基于粒子群算法优化小波支持向量机的岩土力学参数反演

常用的确定岩土力学参数的方法有原位测试和室内试验两种,但都存在一定的局限性,参数选择的合理与否,对设计计算及数值模拟分析结果的有效性影响很大。支持向量机法在理论基础和求解算法方面都具有明显优势,为确保岩土力学参数取值的合理性,采用支持向量机法对岩土力学参数进行反演。先通过小波分析理论构造出支持向量机的核函数,再用粒子群算法(PSO)分别优化Morlet小波、Mexico小波和RBF函数的支持向量机模型参数,通过小波支持向量机模型建立反演参数与沉降值间的非线性映射关系。根据正交试验和均匀试验对需反演的岩土力学参数进行设计,结合有限元软件进行计算分析,得到学习样本和测试样本。分别采用Morlet小波、Mexico小波和RBF函数得出的预测结果和原始数据进行对比分析,发现采用Morlet小波核函数预测效果更佳。使用Morlet小波核函数预测的参数输入到Midas模型中计算建筑物最终沉降量,比较计算值与实际监测值,其相对误差不超过8.1%。研究结果表明,该方法在岩土工程参数的反演中具有良好的应用价值,对今后岩土力学参数的确定及校核提供了一种新方法。     

细颗粒组分含量对钙质砂抗剪强度的影响

由于吹填过程的水力分选作用钙质砂土地基颗粒分布不均匀,容易形成分布不均、形态各异的以不同细粒含量的粉细砂层为主的细粒汇集层,引起钙质砂土地基承载力和不均匀沉降问题。开展不同细粒含量的粉细砂三轴固结排水剪切试验,分析细粒含量对钙质砂土力学特性的影响。研究结果表明,（1）当细粒含量增加时相同围压下土样剪胀性逐渐减弱,且峰值偏应力也逐渐减小;（2）各组试样干密度为1.40 g/cm3状态下各含量粉细砂均表现出应变软化特征,当细粒含量为10%时粉细砂土体强度稳定性最差,之后稳定性随细粒含量增加而逐渐增大;（3）钙质细砂由于颗粒咬合作用,具有表观黏聚力,当细粒含量小于40%时,随着细粒含量增加,颗粒之间的咬合作用显著降低,表观黏聚力线性减小。研究成果可为粉细砂层的地基处理及边坡稳定分析提供参考。     

有限空间中三维壁面紊动射流流动特性试验研究

为了研究三维壁面紊动射流前方布置的垂直挡板对时均流动特性的影响,采用粒子图像测速技术对不同雷诺数和淹没水深条件下的流速场进行了测量,统计分析了U速度剖面分布、速度半宽值变化和最大速度衰减规律。结果表明:沿射流方向具有3个明显不同的衰减区,依次划分为自由边界下的三维壁面射流区（Ⅰ区）、垂直挡板影响区（Ⅱ区）和近壁区（Ⅲ区）。在重点分析的Ⅱ区内,3个特征物理量的分布规律均与雷诺数无关;在垂直挡板影响下,速度半宽值扩展率明显加快,发展更为充分;在水深H~1.75H范围内,射孔中垂面内速度半宽值扩展率为0.043,同时0.5H的递增对射孔中心水平面内速度半宽值的分布较为敏感,其扩展率由0.205增至0.270;最大速度衰减对水深的改变并不敏感,且在Ⅱ区加速衰减,衰减指数为1.095。通过与半无限空间中三维壁面射流径向型衰减区的流动特征比较,Ⅱ区与之相似,将Ⅱ区视为提前进入径向型衰减区。     

石家庄市大气PM1、PM2.5和PM10中重金属元素分布特征及来源的对比研究

为了解元素(尤其是重金属元素)在不同粒径大气颗粒物中的分布规律、污染特征及来源,于2016年在石家庄市采集PM1、PM2.5和PM10样品。利用等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Sb、Hg、Pb和Cd共13种元素的质量浓度,采用富集因子(EF)法分析各种元素在PM1、PM2.5和PM10中的分布特征,并通过主成分分析法讨论了这些元素的主要来源。富集因子分析显示出Al、Fe、Ti、Mn受人为因素影响较少(EF<10),其他元素则出现显著至极强的人为影响,尤其是Cd元素(EF>103),并发现颗粒物粒径较小时,富集因子较大,即人为因素影响更重。主成分分析表明：PM1中元素有工业冶炼及燃煤活动、机动车燃油排放、生活燃煤3个来源,PM2.5中元素有地壳源、电厂及居民生活燃煤、金属冶炼等工业活动、机动车尾气4个来源,PM10中元素有化石燃料燃烧和地壳源、与机动车相关的道路扬尘及工业尘、垃圾焚烧及机动车排放与磨损、燃煤活动4个来源。     

脱气温度和样品粒径对致密砂岩低温氮气吸附实验结果的影响

基于静态体积法的低温氮气吸附实验已广泛用于分析致密储集层的孔隙结构。本文探索了脱气温度和样品粒径对松辽盆地高台子致密砂岩低温氮气吸附实验结果的影响。结果显示,110℃的脱气条件并不能清除束缚水而使得孔隙体积、比表面积均偏低,300℃的脱气条件容易破坏样品中黏土矿物的结构令孔隙体积、比表面积减小,200℃是比较合适的脱气温度,既能去除束缚水又不破坏黏土矿物结构。样品粒径从5～10目减小至10～30目,氮气探测的孔隙数量增多使比表面积、孔体积增大。从10～30目减小至180～200目,黏土矿物相对含量降低令比表面积、孔体积显著减小;小于200目的样品中减少的黏土矿物主要集中在大于200目的岩样中,因此大于200目岩样的测定结果最高。因此,10～30目是利用低温氮气吸附实验寻求分析致密砂岩储集层特征的最佳粒径范围。     

Evaluation of a simple,inexpensive, in situ sampler for measuring time‐weighted average concentrations of suspended sediment in rivers and streams

The accurate measurement of suspended sediment (<200 μm) in aquatic environments is essential to understand and effectively manage changes to sediment, nutrient, and contaminant concentrations on both temporal and spatial scales. Commonly used sampling techniques for suspended sediment either lack the ability to accurately measure sediment concentration (e.g., passive sediment samplers) or are too expensive to deploy in sufficient number to provide landscape‐scale information (e.g., automated discrete samplers). Here, we evaluate a time‐integrated suspended sediment sampling technique, the pumped active suspended sediment (PASS) sampler, which collects a sample that can be used for the accurate measurement of time‐weighted average (TWA) suspended sediment concentration and sediment particle size distribution. The sampler was evaluated against an established passive time‐integrated suspended sediment sampling technique (i.e., Phillips sampler) and the standard discrete sampling method (i.e., manual discrete sampling). The PASS sampler collected a sample representative of TWA suspended sediment concentration and particle size distribution of a control sediment under laboratory conditions. Field application of the PASS sampler showed that it collected a representative TWA suspended sediment concentration and particle size distribution during high flow events in an urban stream. The particle size distribution of sediment collected by the PASS and Phillips samplers were comparable and the TWA suspended sediment concentration of the samples collected using the PASS and discrete sampling techniques agreed well, differing by only 4% and 6% for two different high flow events. We should note that the current configuration of the PASS sampler does not provide a flow‐weighted measurement and, therefore, is not suitable for the determination of sediment loads. The PASS sampler is a simple, inexpensive, and robust in situ sampling technique for the accurate measurement of TWA suspended sediment concentration and particle size distribution.     

基于粒子滤波的行车轨迹路网匹配方法

行车轨迹是一种时间序列的地理空间位置采样数据,而传统的轨迹—路网匹配方法主要以全局或局部寻优的方式建立轨迹—路网匹配关系,影响了时空场景中数据的匹配计算过程的相对独立性。针对这个问题,本文基于粒子滤波（Particle Filter,PF）原理建立行车轨迹与道路网络之间的匹配关系。首先,沿轨迹中车辆运动方向在道路网络中搜索邻近道路节点,在与道路节点拓扑邻接的道路弧段上初始化随机生成粒子,根据轨迹中车辆运动模型将粒子沿所在道路弧段移动;然后,基于PF原理计算各时刻粒子运动状态及与行车轨迹采样点之间的距离误差,根据高斯概率密度函数计算粒子权重并利用随机重采样方法进行粒子重采样,迭代更新粒子运动状态;最后,计算与搜索到的道路节点拓扑邻接的每条道路弧段中累计粒子权重,通过各道路弧段累计权重计算轨迹—路网匹配关系。以行车轨迹进行实验表明,利用本文方法可以通过粒子时空变化反映采样点的移动,行车轨迹—路网匹配结果的正确率大于85%,能够实现行车轨迹和路网的准确匹配。     

多面函数参数自适应选取方法在GPS高程拟合中的应用

提出一种综合的多面函数参数自适应选取方法。该方法利用核函数阶数和平滑因子存在最优值以及核函数结点分布应符合高程异常变化趋势的特点,综合利用正交化算法选取核函数结点以及二维粒子群算法确定最佳阶数和平滑因子,实现多面函数参数的完全自适应选取。将该方法应用于地形起伏差异不同的2个测区,结果表明,相比传统经验性方法和部分参数自适应方法,该方法用于GPS高程拟合的精度和可靠性更高。     

日照市海岸带海滩沉积物粒度特征及物源分析

根据日照市海岸带2个重点海滩所采集的样品,通过粒度、磁化率、主微量及稀土元素等方面的调查资料,综合分析了研究区沉积物类型、分布特征、搬运路径及物质来源。结果表明,研究区沉积物类型以砂为主,在平行海岸方向上,沉积物粒径自北至南由细变粗。在垂直海岸方向上,从滩肩到滩面再到低潮线处,沉积物粒径逐渐变细。海滨国家森林公园海滩的分选性要好于万平口海水浴场海滩。沉积物受黄海沿岸流影响,多自北向南运移。海滩中浅部物质的来源与陆内一侧基岩中斜长片麻岩和二长花岗岩的关系较为密切,深部物质的来源与靠海一侧基岩中花岗斑岩和花岗闪长岩的关系较为密切。     

山西中部一次积层混合云降水微物理特征研究

基于2011年5月9日山西中部地区一次积层混合云降水的机载探测和地面雨滴谱观测资料,分析了空中云系微物理参量的垂直分布、冰晶形态及演变和地面降水的微物理特征。结果表明：此次积层混合云为冷云结构,垂直分布不均匀,云中过冷水较为丰沛,对流泡的存在造成云内不同区域云水含量不均匀。云滴的凝华增长导致5.3 km处大云粒子和降水粒子数浓度明显增加。小云粒子谱分布以单峰型为主,峰值直径主要位于5～6 μm或9～10 μm,大云粒子谱分布呈多峰型,不同高度处变化较大。此次降水观测到的冰晶形态包括板状、针柱状、柱帽状、辐枝状和不规则形状,4.9 km处受聚合和淞附过程的共同影响,辐枝状和针柱状冰晶增多,在4.1 km处融化层附近淞附状冰晶明显增加。地面降水受到雨滴谱仪布设位置的影响,其微物理结构主要呈现为层状云降水的特征。