利用多台阵压缩传感方法反演尼泊尔M_W7.9地震破裂过程

2015年4月25日,尼泊尔地区发生MW7.9地震,震中位于28.1°N,84.7°E.为了详细地研究此次破坏性极强的地震的破裂过程,本文利用多台阵压缩传感方法,使用了阿拉斯加、欧洲和澳大利亚三个台网的共计179个台站的远场P波垂直分量的数据来反演,结果表明本次地震的破裂过程是一个清晰的南东东方向的单侧破裂,破裂尺度约为105km,整体持续时间约为58s.在破裂初始的前15s,能量辐射基本围绕在震源附近,16s后破裂开始向南东东方向以1.9km·s-1的速度破裂.释放能量最大的时间为第38s,位于距震中70km处.该位置从第29秒开始破裂,并持续释放能量长达30s之久.     

岩石单轴压缩下能量与损伤演化规律研究

能量变化是材料各参数变化的本质特征。通过颗粒流模拟岩石单轴压缩试验,从细观力学角度分析能量转化、裂纹扩展及损伤演化规律。颗粒流利用细观颗粒的运动克服了宏观力学理论不易实现试件多裂纹破坏形态的缺点,以此研究能量变化更加合理。应力-应变各阶段能量与微裂纹及损伤存在着相互对应的发展关系。通过3种工况论证了宏-细观力学参数对应关系,采用最小二乘法拟合得出微裂纹与轴向应变呈幂次函数关系。采用割线模量定义损伤变量,取模量加速下降处（对应裂纹加速扩展）为损伤门槛,对应损伤阈值为0.158。3种工况下微裂纹数量与损伤呈线性发展关系,为损伤演化的深入研究提供参考。     

基于压缩感知的Curvelet域联合迭代地震数据重建

由于野外采集环境的限制,常常无法采集得到完整规则的野外地震数据,为了后续地震处理、解释工作的顺利进行,地震数据重建工作被广泛的研究.自压缩感知理论的提出,相继出现了基于该理论的多种迭代阈值方法,如CRSI方法（Curvelet Recovery by Sparsity-promoting Inversion method）、Bregman迭代阈值算法（the linearized Bregman method）等.CSRI方法利用地震波形在Curvelet的稀疏特性,通过一种基于最速下降的迭代算法在Curvelet变换域恢复出高信噪比地震数据,该迭代算法稳定,收敛,但其收敛速度慢.Bregman迭代阈值法与CRSI最大区别在于每次迭代时把上一次恢复结果中的阈值前所有能量都保留到本次恢复结果中,从而加快了收敛速度,但随着迭代的进行重构数据中噪声干扰越来越严重,导致最终恢复出的数据信噪比低.综合两种经典方法的优缺点,本文构造了一种新的联合迭代算法框架,在每次迭代中将CRSI和Bregman的恢复量加权并同时加回本次迭代结果中,从而加快了迭代初期的收敛速度,又避免了迭代后期噪声干扰的影响.合成数据和实际数据试算结果表明,我们提出的新方法不仅迭代快速收敛稳定,且能得到高信噪比的重建结果.     

基于声发射参量的煤样损伤模型研究

在单轴压缩下煤样损伤模型基本原理的基础上,推导出了基于声发射参量的煤样损伤模型。以原煤为研究对象,在单轴压缩下,对煤样进行声发射实验,验证了基于声发射参量的煤样损伤模型在煤样破坏前是可行的;分析了在单轴压缩下的声发射特性,并提出了基于＂归一化＂声发射累计计数的损伤变量,得到了在单轴压缩下煤样的应变—损伤方程和煤样的一维损伤本构方程。研究结果表明：声发射参量能够反映煤样内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程;基于声发射参量的煤样损伤模型是合理的,反映了声发射事件数和煤样损伤之间的对应关系;单轴压缩下的煤样损伤演化过程,可分为初始损伤阶段、损伤稳定演化和发展阶段、损伤加速发展阶段和残余损伤阶段4个阶段。     

三角网格谱元法地震波场数值模拟

谱元法结合了有限元法的灵活性和谱方法的指数收敛性,高效且高精度,是近年来发展的一种重要的地震波场数值模拟方法.经典的谱元法采用四边形(六面体)网格,利用一维Gauss-Legendre-Lobatto(GLL)积分的张量积得到对角的质量矩阵,以大大提高计算效率,但是四边形(六面体)网格不能够灵活地刻画复杂的几何模型的弯曲界面.为此,在谱元法中引入三角形(四面体)网格到二维(三维)是十分必要的.不同于经典的谱元法,在非结构化网格中不能使用GLL积分的张量积,使得非结构化网格的谱元法的实现存在着诸多的困难.目前,比较流行的三角网格谱元法,通过使用KoornwinderDubiner(KD)正交多项式,并正交化这些KD多项式构建基函数,同时利用重合的插值节点和积分节点以获取对角的质量矩阵;它所使用的积分点为优化的点集——Fekete点,且这些积分点能与四边形网格完全耦合.相比于四边形,三角网格谱元法能显著提高复杂模型的描述能力,对起伏地表模型有很大优势.本文引入高效的最佳匹配层(PML)吸收边界条件,并通过数值试验将三角网格谱元法与经典的谱元法进行对比研究.相比于经典的谱元法,三角网格谱元法显著缺点为较低的计算精度.对于7阶谱元,为了能够精确地模拟面波,三角网格谱元法需要在每个最短的面波波长内至少有11个采样点,然而经典的谱元法仅需4个采样点,并且前者所需的内存量约为后者的5.5倍.     

胶结充填体三轴压缩变形破坏及能量耗散特征分析

充填体的变形破坏、能量耗散与围压的变化密切相关,通过开展不同灰砂配比、浓度的充填体单轴、三轴压缩试验,基于系列试验结果,研究了不同围压加载阶段充填体的变形特征、破坏模式及能量耗散与围压的内在关系。结果表明,随着围压的增加,充填体的峰值应变随之增大,且两者呈线性相关;低围压时充填体呈现脆性破坏,表现为应变软化特征,随着围压增大,充填体由脆性向应变硬化转化,灰砂比越大、浓度越高,充填体发生脆-延性的临界围压值越大。充填体的破坏裂纹发展形式各异,大致可分为单一、平行、交叉和复合4种类型;宏观破坏表现主要呈“X”状、“Y”状剪切模式,破坏面的类型主要分为：直线式光滑摩擦面、圆弧式破碎摩擦面、直线式破碎摩擦面以及台阶式破碎摩擦面。充填体的峰值强度与围压也呈正线性相关,内摩擦角对灰砂比的敏感性要高于浓度。围压的增大能够相当程度上提高充填体各阶段的应变能,峰前、峰后能耗量、单位体积变形能以及总能耗与围压皆呈正相关性。     

节理岩体超声测试及单轴压缩试验研究

为了获取节理岩体各向异性力学特性和声波传播规律的相互关系,通过制作圆柱形单一预制贯通节理试件,开展了7种不同倾角节理试件的超声波波速测试和单轴压缩试验。试验结果表明：（1）节理试件波速测试值离散性较大,但总体服从正态分布,波速平均值介于石膏试件和完整试件之间,波速随节理倾角增大呈线性递减;（2）不同倾角的节理面对节理试件力学特性的影响很大,在应力-应变关系、变形特征、强度特征和破坏模式上均表现出显著的各向异性特征;（3）节理试件的力学性质和超声波传播特性变化规律区别很大,采用超声波波速确定节理试件的力学参数会存在很大误差。     

基于累积偏移算法的线路矢量数据实时压缩

针对线路矢量数据实时采集和同步压缩应用需求,本文提出具有高压缩率、低失真度特点的累积偏移实时压缩算法（CORC Algorithm）。算法突出对弯曲极值点和距离偏移的感知,创新性地提出累积变向点和累积变向拐点的弯曲极值点探测方法,提出距离累积偏移临界点的线路偏移快速判断方法,从而有效提高算法对方向连续偏移的敏感度和对摇摆偏移的高压缩率,提高线路矢量数据实时压缩的高保真性。累积偏移实时压缩算法在高限差阈值情况下仍能有效发现各类弯曲极值点和距离累积偏移临界点,在O（N）时间复杂性和O（1）空间复杂性下取得高压缩率、低失真度的理想压缩效果,实现了线路采集的零延时同步压缩。应用定时、定距两种采集策略生成的线路矢量数据集,与垂距法（VD Algorithm）、分段道格拉斯-普克法（Subsection DP Algorithm）进行实时压缩性能实验对比,结果表明,累积偏移法作为实时压缩方法,与上述两种主流实时压缩算法相比,在压缩实时性、压缩率失真度平衡、限差阈值可控性3方面都具有明显的优越性。在同等压缩率情况下,累积偏移压缩算法失真度普遍降低达10%,且压缩率与失真度的平衡性受限差阈值取值和线路轨迹特征影响最小,可实现线路的定位采集、实时压缩、同步网络上传,在交通、旅游、探险搜救等领域的实时定位监控中具有广阔的应用前景。     

改进SPIHT算法及硬件高速实现

基于小波变换的SPIHT图像压缩方案是一种实用高性能图象压缩编码算法,但原始SPIHT算法链表式编码限制了其在高速处理中的应用。本文提出了一种改进的SPIHT压缩编码算法,在确保恢复图像质量与原始算法基本相当的基础上,改进算法可以采用并行流水结构实现,有利于高速处理中的应用,可以对高达40×8Mbit／s的原始图像实时压缩和去压缩。     

A CIP-based numerical simulation of free surface flow related to freak waves

An enhanced numerical model for simulating two-dimensional incompressible viscous flow with distorted free surface is reported. The numerical simulation is carried out through the CIP （Constrained Interpolation Profile）-based method, which is described in the paper. A more accurate interface capturing scheme, the VOF/WLIC scheme （VOF：Volume-of-Fluid;WLIC：weighed line interface calculation）, is adopted as the interface capturing method. To assess the developed algorithm and its versatility, a selection of test problems are examined, i.e. the square wave propagation, the Zalesak’s rigid body rotation, dam breaking problem with and without obstacles, wave sloshing in an excited wave tank and interaction between extreme waves and a floating body. Excellent agreements are obtained when numerical results are compared with available analytical, experimental, and other numerical results. These examples demonstrate that the use of the VOF/WLIC scheme in the free surface capturing makes better results and also the proposed CIP-based model is capable of predicting the freak wave-related phenomena.