Inverse Analysis of Deep Excavation Using Differential Evolution Algorithm

This paper presents the applications of the differential evolution (DE) algorithm in back analysis of soil parameters for deep excavation problems. A computer code, named Python‐based DE, is developed and incorporated into the commercial finite element software ABAQUS, with a parallel computing technique to run an FE analysis for all trail vectors of one generation in DE in multiple cores of a cluster, which dramatically reduces the computational time. A synthetic case and a well‐instrumented real case, that is, the Taipei National Enterprise Center (TNEC) project, are used to demonstrate the capability of the proposed back‐analysis procedure. Results show that multiple soil parameters are well identified by back analysis using a DE optimization algorithm for highly nonlinear problems. For the synthetic excavation case, the back‐analyzed parameters are basically identical to the input parameters that are used to generate synthetic response of wall deflection. For the TNEC case with a total of nine parameters to be back analyzed, the relative errors of wall deflection for the last three stages are 2.2, 1.1, and 1.0%, respectively. Robustness of the back‐estimated parameters is further illustrated by a forward prediction. The wall deflection in the subsequent stages can be satisfactorily predicted using the back‐analyzed soil parameters at early stages. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

博格达造山带东段早石炭世火山岩地球化学特征及构造属性

博格达造山带东段克孜库都克地区七角井组玄武岩和中酸性火山碎屑岩及少量流纹岩在时空上构成双峰式火山岩组合。玄武岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为331.0±3.0Ma,属于早石炭世晚期;Si O2含量为47.68%~48.82%,Ti O2含量(1.83%~2.17%)略高于N型大洋中脊玄武岩,高Al(Al2O3含量为15.56%~16.09%),富钠贫钾(Na2O/K2O=5.44~7.76),低Mg(Mg O含量为5.97%~7.17%,Mg#为43~47),表明其原始岩浆发生过明显的橄榄石和辉石的分离结晶作用。玄武岩具有近于平坦的稀土配分模式,轻微负Eu异常(δEu=0.89~0.93),相对富集Rb、Ba、P,亏损Th、Nb、Ta、Sr、Ti等不相容元素。火山岩岩石地球化学特征表明:研究区玄武岩可能是亏损尖晶石相地幔橄榄岩向石榴石相地幔橄榄岩过渡的产物,且在其上升过程中受到较弱程度的地壳物质混染,形成于陆内裂谷环境,其地球动力学体制可能与古亚洲洋壳向先存的准噶尔-吐哈陆块斜向俯冲,产生的侧向撕裂力拉张陆块有关。克孜库都克地区早石炭世玄武岩构造属性的确立进一步证实了博格达造山带在石炭纪时期处于大陆裂谷演化过程的观点,为进一步深入理解博格达地区石炭纪构造岩浆演化过程提供了新的地质与年代学依据。     

非洲东北部阿拉伯-努比亚地盾(ANS)构造演化与金成矿作用

阿拉伯-努比亚地盾(Arabian Nubian Shield,简称ANS)是900~550Ma期间冈瓦纳超大陆汇聚过程中形成的增生造山带,这一造山过程也被称为是泛非造山运动。它记录了一个长期的造山演化历史,经历了从大洋俯冲、岛弧形成及弧后的岩浆作用到大陆板块碰撞地体的拼合,再到新生地壳的逃逸构造、走滑剪切、张性断裂一系列的构造演化过程。这个演化可以分为四个阶段:(1)洋盆形成阶段(870~800 Ma);(2)洋壳俯冲阶段(800~670 Ma);(3)造山阶段(750~550 Ma);(4)后造山阶段(550 Ma~三叠纪),其中后三个阶段都有金的富集成矿作用。洋壳俯冲阶段的金矿化主要赋存在Algoma型含铁建造层(BIF)、凝灰质变质碎屑岩,以及火山成因的块状硫化物矿床内。造山阶段的主要金矿化类型为含金石英-碳酸盐脉状金矿化、与斑岩铜矿化有关的金矿化,以及与辉长岩类岩体有关的含金石英脉状矿化。与后造山阶段有关的金矿化以少量浸染状、网脉状并伴有Sn-W-Ta-Nb矿化的石英脉为特征。目前在ANS中发现了大量金矿床或矿点,它们具有各种不同的成因类型。根据构造背景及赋矿围岩,ANS原生金矿化可以划分为三类:(1)与火山沉积序列有关的金矿化,包括VMS型、浅成热液型;(2)空间分布上与碳酸盐化蛇绿岩带相关的金矿化;(3)与后造山或造山晚期闪长岩-花岗岩岩体或次火山岩有关的金矿化。     

潮白河流域降水演变及其径流效应

分析了潮白河流域1991~2000年降水资料时空演变规律,采用同倍比放大法对各年的降水数据进行整体轮换处理,处理后各年总降水量为1991~2000年的平均年降水量。随后基于GBHM(Geomorphology-Based Hydrological Model)模型进行了10年径流量模拟。结果显示,在降水总量相同的情况下,1994年型降水时空分布最有利于产流,径流总量与峰值流量最大,1999年型径流总量与峰值流量最小。1994年型径流总量是1999年型径流总量的3.88倍;1994年型峰值流量是1999年型峰值流量的35.87倍。由此可见,降水总量相同时,其时空分布对径流总量和峰值的影响极大。     

大安市地下水动态变化趋势及驱动因素研究

为研究大安市地下水位的变化特征及其主要控制因素,根据大安市气候因素、引水灌溉水量、地下水开采和地下水埋深等数据资料,分析了环境因素的变化规律及趋势,基于suffer软件利用克里格方法对地下水埋深进行插值,分析其时空演变规律及驱动因素。结果表明,降水量呈波动增加的趋势,平均年降水量增量为0.249mm/a;蒸发量呈波动下降的趋势,平均年蒸发量增量为-2.063mm/a;引水灌溉水量呈增加趋势,平均年灌溉水量增量为0.212×108m/a。潜水埋深呈小幅度减小趋势,年均倾斜率为-0.023m/a,承压水埋深呈波动上升趋势,年均倾斜率为0.146m/a。承压水动态变化的驱动因子由大到小依次为人工开采(主要是农业开采与生活用水)、引水灌溉、降水、蒸发,农业开采是最主要的影响因子。研究结果可为制定完善的水资源调控方案提供理论依据。     

西藏厅宫斑岩铜矿床地质、蚀变及矿化特征研究

本文对西藏厅宫大型铜矿进行了详细研究,矿床详细的地质岩相学-蚀变以及典型剖面填图表明,矿区存在2个岩浆事件高峰,即始新世的钾长花岗岩(~50 Ma)和中新世的斑状二长花岗岩、英云闪长斑岩及闪长玢岩(约13~17 Ma)。野外和室内研究发现,厅宫矿区存在2期重要的矿化事件,即始新世(~50 Ma)铜矿化及中新世(~15Ma)的铜钼矿化。始新世含矿岩体为钾长花岗岩,其最主要的特点是其成矿岩体结构的特殊性,表现在该矿床的成矿岩体没有典型的斑状结构,而是独特的细晶-似伟晶结构,说明含矿岩浆发生过骤冷,可能是流体突然逃逸,矿物结晶的固相点发生漂移所致。同时,该岩体还发育大量显微文象结构、显微晶洞构造等,均说明岩浆曾经富水,并且曾经流体饱和;中新世含矿岩体为具有埃达克岩特征的斑状二长花岗岩,主要以脉状的铜、钼矿化为主。该矿床蚀变分带类似于冈底斯带其他斑岩矿床。时间上,分别为早期的钾硅酸盐化、转换阶段的青磐岩化、随后的绢英岩化及最晚期的泥化蚀变;空间上,以含矿岩体为中心向外依次为钾硅酸盐化、绢英岩化、青磐岩化,最晚期的泥化呈补丁状或条带状叠加早期各类蚀变。铜矿化主要发生在始新世的黑云母化阶段和中新世的绢英岩化阶段,而钼矿化主要发生在中新世的钾硅酸盐化和绢英岩化的转换阶段。     

西藏改则盆地渐新世-中中新世沉积物中矿物组合特征及其对气候的指示意义

为了揭示西藏改则地区渐新世-中中新世古气候环境演化,结合改则盆地的沉积环境和沉积相,并利用X射线粉晶衍射对改则盆地的样品进行了全岩分析。结果表明,沉积物中主要矿物组成为石英、长石、方解石和少量白云石等,通过沉积物中矿物含量变化和石英/长石的比值显示青藏高原改则盆地康托组在气候总体为干冷的大背景下经历了4个阶段:Ⅰ(早渐新世):石英含量最高,碳酸盐矿物次之,长石含量最少,白云石在该阶段出现频繁,且含量变化明显,指示气候以季节性干旱为主;Ⅱ(晚渐新世):石英含量最高,但相比上一阶段有所下降,碳酸盐矿物和长石含量增加,指示气候进一步趋向干冷化;Ⅲ(早中新世):石英含量最高,但相比之前两个阶段进一步减少,长石含量进一步增加,碳酸盐总体呈现增加趋势,特别是白云石,相比之前两个阶段含量增加明显以及下降的石英/长石比值,指示气候变得更为干冷;Ⅳ(中中新世):石英含量相对上一阶段有所增加,长石和碳酸盐矿物含量降低,石英/长石比值也有所增长,但相比Ⅰ和Ⅱ阶段仍然较小,指示该阶段气候虽有所回升,但依旧处于干冷环境下。对比青藏高原隆升和全球气候变化,可知改则盆地气候阶段性变化可能是高原隆升和全球气候变化共同影响的结果。     

塔里木盆地库车坳陷西秋古隆起的形成及其演化

重力异常资料显示,库车坳陷南缘西秋构造带深层发育有基底隆起。本文通过地震资料解释确认了西秋构造带深层占隆起的结构,分析了占隆起的形成和演化过程。西秋构造带南侧边缘存在一条区域性基底断裂,断裂北侧新生界下伏中生界、古生界明显减薄或地层缺失,总体上表现为断背斜形态的古隆起构造。结合区域构造演化分析认为,泥盆纪~石炭纪(D-C)塔里木克拉通边缘隆升、二叠纪-三叠纪(P-T)受南天山负荷影响产生的克拉通边缘压陷的构造演化过程中,西秋构造带处于"跷跷板"式地壳升降运动的"支点"部位,发育古隆起和基底卷入高角度断层,晚期南天山隆升向南斜向推挤的挤压剪切应力场使古隆起边界断层复活,基底断裂活动并在新生界之下形成冲断隆起。     

珠江口盆地重要不整合界面与珠江沉积体系演化分析

以珠江口盆地区域二维地震资料、钻井资料为基础, 结合南海扩张演化历史, 重点研究了盆地内部重要不整合面、盆地演化以及对珠江沉积体系演化的控制作用, 旨在为南海北部珠江沉积体系深水油气勘探提供支持和参考。研究结果表明:珠江口盆地除基底外, 发育三个重要的不整合面, 即破裂不整合、陆坡跃迁不整合和陆坡坡度突变不整合;据此将珠江口盆地珠江沉积体系演化划分为四个阶段:裂陷期主要发育河流、湖泊相沉积;断陷陆坡期主要发育陆架边缘三角洲沉积(前积层较陡);拗陷缓陆坡期发育陆架边缘三角洲沉积(前积层较缓);拗陷陡陆坡期主要为三角洲-海底峡谷-海底扇沉积。断陷陆坡期与拗陷缓坡期陆架边缘三角洲的勘探, 应沿陆架坡折横向去勘探;而拗陷陡陆坡期三角洲-海底峡谷-海底扇, 应采取纵向勘探的思路, 垂直于陆架坡折方向寻找油气。     

西藏羌塘盆地半岛湖地区索瓦组锶同位素组成与演化

西藏羌塘盆地中生代发育广泛的海相碳酸盐地层,前人对该区地层的对比研究多局限于古生物地层学,本文尝试通过锶同位素地层学方法对上侏罗-下白垩统索瓦组地层进行全球对比。根据锶同位素地层学的基本原理,本文在对样品进行显微组构分析、阴极发光分析、Ca、Si、Sr和Mn等元素含量分析及评估其对同期海水代表性和样品溶解过程合理性的基础上,测试了羌塘盆地半岛湖地区上侏罗-下白垩统锶同位素组成,并建立了相应的演化曲线,进行了全球对比研究。结果表明,样品的锶同位素组成与前人已公布的同期海水锶同位素组成数据较为接近,其演化曲线与国际上已公布的锶同位素演化曲线有着较好的可对比性,晚侏罗-早白垩世时期全球海平面的变化和侵蚀作用的强弱是控制锶同位素演化曲线的主要因素。此外,通过对索瓦组海相碳酸盐锶同位素的研究,我们认为索瓦组的顶部可能延伸到早白垩世欧特里夫期,近而说明了羌塘盆地在早白垩世欧特里夫期还存在大规模的海相地层。