青藏高原北缘变形动力学研究的一些新认识

地质矿产部“八五”重点深部项目“青藏高原北缘变形动力学研究”，通过对青藏高原北缘综合地质调查和研究(期间共完成40条、总长约1000km的路线剖面观察)，获得了一些重要地质信息和认识。     

突发地震灾害中无人驾驶救援车伺服控制系统研究

针对当前采用PID控制器控制无人驾驶救援车伺服系统时存在的轨迹跟踪精度不高,误差控制性能较差,灵活性、平稳性和安全性能不佳等问题,提出并设计基于BP神经网络整定PID控制器的无人驾驶救援车伺服控制系统,建立突发地震灾害中无人驾驶救援车伺服控制系统驱动模型,并以此模型作为被控对象;根据系统期望输出值与实际输出值构成的控制偏差获得PID控制规律,并通过调节PID控制器控制参数实现系统控制,在此基础上,采用BP神经网络通过对无人驾驶救援车伺服控制系统性能的学习,构建基于BP神经网络整定的PID控制器,并采用梯度下降法修正控制器加权系数,通过在线调整BP神经网络加权系数即可实现控制器的自适应调整,控制突发地震灾害中无人驾驶救援车实施救援。实验结果表明,设计的基于BP神经网络整定PID控制器的无人驾驶救援车伺服系统可有效提高轨迹跟踪精度,具有较好的灵活性,且能够保证驾驶员的安全和车辆平稳行驶。     

应用经验正交函数估算顶部电离层电子密度剖面

本文基于IRI模型、地面数字测高仪和GNSS TEC数据,提出了一种利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)估算顶部电离层电子密度剖面的方法,并将其应用于美国Millstone Hill测高仪和GNSS数据以估算顶部电离层电子密度剖面.通过将估算的临界频率、峰值高度、400km以上电子密度分别与测高仪实测临界频率、测高仪实测峰值高度以及非相干散射雷达实测400km以上电子密度作对比以对方法的有效性进行验证.统计结果显示估算临界频率、峰值高度与测高仪实测数据基本一致,400km以上估算电子密度相较于非相干散射雷达实测的绝对误差平均值仅是测高仪推算400km以上电子密度绝对误差平均值的一半左右.所以本文提出的方法可以更加精确地估算顶部电离层电子密度.     

基于LWPC和IRI模型的NWC台站信号传播幅度建模分析

频率为3~30 kHz的甚低频（VLF,Very Low Frequency）电磁波具有波长长、传播距离远的特点,能够沿地面-低电离层波导进行传播,在通信、导航等许多领域都被广泛应用.基于波导模理论的长波传播模型（LWPC,Long-Wavelength Propagation Capability）能够用于计算甚低频波的传播路径及幅度,进而研究耀斑、磁暴、地震等事件对电离层的扰动.本文利用国际电离层参考模型（IRI,International Reference Ionosphere）对LWPC中电子密度和碰撞频率进行改进,并将模拟结果与武汉大学VLF接收机实际观测到的NWC （North West Cape）台站信号幅度进行比较分析,结果表明改进后LWPC模型得到的幅度及变化趋势与实际值更加接近.LWPC模型给出的电子密度与IRI模型得到的电子密度在日间基本一致,但是在夜间存在差异,造成夜间部分区域NWC台站信号幅度的差异性,验证了电离层电子密度对于VLF信号传播具有的重要影响.传播路径上的晨昏变化也可以引起VLF信号幅度分布的突变,在日出和日落时间段内存在明显的过渡区域.基于IRI模型的LWPC,改善了VLF电波传播过程的预测分析效果,提供了一种长波导航通信质量的评估方法.     

青岛台体应变短周期气压系数变化原因探讨

青岛台体应变短周期(小于128 min)气压系数2018-01出现阶变，通过对观测系统、台站周边施工情况、监测环境等逐项现场核实，排除观测系统、周边施工的影响。利用离散小波变换和回归分析发现，钻孔水位的气压系数与体应变气压系数同步阶变，结合台站钻孔施工当天体应变钻孔水位变化、体应变趋势变化、其他相邻台站水位气压系数变化等数据认为，台站钻孔施工是导致体应变气压系数变化的原因，并定性分析其变化机理。     

花岗岩残积土动态冲击性能的SHPB试验研究

为研究花岗岩残积土的动态冲击性能,开展了高速冲击下的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,与常规应变率下的试验结果比较,分析了高应变率对花岗岩残积土的应力?应变特性和强度的影响。结果表明：低、高应变率下的花岗岩残积土的?-?a（轴向应力?轴向应变）曲线均呈现出软化型。随着应变率 增加,?-?a曲线向?a增大的方向移动,破坏应变?af增加。但高应变率下?af增加的程度更加明显。花岗岩残积土的峰值强度普遍具有应变率依赖性,二者可用直线关系拟合,但低、高应变率下的拟合关系并不一致。提出了率敏性因子m定量评价依赖性强弱。研究发现,随着应变率的提高,强度的应变率依赖性减弱,低应变率下的m为26.694,而高应变率下仅为0.013。相关试验结果指出,高速冲击荷载对土体总体有害。工程中应该采取合理措施控制冲击荷载的危害。该研究有助于深化花岗岩残积土动态冲击性能的理解,为相关工程的施工与设计提供技术参考。     

级配碎石填料大三轴试验及累积塑性应变预测模型

级配碎石作为重载铁路基床表层的主要填料,其受列车荷载的影响最大。因此,研究级配碎石在循环荷载作用下的动力行为及累积塑性应变演化特征变得尤为重要。首先,通过制备不同细粒含量的级配碎石填料,开展一系列大型动三轴试验,探究细粒含量、围压及动应力幅值对循环荷载作用下试样累积塑性应变的耦合影响机制。其次,基于塑性安定理论,确定不同应力水平下试样的动力行为,得到考虑围压及细粒含量参数的塑性蠕变状态临界动应力计算模型。最后,结合试验数据,建立考虑应力水平及细粒含量参数的塑性蠕变动力行为累积塑性应变预测模型,并明确各参数的物理意义。其研究成果可为既有重载铁路路基健康状态评估及考虑强度、变形综合控制的路基结构设计提供参考。     

合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术在多年冻土区地表变形监测中的应用

多年冻土区地表变形严重影响着区域内生态环境和工程设施的稳定性。合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometric synthetic aperture radar, D-InSAR）技术作为一种新型的空间对地观测技术, 为多年冻土区地表变形监测提供了新方法。通过近20年的不断深入研究, 利用D-InSAR技术的多年冻土区地表变形监测取得了大量研究成果。首先介绍了D-InSAR技术测量地表变形的理论基础, 进而概述了D-InSAR技术在多年冻土区地表变形测量中的应用现状, 然后总结了D-InSAR测量过程中存在的关键问题及可能的解决方法。在此认识和分析的基础上, 对D-InSAR技术今后在多年冻土区地表变形监测中的发展方向进行了探讨, 以期为D-InSAR技术在多年冻土区地表变形监测中的推广应用和深入研究提供参考。     

燕山中部大地热流及岩石圈热结构特征——以承德市七家- 茅荆坝地热田为例

燕山中部地区地热资源丰富,地热地质条件较好,但该地区大地热流测量工作较少,岩石圈热结构研究尚未开展,制约了该地区的地热地质研究与资源勘探开发。本文以该地区的七家-茅荆坝地热田为典型区,结合地温测井、取样测试、数据收集与分析,初步查明燕山中部大地热流特征及浅部-深部岩层热物性特征,填补了大地热流值测量空白区,在此基础上建立了研究区热结构概念模型,估算其深部地温分布。研究得出燕山中部大地热流值变化较大,平均约57 mW/m~2,与周边温泉水温存在较好的相关关系。其中七家-茅荆坝地热田大地热流值较高,为74.9 mW/m~2。通过深部地温分布计算得出七家—茅荆坝地区居里面埋深为21.5～22.8 km,莫霍面温度约815℃,分析结果与前人研究成果较为一致,验证了本文所建立岩石圈热结构模型的准确性。     

天然裂缝影响下的花岗岩水力裂缝扩展数值模拟

水力压裂技术是成功实现干热岩资源开发利用的重要手段之一,数值模拟技术能够精准预测水力裂缝扩展。针对典型花岗岩,借助黏性单元法,分别模拟了致密花岗岩和天然裂缝存在情况下的水力裂缝扩展特征,得出以下结论：致密花岗岩的水力裂缝形态单一,天然裂缝的存在增加了压裂后裂缝的复杂性;致密花岗岩水力裂缝拓展主要分为憋压和拓展两个交替往复的阶段,当存在天然裂隙时,水力压裂过程会变得复杂;天然裂缝存在时,水力裂缝的缝长和缝宽分别为致密花岗岩的5. 7倍和1. 7倍;缝网的形成需要借助复杂的压裂工艺实现。研究结果可以为增强型地热系统(EGS)储层水力刺激工作提供理论支持。