关中西部眉县城区地热井回灌试验Q-p曲线方程探究

地热井回灌中,明确回灌压力(p,回灌压力水头)与回灌量(Q)的关系对区域地热绿色可持续开发极为关键。 为明确这个关系,以关中西部眉县城区G102井回灌试验先期有关数据为基础,对其进行优化处理,确定3组数据。依据该数据绘制Q-p曲线图,基于压水试验5类曲线特征,判断曲线图可能为抛物线型、对数型及幂函数型。由此,绘制了3类曲线图,差分法判断曲线类型。在判断结果的基础上,应用均衡误差法获得对应方程的参数,并依据先期回灌量数据平均值的最大偏差,确定回灌量允许最大绝对误差范围,最后经过后期实例验证及误差分析。结果表明:(1) 在研究区域,此方法所推得方程计算结果与实际相比未超出回灌量允许的绝对误差范围,且相对误差偏差小,可以满足回灌试验中对回灌量的评估。(2) 相对误差具有先逐渐变小后变大的特征,出现这种特征的原因与储层的饱和度、压力及非均质岩体等因素有关,超出了方程所包含的约束。(3) 结合研究区其他回灌井试验情况,确定该区域主要回灌地层为中元古界宽坪群时,Q-p曲线图为幂函数类型。该研究成果可为下一步该区域地热资源的有效开发提供一定的科学依据。      

频域反射分析法测定土壤含水率标定试验研究

对滑坡体土壤含水率进行长期和连续的监测,有利于对滑坡体的变形分析和安全预警。为了提高频域反射分析法（FDR法）测量土壤含水率的精度,通过室内标定和现场标定相结合的方式,对使用FDR法测定野外现场滑坡土壤含水率进行了标定。通过对比分析FDR法和烘干法测得的土壤含水率数据,探讨电压信号、含水率、绝对误差和相对误差之间的对应关系,并建立函数模型。试验结果表明:FDR法测定的土壤含水率较烘干法偏高;通过线性、多次曲线及指数形式对试验数据进行拟合和回归分析,最终确定四次曲线作为标定方式,标定后测得的土壤含水率精度明显提高,平均绝对误差可控制在2%以内。该方法可用于类似条件下FDR法测定土壤含水率的标定。     

Bivariate simulation using copula and its application to probabilistic pile settlement analysis

This paper aims to propose a procedure for modeling the joint probability distribution of bivariate uncertain data with a nonlinear dependence structure. First, the concept of dependence measures is briefly introduced. Then, both the Akaike Information Criterion and the Bayesian Information Criterion are adopted for identifying the best‐fit copula. Thereafter, simulation of copulas and bivariate distributions based on Monte Carlo simulation are presented. Practical application for serviceability limit state reliability analysis of piles is conducted. Finally, four load–test datasets of load–displacement curves of piles are used to illustrate the proposed procedure. The results indicate that the proposed copula‐based procedure can model and simulate the bivariate probability distribution of two curve‐fitting parameters underlying the load–displacement models of piles in a more general way. The simulated load–displacement curves using the proposed procedure are found to be in good agreement with the measured results. In most cases, the Gaussian copula, often adopted out of expedience without proper validation, is not the best‐fit copula for modeling the dependence structure underlying two curve‐fitting parameters. The conditional probability density functions obtained from the Gaussian copula differ considerably from those obtained from the best‐fit copula. The probabilities of failure associated with the Gaussian copula are significantly smaller than the reference solutions, which are very unconservative for pile safety assessment. If the strong negative correlation between the two curve‐fitting parameters is ignored, the scatter in the measured load–displacement curves cannot be simulated properly, and the probabilities of failure will be highly overestimated. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Anisotropic Mean Traveltime Curves: A Method to Estimate Anisotropic Parameters from 2D Transmission Tomographic Data

We present the mathematical deduction and properties of the mean traveltime curves for homogeneous elliptical anisotropic media. These curves generalize their isotropic counterparts which have been introduced in the past as a simple data quality analysis technique at the pre-inversion stage for 2D transmission experiments, allowing the inference of prior velocity models to gain stability at the tomographic inversion. Also, the anisotropy parameters (maximum velocity, anisotropic direction and ratio) are shown to affect the shape of these curves. The degree of asymmetry of the anisotropic mean traveltime curves (displacement of the mean time and standard deviation minima from the middle of the gathering line) is related to the direction of anisotropy which can then be visually estimated. Least squares’ fitting of the anisotropic theoretical models to their experimental counterparts is an effective method to estimate at the pre-inversion stage a macroscopic elliptical anisotropic velocity model, valid at the scale of the experiment, and able to match the experimental mean traveltime distribution. Sensitivity analysis has shown that the mean curve is less prone to errors than the standard deviation curve. Parameter identification from the standard deviation curve becomes unstable for noise levels higher than 5%; data errors produce smearing of the value of the estimated anisotropy ratio and wrong directions of anisotropy biased towards zero degrees. Also, identification from the mean traveltime curve becomes stable when the maximum velocity is well constrained. Finally, this methodology is illustrated with the application to the Grimsel data set. Performing MTC analysis is always recommended since it does not need high numerical requirements, and as shown in the sensibility analysis section, errors in data can be misinterpreted as geological anisotropies. J.L. Fernández Martínez is a visiting professor at UC Berkeley, Department of Civil and Environmental Eng., CA 94720-1710.     

湿胀条件下合肥膨胀土土-水特征研究

膨胀土在吸水时会产生体积膨胀,研究湿胀条件下膨胀土的土-水特征具有重要意义。以合肥地区9种弱膨胀土为研究对象,采用滤纸法和渗析法试验测定了膨胀土的土-水特征,采用蒸汽加湿法试验测定了膨胀土在吸湿过程中的体积变化。基于土-水特征曲线（SWCC）试验及加湿试验,获得了膨胀土在吸湿过程中的体积变化规律,得到了湿胀条件下膨胀土的重力含水率?基质吸力曲线（w-ψ曲线）及体积含水率?基质吸力曲线（θw3-ψ曲线）,分析了膨胀土吸湿过程中的体积变化对体积含水率?基质吸力曲线的影响,探讨了w-ψ与θw3-ψ曲线拟合参数的变异性及参数间的相关性。结果表明：蒸汽法加湿土样是一种较为理想的增湿方式;湿胀条件下,w-ψ曲线与考虑体变的θw3-ψ曲线的差异程度与吸湿结束后的土样含水率有关;w-ψ曲线的变异性小于θw3-ψ曲线的变异性;拟合参数n的变异性小于参数a及m的变异性;w-ψ曲线及θw3-ψ曲线的对应拟合参数间呈线性关系。     

非饱和土渗透函数方程的间接确定

利用应力应变控制式非饱和土三轴仪,测定了非饱和土的基质吸力和体积含水量,由此得出粉质粘土一系列的土-水特征曲线,并由非线性曲线拟合得出土-水特征曲线方程,根据其与渗透函数的关系,推导出Mualem渗透函数方程的具体形式,由其计算得出的非饱和土的渗透系数和直接测量法得到的渗透系数较为一致,从而进一步证明了Mualem方程的具体形式的合理性。     

基于多模式分离的S变换与小波变换提取面波频散曲线对比分析

为了对比分析小波变换和S变换在计算瑞雷波频散曲线时的精度,通过设计两层介质和六层介质模型,采用交错网格高阶有限差分方法对两个模型进行正演模拟,利用F-K法分离出时间—空间域不同模态的瑞雷波记录,再采用小波变换和S变换计算出不同模态的瑞雷波频散曲线,分别与理论值进行对比分析,最后利用两种方法对实际资料进行处理。结果表明:利用小波变换计算得到的频散曲线在低频段误差相对较大,S变换计算得到的频散曲线精度总体高于小波变换。     

基于蝙蝠算法的适线法求解水动力弥散系数

利用弥散资料确定含水层弥散系数的标准曲线法在具体应用中存在较大的随意性,用一种基于蝙蝠算法的适线法进行一维流动二维水动力弥散模型中弥散系数的识别,在一定程度上解决了传统的标准曲线法求解含水层弥散系数中主观因素造成较大误差的现象,并能直接得出地下水流速。实例计算结果表明,基于蝙蝠算法的适线法是求解水动力弥散系数的一种高效方法,可广泛用于求解其他水文地质问题。      

基于微结构模拟的土体自相关距离分析

土体具有显著的空间变异性,描述土体空间变异性的重要指标是自相关距离。提出基于土体微结构模拟的方法来求解土体的自相关距离。在生成土体的微结构数值模型时,对四参数随机生长法（QSGS法）进行改进,考虑土体的粒径分布信息,使得生成的土体微结构更加合理。改进的四参数随机生长法（MQSGS法）所需的输入参数可以结合土体的扫描电镜试验及粒径分析试验获取。基于生成的土体微结构数值模型,即可计算土体的2点自相关函数,再通过曲线拟合即可求解土体的自相关距离。研究表明：与QSGS法相比,采用MQSGS法生成的土体微结构更加符合自然界的真实土体;基于MQSGS法生成的微结构数值模型计算得到的土体自相关距离略小于QSGS法得出的自相关距离。     

堆石料应力-应变关系的拟合方法研究

堆石料大量的大型三轴剪切试验结果表明,其轴向应变与径向应变关系并不完全符合双曲线关系,而是可以分成两段,依次用双曲线关系和直线关系来拟合,提出了一个计算两段关系拐点处径向应变的公式,对Duncan-Chang模型中泊松比的计算进行了修正。根据堆石料应力-应变关系试验结果,提出了一个用8参数拟合其应力-应变关系和体变关系的拟合方法,并将通过此方法得到的计算结果与试验结果进行对比,验证了拟合方法的精度。     

基于不确定度连续传递模型的标准曲线双误差拟合程序

"不确定度连续传递模型"是建立在"约克方程"基础上的双误差标准曲线回归新理论。文章简单介绍了这一理论的基本思路与数学模型以及根据该模型设计出的计算机程序。该程序可进行标准曲线的一次曲线、二次曲线、三次曲线、指数曲线和对数曲线的简单回归、一次曲线的Y-单误差(含相对误差和绝对误差)回归,一次曲线x、y双误差(含相对误差和绝对误差)回归,并可根据回归曲线计算出给定允许最大误差时的检出限。程序功能齐全、界面友好、使用方便,是化学检测实验室必备的工具软件之一。     

A generalization of distribution data for characterizing the performance of float-sink coal cleaning devices

The performance of float-sink coal cleaning devices customarily is characterized by a distribution curve, in which the percent of feed reporting to clean coal is plotted against specific gravity. For a given vessel and a given feed a family of distribution curves can be obtained, each having its own specific gravity of separation.This paper presents a method for combining these distribution curves at different specific gravities of separation, for a given coal cleaning vessel and a given feed, into a single, generalized distribution curve which is independent of the specific gravity of separation. This curve can be expressed in tabular form or it can be represented mathematically by an exponential type equation, known as a Weibull function.A different generalized distribution curve will be obtained for each of several different size fractions. A method is presented for utilizing these curves with feeds which encompass a broad spectrum of sizes.The well-known concepts of error area and probable error are extended to the generalized distribution curve. It is shown that the conventional probable error, and — under certain conditions — the conventional error area, are directly proportional to the specific gravity of separation for a given vessel and a given feed size.     

几种岩石强度准则的对比分析

采用常规三轴试验数据,以最小平均拟合差为评价指标定量地对比分析5种强度准则描述岩石非线性强度特征的适用性。结果表明：直线型Mohr-Coulomb准则不能描述岩石强度的非线性特征;抛物线型Mohr-Coulomb虽能描述岩石强度的非线性特征,但拟合误差较大,计算所得强度参数与事实不符,不宜使用;对于中低围压（ ）下岩石强度的非线性特征,单参数Bieniawski准则拟合精度与Hoek-Brown准则相当或稍好,拟合精度接近于指数强度准则,均优于双参数Bieniawski准则;在高围压下岩石强度非线性特征较为显著,应用单参数Bieniawski 准则或Hoek-Brown准则描述误差较大,三参数Bieniawski准则和指数强度准则拟合误差较小,可用于评价深部或特深部高应力状态下岩石的强度特征。     

基于正态分布时间函数地表动态沉陷预测研究

为了研究地表动态沉陷规律,基于正态分布时间函数,结合地表沉陷预测公式,构建了能够进行任意点任意时刻地表动态沉陷预测的函数模型,分析曲线形态系数对时间函数和计算误差的影响,讨论正态分布时间函数的时空完备性,建立了基于时间函数的地表动态下沉计算公式。以辛置煤矿五采区开采为例,利用空间曲面拟合方法求取了地表动态沉陷预测参数,并对特征点的下沉趋势进行了预测。结果表明,地表沉陷预测时曲线形态系数δ > 2为其合理取值,理论预测相对中误差不会超过±4.55%,且随着δ的增大,预测误差逐渐减小;正态分布时间函数在地表下沉、下沉速度以及加速度方面均体现了地表沉陷时空分布的完备性。基于叠加原理的空间曲面拟合求参方法能够进行预测参数的自动求取,地表特征点下沉趋势预测最大中误差为±64 mm,相对中误差为±5.7%,理论值与实测值相吻合,基于正态分布时间函数的预测模型能够体现地表动态下沉的时空分布特征。     

基于达维坚科夫骨架曲线的软土非线性动力本构模型研究

试验研究表明,上海地区软土的动力变形特性符合“应变软化”规律,可用达维坚科夫（Давидеков）模型描述。首先以达维坚科夫骨架曲线为基础,采用Masing法则,构造了土体加载、再卸载的动应力-应变关系滞回曲线,推导了达维坚科夫骨架曲线和卸载、再加载滞回曲线的增量剪切模量表达式。随后将土体动应力-应变关系曲线从一维推广到三维应变空间,基于FLAC3D提供的二次开发平台,编制了基于达维坚科夫骨架曲线和符合广义Masing法则的土体非线性动力本构模型计算程序,并且通过复杂加载路径验证了编制程序的正确性和合理性。以相关文献中的土体动剪切模量比 随剪应变幅值 变化,以及阻尼比 随剪应变幅值 变化的试验结果为依据,运用编制程序计算了不同剪应变幅值下的 - 和 - 曲线,并与文献试验结果进行了对比。研究结果表明,相比于工程上广泛应用的Hardin-Drnevich模型,基于达维坚科夫骨架曲线构造的本构模型所得到的软土 - 和 - 曲线能与试验结果更符合,进而验证了所建立的本构模型的合理性与实用性,其结果可用于上海地区软土场地的动力计算反应分析。     

小波降噪与粒子群优化综合回归爆破震动参数

爆破震动测试得到的数据常常具有较大的离散性,采用剔除错误数据和小波降噪对爆破震动检测数据进行预处理,以标准残差平方和作为爆破振动实测数据与萨道夫斯基公式拟合值偏差大小的判断依据,应用小波降噪对实测数据进行处理的方法,优化了粒子群算法对萨道夫斯基公式中的k和 的回归分析。研究结果表明,小波降噪和粒子群优化算法结合使用,能够较真实地反映爆破震动测试的真实情况,从而提高了对爆破震动测试模拟的精度。研究结果对爆破振动测试理论和工程实践具有一定的参考价值。     

Coal-cleaning distribution curve simulation: Fitting six different models by microcomputer

A microcomputer program for simulating coal-cleaning distribution curves has been developed and includes six different models and two different optimization methods. By displaying the simulated distribution curves on a graphic screen, the curves for different models can be compared and the most suitable model selected. The importance of using this graphics criterion as well as the conventional statistical measurements of error is illustrated. This program requires no user knowledge of either computer programming or of the mathematical procedures.     

膨胀土干湿循环过程孔径分布试验研究及其应用

采用压汞法对膨胀土干湿循环过程孔隙大小分布的演化规律进行了试验研究,结果表明,随着循环次数的增加,膨胀土的总孔隙体积、孔隙率和平均孔径等微结构参数均递增;分析了试验结果产生偏差的原因,其一是干湿循环过程中膨胀土试样的体积收缩,其二是孔隙形状和测试压力有限的影响,在此基础上对试验数据进行了合理修正。结合毛细管模型,利用修正的孔径分布曲线推算了膨胀土干湿循环过程中的土-水特征曲线,并分析了干湿循环过程中基质吸力的变化规律：以含水率28%为分界点,含水率大于该值时基质吸力随循环次数N的增加而线性递增,含水率小于该值时基质吸力随循环次数N的增加而线性递减;在此基础上,建立了基质吸力与循环次数之间的关系,为解释膨胀土力学特性的干湿循环效应开辟了一条新途径。     

干密度对路基性能的影响研究

通过滤纸法试验,测得3种干密度下的土-水特征曲线,拟合得到3种干密度下的Van Genuchten模型参数,分析干密度对土-水特征曲线及Van Genuchten模型参数的影响。通过室内回弹模量试验,分析压实度和含水率对回弹模量的影响,并建立回弹模量与压实度和含水率之间的关系式。基于水力耦合机制,结合试验结果建立地下水位变化作用下的路基湿度及变形的动态响应模型,计算地下水位从-6 m上升到-3 m后,路基的含水率和回弹模量分布以及路基的变形。计算结果表明,干密度对土-水特征曲线Van Genuchten模型参数产生显著影响,饱和体积含水率随着干密度的增大线性减小,残余体积含水率随着干密度的增大线性增大,参数a与进气值的倒数线性相关,参数n随干密度的增大线性增大;回弹模量随着含水率的增大而减小,随着干密度的增大而增大;地下水位上升导致路基土的含水率显著增加,回弹模量明显下降,引起不可忽视的路基变形;不同填筑压实度下,地下水位变化引起的路基变形差异很明显,控制路基土的压实度是提高路基土性能的有效途径。     

城市地下水赋存环境分析与数值模拟——以长春城区为例

以长春城区为例,分析了城市地下水赋存环境的演变,概化出该区的水文地质概念模型。将土地利用类型和供水管道渗漏对地下水补给的影响纳入城市地下水数值模拟中,经过模型识别,实测水位与计算水位的绝对误差<0.5 m,井点数占观测井总数的85%,经检验满足国家标准(GB/T14497-93)要求。结果表明,模型细化后,水位拟合精度有所提高。