地质系统的复杂性——地质科学的基本问题（I）

笔者根据其所提出的“地质作用与时空结构是一切地质现象的本质与核心”的自然哲学理念将地质科学的学科体系划分为地球物质的成分与结构，地质作用，地质学场与地质系统的演化等四大基本领域，它与9个重大基础地质问题以及与其相关的基础理论问题相对应（表2）。笔者将其已发表的地质科学的复杂性理论“地质作用的临界过程动力学－－地质系统以混沌边缘分形生长”应用于研究9个重大基础地质问题，着重对于其中所包含的主要基础理论问题的实质及其理论与研究方法作较深入而简要的剖析。目的是通过将地质系统的复杂性作为地质科学的基本问题的新视角对古老而常新的地质科学进行再认识，将重大基础地质问题的研究提高到非线性科学和复杂性理论的层次，并实现地质科学向精确科学的跨越，取得突破性进展。     

陆态网络GNSS基准站地壳运动速度场分析

针对中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)中观测数据处理的期数过少或解算成果的坐标系统不统一等问题,该文在ITRF2008中对陆态网络239个GNSS基准站从2010年1月至2013年8月的观测数据进行解算,获取站点的坐标时间序列,估计了站点的水平和垂直运动速度场,并分析了中国大陆地壳运动特征。结果表明:GNSS基准站在ITRF2008中的坐标时间序列整体上符合线性变化趋势,东西方向的幅度变化大,高程方向受观测噪声的影响较大一些;高程方向相比较水平方向的年周期性更为明显;水平速度场明显有自西向东运动的趋势,且西藏块体中测站变化最为明显;垂直运动速度场中,华中、华南、华东块体中测站存在较低速率的下降,其他块体的测站存在较低速率的隆升。     

海上平台桶基负压沉贯阻力与土体稳定数值计算研究

用有限元分析方法对桶形基础负压沉贯过程中流场进行动态模拟,提出桶形基础沉贯阻力计算方法和土体稳定有限计算方法,提出桶内土体稳定性判断准则,计算结果表明所提方法是合理的,并具有工程实用性。     

安徽胡家碾地区井中地电异常现象探讨

以岩石电性特征差异为基础的电测井,在金属矿产、地下水资源勘探中,发挥着重要的作用。在视电阻率测井装置中,地井系统是较为常用装置形式。通过安徽省胡家碾地区地质背景和钻孔地层以及对井中电法测量资料的分析对比,探讨了井中地电异常产生的原因及与寻找地下水的关系,认为井中负视电阻率异常与井中正自然电位异常相对应时,通常是寻找地下水的有利地段。     

岩石变形局部化的实验研究

用光弹贴片法、声发射技术和电视录象的方法,研究了山东济南辉长岩试件（15×45×90mm3）。在平面应力状态下,单轴压缩加载的过程中,岩石表面（45×90mm2）的应变场的等差线（即最大剪切应变的等值线）条纹图案的连续变化过程。 在加载到峰值载荷的88％—95％时,高级次的等差线条纹在包含即将发生的断层面的区带中高度集中。变形集中区的主应变差（最大剪切应变）的值比周围介质可高出5—6倍。 变形局部化的趋势比声发射率剧增要早得多。     

太原盆地西温庄地热田地热地质条件分析

叙述了西温庄地热田所处区域的地质构造特征,分析了地热田盖层、热储层岩性及埋藏条件。以西温庄地热田XD-1供水井为例,对地热田的水化学特征、温度场特征进行了分析研究,推算了奥陶系中统岩溶含水层的热储层温度。证明了该地热田为适宜开采、经济的地温地热田。     

基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模

使用较为先进的信息化手段,能够为城市的规划、建设、管理、运营以及一些应急措施的应用发挥良好作用。三维数字城市的建模,能够在很大程度上有效提高政府的实际服务和管理水平,从而有效增强城市的管理效率,为有效节约城市资源发挥重要的作用。本文主要从数字城市进行三维建模的现实状况入手,对倾斜摄影技术的内涵和技术特征进行详细分析,从而介绍基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模项目的具体实施情况。     

地表水入渗对垃圾填埋场水质水量影响的数值模拟分析

将填埋垃圾视作一种特殊土体,建立了综合描述垃圾填埋场内渗滤液水分的饱和-非饱和渗流、垃圾土体沉降变形、有机污染物的释放、迁移、转化,以及微生物的生长、衰减等物理化学过程的多场耦合仿真分析模型,将任意的Lagrangian- Eulerian（ALE）方法引入到模型求解中,基于自行开发的仿真分析程序,开展了地表水入渗对垃圾填埋场水质、水量影响的数值仿真分析研究。模拟结果表明：300 d的非饱和水分入渗及内源水产生可使填埋单元内渗滤液饱和液面最高达6 m;地表水入渗对水相可溶性可降解有机物浓度和厌氧微生物浓度具有显著的影响,并间接地影响固相可溶性可降解有机物和微生物的浓度分布。     

相关距离分析与勘察钻孔取样间距的合理确定

在场地岩土工程勘察中,为使所取土样之间满足数据独立性的要求,本文提出应使钻孔取样间距等于土的相关距离,这样能真实、准确地反映地基土的特性。根据Vanmarcke提出的随机场模型,结合数理统计和随机过程理论,采用递推平均法计算得到土的相关距离,其计算数据来自现场静力触探试验。     

井下凿岩机器人自主操作方法研究进展

目前钻孔机器人位姿调节多采用手动遥控调节与人工复测结合,未实现全自动调节,开环控制精度低、自动化能力低、无法实现煤矿用探放水、防突和防冲钻孔机器人精确开孔定位与孔群全自动施工。通过分析钻孔机器人钻臂结构和动作,建立了钻臂运动学模型;通过对加工误差、机身变形、装配间隙等影响因素分析,发现采用回转减速器蜗轮蜗杆结构间隙会引起倾角和方位角误差放大,并在机身平时会引起倾角和方位角误差最大达0.85°;为消除误差,首先采用传统钻臂运动学误差补偿方法建立了钻臂静、动态误差补偿模型,利用全站仪测试关节间隙和变形量,基于补偿模型和RBF神经网络法求逆解得到误差补偿量,钻臂期望位姿与实际位姿误差的x方向平均误差为9.6 mm,y方向平均误差为18.2 mm,z方向平均误差为16 mm,满足工程应用要求;其次为解决传统全站仪试验测量的方法的复杂性和非实时性问题,提出了一种通过激光测距仪和高精度开孔定向仪组合获得位姿误差检测的方法,通过测距实时计算实际和理论倾角、方位角差值,作为误差补偿后的新倾角和方位角的控制输入量,对钻臂进行实时误差检测与补偿;最后利用传统全站仪精度检测方法对激光测距组合位姿误差补偿模型进行验证。试验表明：激光测距组合定位误差检测法最大误差差值在±0.5°以内,方位角最大误差在±0.5°以内,比未采用误差补偿前分别提高了41.1%和37.5%,满足了钻孔机器人开孔定位误差要求。在煤炭行业开展了钻孔机器人钻臂在线精确定位与误差补偿研究,对钻孔机器人精确自动开孔定位及孔群全自动施工具有重要的借鉴和指导意义。