一种实时场地校正方法及其在地震预警中的应用

地震预警系统对地震数据处理的实时性要求极高。其系统数据来源除布设在基岩的测震台站外,还有大量非基岩场地的强震动台站和地震烈度仪台站,其场地影响不容忽视。为了考虑震级估算和地震动场预测中的场地影响,需实时对各种场地条件下的地震波形进行校正。目前处理一般使用某个标量来表征场地放大效应。本文采用一种实时的场地校正方法,首先计算目标场地与参考场地的谱比,然后通过最小二乘法、双线性变换将谱比转化为因果递归的无限冲激响应(IIR)时域滤波器,之后可以应用该滤波器进行实时场地校正。该方法考虑了场地放大系数的频率依赖性,相比于标量校正提高了准确度。应用我国四川和日本部分强震动台站记录,验证并讨论了这种实时场地校正方法在地震预警中的应用效果。     

具有低频超宽衰减域的部分埋入式表面波屏障

针对低频Rayleigh表面波,设计了部分埋入式工字形截面周期波屏障。利用有限元方法计算了结构的频散曲线,分析了带隙的形成机理,讨论了屏障埋入土体深度和截面参数对带隙的影响,在此基础上设计了具有低频超宽衰减域的梯度及分段梯度波屏障并计算了其传输谱。结果表明:周期波屏障存在较宽带隙,板埋入深度和端部尺寸是影响带隙的关键参数,通过参数调节可实现不同频段Rayleigh波的调控。工字形变截面波屏障比等截面具有更优越的隔震性能且节省材料。梯度及分段梯度波屏障显著拓宽了衰减域的频率范围,对1.5~20 Hz范围内的Rayleigh表面波实现了全覆盖,用小尺寸控制了大波长。     

空间波数混合域磁异常场积分解三维数值模拟

本文提出一种空间波数混合域磁异常场三维数值模拟方法.该方法利用磁位三维空间域积分为卷积的特点,沿水平方向进行二维傅里叶变换,把空间域磁位满足的三维积分问题转化为不同波数之间相互独立的垂向一维积分问题.保留垂向为空间域,优势之一在于便于浅层单元剖分可适当加密,随着深度增加,单元剖分适当稀疏,可以准确模拟任意复杂地形和磁性体的磁异常,兼顾了计算精度与计算效率;优势之二在于一维积分垂向可离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征磁化强度,可得出单元积分的解析表达式,计算精度高、效率高.该方法充分利用一维形函数积分的高效和高精度、快速傅里叶变换的高效性及算法高度并行性,实现了磁异常场高效、高精度的数值模拟.设计棱柱体模型,将模型解析解与空间波数混合域法的数值解对比,结果表明该方法计算精度高、效率高.设计了组合棱柱体复杂模型,对比分析了标准FFT扩边法与Gauss-FFT法的计算精度与计算效率,总结了标准FFT的扩边系数选取策略.针对任意复杂地形条件下的磁异常模拟问题,本文提出一种适用于起伏地形条件下的磁异常场快速计算方法,并对其有效性进行了验证.     

关于土层地震反应分析中阻尼矩阵建模方式的讨论

阻尼矩阵的选择对土层时域内地震反应计算的准确性有重要意义。本文构造了质量比例阻尼、刚度比例阻尼、Rayleigh阻尼、Caughey阻尼和Clough阻尼矩阵,研究各阻尼对土层地震反应分析精度的影响。以苏通大桥5号桥塔基础处的工程场地为例,分别以人工合成基岩波,Northridge波、Parkfield波和汶川波为输入,得到不同阻尼模型下土层的地震反应,结果表明Clough阻尼在计算精度和误差稳定性上要优于其他阻尼模型,针对Clough阻尼的不足之处提出了改进方法,算例表明改进后的Clough阻尼能在保证计算精度的前提下减少计算机的存储量和计算量。     

An axi-symmetric infinite element for transient radial flow problems

The formulation of an axi-symmetric infinite element for transient analysis of flow problems in unbounded domain is presented. The theoretical basis as well as the implementation of the element is discussed, and the element decay function is derived using the analytical solution of a one-dimensional axially symmetric configuration. The form of decay within the element is described as a function of both time and space, and thus the hydraulic head distribution in the far field is simulated rigorously. The accuracy and the efficiency of the proposed element are demonstrated through several numerical examples in infinite media. In general, it is shown that using the present infinite element transient flow problems in unbounded domains can be simulated effectively. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于模型约束的Kirchhoff积分法叠前深度成像

与时间域偏移方法比较,叠前深度偏移成像方法能够适应剧烈横向速度变化、陡倾角反射的地震资料。本文通过研究Kirchhoff叠前深度偏移方法成像原理,首先建立初始速度模型;然后在初始速度模型中加入了目标地质体--盐丘作为层位,对初始速度模型进行优化,在层位的约束下通过多次迭代计算,对优化前后的两个速度模型求取旅行时差更新初始速度模型;最后利用更新后的初始速度模型进行Kirchhoff积分法叠前成像。叠前时间偏移和模型约束下的Kirchhoff积分法叠前深度偏移成像结果显示,后者成像具有更高的信噪比和分辨率。     

基于小波变换和数学形态学的潮沟提取方法研究

潮沟是潮滩的主要地貌类型之一,潮沟信息的检测对湿地生态环境的监测和保护有着重要意义。本文以长江口九段沙下沙北部发育比较复杂的潮沟为研究对象,使用2016年1月26日Landsat8全色波段数据,采用了一种融合小波变换、最大类间方差法和数学形态学的方法对潮沟边缘信息进行了检测。小波变换中通过减小高层小波系数,达到弱化潮滩灰度变化的目的;通过增大低层小波系数,达到增强潮沟信息的目的;利用数学形态学和图像之间的几何(加减乘)运算,完成潮沟的提取;最后,分别在原始数据和检测结果相应的位置取样进行精度验证,样方潮沟面积一致性精度平均为92.1%。     

Hydroelastic response of marine risers subjected to internal slug-flow

It is the purpose of this study to investigate the dynamic behaviour of catenary pipelines for marine applications, assuming the combined effect of harmonic motions imposed at the top, and the internal slug-flow. The analysis is based on the assumption of a steady slug-flow inside the pipe that results in a relatively simplified model for the formulation of the internal flow. The slug-flow model is described using several assumptions and empirical correlations which attempt to reveal the ill-understood and concealed properties of the slug-flow. The pipeline dynamics are investigated in the two dimensional space omitting the out-of-plane vibrations. The system of differential equations is generic and accounts for the steady effect of the internal liquid as is conveyed through the structure.The two models, those of the internal slug-flow and the pipeline’s dynamical model, are properly combined through the internal flow terms of the dynamic equilibrium system. The solution provided is achieved using a frequency domain technique which is applied to the linearized governing set. The effect of the slug-flow is assessed through comparative computations with and without internal flow effects. The conclusions are drawn having the structure excited under axial and normal motions paying particular attention to the variation of the dynamic components along the complete length of the pipeline.     

基于磁偶极子的频率域电磁系统几何误差分析

基于磁偶极子模型的频率域电磁法仪器在进行大地探测的过程中,由于收发线圈的安装误差、晃动以及材料的几何形变等因素影响,收发线圈的位置及姿态角发生变化,从而产生几何误差,而几何误差的定量分析对频率域电磁法仪器在制作、野外实验操作以及校正方面均具有很强的指导意义。本文根据误差来源的不同,将几何误差分为一次场误差和二次场误差两类;通过引入一次场张量矩阵和二次场张量矩阵,基于均匀大地模型正演得到9种线圈架构接收线圈接收到的一次场及二次场,并以微分的方式定量地分析了9种线圈架构收发线圈位置及姿态角变化引起几何误差的变化特征。对9种线圈架构的几何误差分析可知:在几何形变引入的一次场误差中,仅有PERyz、PERzy线圈架构不包含位置变化的一次项误差,仅有VCA、VCP及HCP线圈架构不包含姿态角变化的一次项误差;在几何形变引入的二次场误差中,PERzx、PERxz线圈架构最大,而VCA、VCP及HCP线圈架构受高度及收发距变化的影响很大,需要实时测量并进行校正,VCP线圈架构受收发距变化以及姿态角变化的影响最小。     

基于新的差分结构的时-空域高阶有限差分波动方程数值模拟方法

传统的高阶有限差分波动方程数值模拟方法采用高阶差分算子近似空间偏导数,能有效抑制空间频散.然而,传统的有限差分法仅采用二阶差分算子近似时间偏导数,这使得地震波场沿时间外推的精度较低.当采用较大的时间采样间隔,传统的有限差分法模拟波场会出现明显的时间频散,甚至不稳定.本文基于新的差分结构和中心网格剖分,发展了一种空间任意偶数阶精度、时间四阶和六阶精度的时空域有限差分方法.基于对离散后的频散关系进行泰勒展开,本文推导了时空域高阶有限差分算子的差分系数.相速度分析表明时间四阶、六阶精度的差分方法能显著地减小传统时间二阶精度差分方法的时间频散.在相同的精度下与传统差分法比较,本文发展的时间四阶、六阶有限差分方法的计算效率比传统方法高.均匀和非匀均介质中的波场数值模拟实验进一步证实本文研究的时空高阶有限差分方法的优越性.