作用间距越远,桩的振动波长越长。     

砂土中隧道开挖对邻近桩基竖向影响的简化计算方法

基于砂土中隧道开挖引起的土体竖向位移经验公式,分析隧道开挖对邻近桩基础的竖向影响。采用两阶段计算方法,将邻近桩基础视为竖向被动桩,依据砂土中隧道开挖引起地表及地表以下土体产生的沉降槽,考虑桩土相互作用的非线性,得到砂土中隧道开挖对邻近桩基础轴力影响的简化计算方法,并与土工离心试验结果进行对比,验证了该方法的合理性。在研究过程中,分析了隧道覆盖层厚度、隧道直径、隧道与桩之间的距离、隧道土体损失率、桩长、桩径等因素。研究结果表明,桩身轴力随着覆盖层厚度的增加而减小,随隧道直径和土体损失率的增大而增加;隧道与桩之间距离为2.5倍隧道直径时对轴力的影响最大;随着桩长、桩径的增加,桩身轴力逐渐增加。     

CO2-水-岩相互作用对盖层渗透率影响的数值模拟

针对我国江汉盆地深部含水层的基础地质和水文地质条件,运用国际先进的反应溶质运移数值模拟软件TOUGHREACT建立垂向一维模型,探索研究了CO2进入盖层后,CO2 -水-岩相互作用对盖层渗透率的影响.模拟结果表明,CO2进入盖层后,会使pH值降低,导致矿物组分和渗透率的变化.模拟5 000 a后,盖层底部和顶部渗透率分别增加了10％和6.7％,主要是由石膏在该处的溶解以及菱镁矿未能沉淀造成的;盖层中部渗透率降低了约6.7％,主要是因为铁白云石和菱镁矿在后期发生了沉淀;绿泥石的溶解为铁白云石和菱镁矿的沉淀提供了必要的Mg2+和Fe2+离子来源,对盖层渗透率的变化起到了至关重要的作用.     

瑞利波特性刚度矩阵分析方法

沿水平方向从半无限体分层系统截取出有限厚度分层固体系统,截取边界设置为刚性边界。将固体系统分层细化,由刚度矩阵方法可得到表面波在该系统频散特性,利用瑞利波位移在底层衰减特性从表面振型波可筛选出瑞利振型波,这些瑞利振型波与某一频率范围半无限体分层系统瑞利振型波对应,其频率下限与截取厚度有关,截取厚度越大,频率下限越小。同时还分析了分层细化厚度、截取厚度与分析频率关系。     

Dynamic tensile cracking in slopes possibly induced by Rayleigh surface waves

The 1978 Miyagi-ken-oki earthquake generated crack openings in fill slopes in Sendai, Japan. Although the slopes were reinforced with steel pipe piles after this event, tensile cracking was induced again in the same slopes by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake. This clearly indicates conventional countermeasures against dynamic slope failures, usually based on body wave interaction with slopes, are not always effective. Considering that similar open cracks in the top surfaces of slopes were also found in New Zealand and California, we may need to clarify the generation mechanism of such cracks with some new insights. Recently, it has been indicated that the effect of Rayleigh surface wave propagation on dynamic slope stability may become significant. In this contribution, therefore, by performing two-dimensional elastodynamic analyses of Rayleigh/body wave interaction with a geometrically simple model slope, we show Rayleigh waves may play a more dominant role than body waves in generating the open cracks, and emphasise the importance of taking into account the dynamic slope failures induced by Rayleigh waves. Surface waves may be produced also by nearby blasting, etc., and therefore, the results obtained here may be of crucial importance in comprehending the dynamic stability of slopes in general.     

Tidal currents and wind waves controlling sediment distribution in a subtidal point bar of the Venice Lagoon (Italy)

The present study aims to improve current understanding of the sedimentation of subtidal point bars, analyzing interaction between tidal currents and waves in shaping a submerged meander bend of the microtidal Venice Lagoon (Italy), and it is based on coupling of sedimentological studies, geophysical analyses and numerical modelling. The Venice Lagoon is characterized by an average depth of about 1·5 m over subtidal platforms and a mean tidal range of about 1·0 m. The morphodynamic evolution of the lagoon is strongly affected by intense seasonal windstorms, which promote the formation of wind waves triggering sediment resuspension and bottom erosion. The study channel is 70 to 100 m wide, it has a radius of curvature of about 260 m and cuts through a permanently submerged subtidal platform. Water depth ranges from 1·0 to 5·0 m below mean sea level on the subtidal platform and channel thalweg, respectively. Different from classical architectural models, the study point‐bar beds do not show sigmoidal geometries, but consist of horizontally‐bedded deposits abruptly overlying clinostratified beds. Sedimentation in the study bar is hypothesized to stem from the interaction between the in‐channel secondary helical flow, as for most meander bends, and wave winnowing of the subaqueous overbank areas. Laterally accreting point‐bar deposits point out that the curvature‐induced helical flow redistributed sediment from the channel thalweg to the bar top and contributed to the development of the ‘classical’ fining‐upward grain size trend. The marked truncation surface, separating clinostratified bar deposits from overlying horizontally‐bedded platform sediments is interpreted here as due to bar top wave‐winnowing, which also possibly promoted bank collapses. In the proposed model, sediments remobilized from bar top and subaqueous overbank areas were transported into the channel, forming peculiar ‘apron‐like’ accumulations, where sand accumulated through avalanching processes and mud settled down from suspension.     

风浪对湖泊浮游生物影响的研究进展

风浪在自然水体中广泛存在,是浮游生物生存环境的本质特征。在湖泊（特别是浅水湖泊）中,风浪过程广泛影响着水体的物理、化学特性,并直接和间接对浮游生物产生重要影响。综述了风浪对湖泊浮游动物、浮游植物和浮游细菌影响的相关研究。风浪对浮游生物的时空分布及其在塑造浮游生物系统的结构和功能中发挥了至关重要的作用:风浪条件在浮游生物的行为、营养盐吸收速率和通量、捕食及其生长、竞争和演替等方面均具有广泛且重要的影响,并显著影响着水体食物网的结构和功能,最终对湖泊生态系统的结构和功能产生潜在的影响。提出了未来研究的主要方向为进一步揭示全球气候变化条件下风浪在湖泊中的生态环境效应,为富营养湖泊的治理和管理提供新的认识和决策支持。     

大风浪影响下海域泥沙输运异变数值模拟

基于实测的水深、潮流、悬浮体、底质数据及历史气象资料等,采用导入SWAN波浪参数的ECOMSED三维模型,模拟大风浪对小清河口附近海域悬浮体浓度和底床冲淤变化的影响程度。并利用全潮水文观测资料对水动力和输沙率模拟结果进行检验,对比分析表明计算值与实测值吻合良好。模拟结果表明,大风浪影响下近岸海域泥沙输运变化较大,悬浮体浓度可达一般天气的10倍左右,而底床冲淤变化可达平时的百余倍。大风浪期间剧烈的底床冲淤变化对河口拦门沙演化影响较大。     

表面波有效相速度近似分析方法

分层介质中瑞利面波有多个模态,表面瞬态响应是多个模态响应的叠加。在近场,面波模态响应传播速度随传播距离而变化;在远场,其趋于模态相速度。由分层介质表面两不同点响应互谱分析(SASW)得到的有效相速度并不对应于面波基阶模态相速度,它与波场中高阶模态能量分配比例有关。有效相速度随传播距离而变化,近场体波对有效相速度影响较大。对分层介质在简谐荷载下表面质点位移响应进行了互谱分析,得到了有效相速度理论值,通过理论值与测试值匹配分析可估算分层参数,该分析方法考虑了近场及高阶面波模态对有效相速度的影响。     

滑移流对浅水湖泊风浪传播特性影响试验研究

浅水湖泊等有限风吹程及水深水域的风浪多处于发展阶段，风拖曳表层水体产生的滑移流会对风浪传播特性产生影响，风浪的波速、波长等参数难以通过线性波的理论频散关系获取。为准确预测湖泊风浪参数，在考虑浅水湖泊的有限吹程和水深特征的基础上，利用风洞水槽模拟研究了滑移流对风浪传播特性的影响。结果表明：滑移流、斯托克斯流及表面流均与风速正相关，滑移流与表面流比值随着风速的增加逐渐降低并稳定于75%；滑移流对波速和波长有促进作用，对小尺度波浪的促进作用尤其显著；波浪非线性会抑制滑移流对波速及波长的促进作用；建立了考虑滑移流影响的风浪经验频散关系式以及风浪主频波速经验关系式。     

基于整体经验模态分解和支持向量回归的北京市 PM 2．5预测

为了更好地掌握大气中PM2.5浓度的变化规律,利用EEMD-SVR混合模型对该地区的PM2.5浓度值进行了短期预测。首先,通过采用整体经验模态分解(EEMD)方法分析北京市PM2.5,把原始时间序列分解成多个固有模态函数和趋势项;然后,对各阶固有模态函数进行周期性分析,揭示了北京市PM2.5的周期性变化特点;最后,对经过EEMD分解后的各阶固有模态函数和趋势项用支持向量机回归(SVR)方法进行预测。结果表明,EEMD-SVR混合模型比单一的SVR模型预测精度更高。     

Propagation of Rayleigh waves in unsaturated porothermoelastic media

Based on the frame of elastic theory for unsaturated porous medium, considering the influence of thermal effect, the propagation characteristics of Rayleigh wave in unsaturated porous media are studied. Firstly, the thermoelastic wave equations for three-phase porous media are established, in which the mass balance equations, generalized Darcy law, momentum balance equations, and generalized non-Fourier heat conduction law are taken into account. Secondly, through theoretical derivation, the dispersion equation of Rayleigh wave for unsaturated porothermoelastic media is given by introducing the potential functions. Finally, the variations of the phase velocity of Rayleigh wave are analyzed with numerical examples. The results show that the thermal conductivity has little effect on the phase velocity of Rayleigh wave. The phase velocity of Rayleigh wave increase with increasing of the thermal expansion coefficient and media temperature.     

长短桩高强复合地基在高层建筑中的应用

长短桩高强复合地基能充分调动桩间土体参与工作,并在竖向方向上的刚度梯度变化与附加荷载的应力扩散变化趋势相同。以考虑不同桩体长度、桩体刚度和考虑周围多层土体分布的长短桩相互作用计算模型为依据,对某高层建筑进行长短桩高强复合地基的分析设计计算,通过与实测数据对比,表明长短桩高强复合地基应用于高层建筑可以满足承载力和沉降的要求。长短桩高强复合地基因其高承载力、经济性优越和施工灵活并工期短的特点,将会成为高层建筑桩基础的巨大挑战。