基于二次抛物线型强度包络线的管桩挤土效应分析

假定管桩在沉桩时的挤土过程是一个圆柱形孔扩张过程。基于具有抛物线型强度包络线和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析研究。分析了桩周土体周围土体的弹塑性力学行为,得到应力场和位移场等的表达式,并求得其塑性区半径、孔内最终压力。其结果可以为管桩工程问题提供理论依据。     

基于二次抛物线型Mohr准则的悬臂式崩塌破坏机制及失稳判据研究

悬臂式崩塌是崩塌灾害中较常见的类型,它一般常见于河谷和具有软硬相间坡体结构的岩质边坡中。边坡在差异风化作用下,在其坡脚往往形成岩腔,并最终发育形成悬臂式崩塌。悬臂式崩塌是一种常见的地质灾害,在宏观上表现为倾倒变形特征。由于该类型崩塌的形状尺寸差异较大,其破坏模式具有较大差异,目前还无法定量描述其破坏过程。因此根据悬臂式崩塌的变形破坏特征,采用力学分析方法建立了基于二次抛物线型Mohr准则的悬臂式崩塌张拉破坏和剪切破坏的判定公式。判定公式计算结果和物理模拟试验结果对比分析表明:悬臂式崩塌的拉张安全系数要远小于剪切安全系数,试验模型随着裂纹的扩展,首先发生拉张破坏,随后裂纹继续扩展到一定深度,模型发生剪切破坏。判定公式能较好地定量描述悬臂式崩塌的变形破坏过程的各个阶段,准确地定量揭示悬臂式崩塌的变形破坏机制。     

直接搜索-模拟退火法在水污染控制系统规划中的应用

在研究新近发展起来的模拟退火算法及其各种改进算法的基础上,提出并构造了一种水污染控制规划的以记忆为基础的直接搜索 模拟退火算法(DSA),并将其应用于新疆乌鲁木齐水磨河排放口最优化处理规划中,在满足水质要求的同时,得到了更优的全局最优解。DSA具有编程简单、易实现、运算效率高、运用方便、结果稳定等优点,为水污染控制系统规划提供了一个新的方法,具有很好的应用前景。     

Reduced-order optimal control of water flooding using proper orthogonal decomposition

Model-based optimal control of water flooding generally involves multiple reservoir simulations, which makes it into a time-consuming process. Furthermore, if the optimization is combined with inversion, i.e., with updating of the reservoir model using production data, some form of regularization is required to cope with the ill-posedness of the inversion problem. A potential way to address these issues is through the use of proper orthogonal decomposition (POD), also known as principal component analysis, Karhunen–Loève decomposition or the method of empirical orthogonal functions. POD is a model reduction technique to generate low-order models using ‘snapshots’ from a forward simulation with the original high-order model. In this work, we addressed the scope to speed up optimization of water-flooding a heterogeneous reservoir with multiple injectors and producers. We used an adjoint-based optimal control methodology that requires multiple passes of forward simulation of the reservoir model and backward simulation of an adjoint system of equations. We developed a nested approach in which POD was first used to reduce the state space dimensions of both the forward model and the adjoint system. After obtaining an optimized injection and production strategy using the reduced-order system, we verified the results using the original, high-order model. If necessary, we repeated the optimization cycle using new reduced-order systems based on snapshots from the verification run. We tested the methodology on a reservoir model with 4050 states (2025 pressures, 2025 saturations) and an adjoint model of 4050 states (Lagrange multipliers). We obtained reduced-order models with 20–100 states only, which produced almost identical optimized flooding strategies as compared to those obtained using the high-order models. The maximum achieved reduction in computing time was 35%.     

河套灌区井渠联合运用优化灌溉模型

针对河套灌区的地面水与地下水联合运用问题,提出了井渠结合优化灌溉模型,以最佳种植模式和最优工程运行策略,达到控制地下水位、防治土壤盐碱化、获得农作物稳产高产的目的.模型有调蓄地面水源、土壤贮水层、地下含水层的能力.优化计算成果与266.7hm2试验示范区的实际运行结果相吻合,节水、节能、增产及控制地下水位、改良盐碱地等效果十分显著,这对发展节水型灌溉农业具有重要的现实意义.     

黄河流域水资源调控方案评价与优选模型

在明确黄河流域水资源调控目标的基础上,结合黄河流域的水资源利用特点,从水资源利用效果和可持续发展两个方面,提出了体现水资源调控目标的指标体系;将效用理论、人工神经网络理论和理想点技术结合,建立了调控方案水资源利用效果评价模型;从可持续发展的内涵和流域水资源利用的角度,提出了流域水资源调控方案可持续发展评价的准则和量化评价方法。用黄河流域水资源调控方案验证了模型和方法是合理可行的。     

一种面向水质监测的地球空间传感器网络架构

地球空间传感器网络将无线传感器网络与地理信息系统、全球定位系统、卫星遥感等技术进行了有效的交叉与融合,但目前仍缺乏统一的体系结构;因此,提出了一种面向水质监测的地球空间传感器网络架构,重点内容是其中数据管理子系统的软件设计与具体实现。考虑到监测数据具有分布式、多源、异构等特点,因而数据管理子系统的设计是基于面向服务的软件体系架构（SOA）,采用富互联网应用（RIA）技术作为主要的软件开发方式,使整个系统具有自动刷新、负载平衡等特点。通过在加拿大安大略省的具体应用,与传统的各种水质监测手段进行对比,该架构具有监测内容更全面、数据显示更直观等优势。     

全断面岩石掘进机滚刀最优刀间距计算公式研究

基于剪切与张拉破岩机制,提出拉剪综合失效机制假设;建立了非协同切削与协同切削体积模型,推导了协同切削模式的滚刀比能耗理论模型;通过离散元仿真得到滚刀侵入岩石裂纹长度与贯入度的映射关系;推导出滚刀最优刀间距理论公式;以全断面岩石掘进机（TBM）回转切削试验台为基础,水泥模拟料为切削对象,通过多次压痕试验得到滚刀贯入度和岩石裂纹长度的趋势曲线,验证了仿真结果;通过滚刀滚动破岩进行了12组不同贯入度与刀间距的物理切削试验,统计滚刀做功与岩石破碎体积,拟合得到比能耗关系曲线,验证了最优刀间距理论公式的结论。研究表明：TBM滚刀最优刀间距计算公式综合考虑了岩石特性与滚刀结构特性,适应性较广泛;刀间距超过滚刀协同工作距离时,滚刀破岩以剪切破碎为主;刀间距小于2倍岩石裂纹长度时,张拉破碎的影响更加明显;随着贯入度的增加,最优刀间距逐渐增大,而最优滚刀间距S与贯入度P之比（S/P）值则逐渐减小。     

考虑层间剪应力作用的煤矿岩层控制理论探讨

目前已被广泛应用的煤矿开采的关键层理论对煤矿岩层控制提供了重要理论依据,并合理解释了煤矿开采矿压显现现象。该理论认为煤矿开采引起的岩层破断、失稳后形成的铰接结构控制了覆岩的运移规律,但其忽略了层与层之间剪应力对覆岩破断运移规律的影响。基于岩层间存在剪应力这一假设,建立了覆岩组合梁力学模型,获得了非均质组合梁剪应力理论解;提出了考虑层间剪应力的关键层判断步骤,并修正了煤矿开采关键层破断距的计算公式;研究认为关键层控制的上覆岩层并不一定同时随其破断;基于双层岩层开采模型,分析提出了柔性控制层概念：即关键层破断后起到类似关键层作用而控制上覆一层或几层岩层变形的一类岩层;进一步提出了柔性控制层的判别方式,探讨了柔性控制层对关键层复合破断和矿压显现规律的影响,分析认为柔性控制层的存在一定程度上减弱了周期来压强度并产生二次伴随来压现象;结合工程案例,验证了该假设的合理性。     

基于分数阶傅里叶变换的探地雷达子波提取算法

针对探地雷达子波提取问题,提出了一种基于分数阶傅里叶变换的子波提取算法。假设探地雷达地下介质模型为线性系统并是时变的,并且子波在传播过程中不变,把子波和地层信息描述为一个时间的积分形式。分数阶傅里叶变换是酉变换,具有保范性,把子波的提取问题转化为在分数阶傅里叶变换域上的最优滤波问题。对分数阶傅里叶变换的阶数p在(－2,2]范围以1/300为步长进行了搜索,在分数阶傅里叶变换域上找到最优解,最后经过分数阶傅里叶变换反变换得到子波估计的时域信号。仿真实验首先验证了分数阶傅里叶变换最优滤波算法的正确性,然后利用探地雷达实验数据提取了子波,验证了该算法在提取子波中的有效性。     

环状河网水质模型在水污染控制规划中的应用

结合一维圣维南方程及CSTR水质概念模型的机理,开发了平原环状河网非稳态水质模型,并用于温州市温瑞塘河水污染控制规划的编制中。模型由水文子模型和水质子模型两部分构成,描述了水体中COD、氨氮和DO浓度随时间、空间的动态变化。利用新开发的模型,采用试错法,估算了河网的水环境容量,并以此为基础确定了远、近期污染物排放控制目标;通过研究水质恢复的滞后性,提出可以采取引水冲污、人工曝气复氧等非常规措施来改善河网水质;并且利用情景分析方法,分别设定不同流量与不同开闸方式相组合的9种冲污情景,定量化探讨了引水冲污方案;根据曝气复氧对河网水质改善的作用特征,筛选出需要曝气复氧的重点河段和次重点河段。     

河南省煤矿水害的构造控制作用研究

河南省煤矿系我国大水矿区,水害问题严重制约全省煤炭工业的发展。本文根据大量原始水文地质资料和矿井突水案例,综合分析和研究了煤田构造对矿井突水的控制作用,并提出了相应的研究对策,对矿井水害的治理具有一定的实用意义。