基于ArcGIS的丘陵山地农田宜机化适宜性评价方法研究

宜机化改造是解决丘陵山区机械化发展不平衡的必由之路,在改造之前进行适宜性评价能有效提高改造过程中的科学性和针对性。选取地块形状指数、连片性、农村建筑、交通条件、地表粗糙度、地形起伏度6个宜机化限制因子,以重庆市开州区一个待改造项目为例,结合层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)和K-means聚类分析方法以及模糊理论,以ArcGIS为平台构建丘陵山地宜机化改造适宜性综合评价模型。结果表明,各影响因子的权重排序为:地形起伏度>地表粗糙度>连片性>形状指数>交通条件>农村建筑,为后续的加权叠加分析提供基础依据;评价目标的宜机化改造适宜性综合评价结果为比较适宜,其中适宜、比较适宜、比较不适宜、不适宜的区域分别占改造区域面积的41.87%、44.79%、12.8%、0.54%。基于ArcGIS的适宜性评价方法能有效进行丘陵耕地适宜性评价,提高宜机化改造效率,加快丘陵耕地机械化进程。

基于G1序-物元可拓模型的重庆庭院式农宅绿色舒适度评价

针对舒适度研究,当前缺乏从建筑及建筑环境角度进行系统性影响因素研究,基于绿色建筑评价标准和绿色农房建设导则等,在“巴蜀美丽庭院示范片”建设的政策指引下,从建筑设计、建筑室内环境和场地生态与室外物理环境3个方面构建重庆庭院式农宅绿色舒适度评价指标;利用G1序法确定指标的权重,物元可拓模型对庭院式农宅进行舒适度评价,以此确定舒适度等级,最后以重庆市庭院式农宅为例,进行环境性能模拟和现场实测,通过专家打分获取评价结果,并通过模糊综合评价方法和主观舒适度问卷调查对评价体系进行验证,结果表明舒适度评估结果一致,验证了评价模型的可行性,为重庆地区庭院式农宅的设计与改造提供优化方向。

基于ADAMS的超长超宽梁架桥机行走系统仿真

随着公路桥梁施工需求的不断提升,超长超宽梁公路架桥机越来越多地应用在高速公路桥梁的架设施工过程中。针对一种宽度达10.9 m的超长超宽梁公路架桥机进行行走系统刚柔耦合仿真研究。通过对超长超宽梁公路架桥机的过跨过程进行步骤划分,并运用SolidWorks、ANSYS和ADAMS软件联合建立超长超宽梁公路架桥机行走系统的刚柔耦合虚拟样机模型并对其过跨过程进行仿真分析,得到架桥机行走系统主梁在过跨过程中的最大应力。通过分析主梁的应力情况得到主梁应力最大点发生在1号后支腿第二次前移过程中,应力最大值为162.4 MPa。该超长超宽梁公路架桥机行走系统刚柔耦合仿真可为后续改善施工规程、确定施工监测点、降低施工安全风险提供依据。

基于模态应变能变化率的公路架桥机主梁结构损伤识别研究

针对公路架桥机主梁在各种损伤条件下的损伤识别研究问题,本文以JQG160t-40m公路架桥机主梁为研究对象,基于应变模态分析理论,推导了三角桁架公路架桥机主梁结构单元模态应变能变化率的计算模型。通过在有限元软件ABAQUS建立公路架桥机的主梁模型,提取该架桥机主梁结构在12种工况下各单元的模态参数,利用Matlab计算每个单元的模态应变能变化率。结果表明:以单元模态应变能变化率作为损伤识别量,可对架桥机主梁结构的不同损伤位置和程度进行损伤识别。本方法对公路架桥机主梁结构损伤位置和损伤程度的评估是准确有效的,可以作为三角桁架类架桥机主梁结构进一步研究和定期检测的方法。

面向无人驾驶车辆节能的迭代优化预测控制方法

该文提出一种数据驱动的无人驾驶重型车辆节能驾驶迭代优化预测控制(IOBPC)方法。基于历史数据构造并迭代更新终端状态约束集和终端油耗函数,并对约束集和终端油耗函数进行近似处理,提高算法计算效率;通过学习车辆状态轨迹和燃油消耗的关联机理,保证优化算法代价函数在迭代过程中单调递减并最终收敛,从而实现车辆燃油经济性的显著提升。结果表明:迭代优化预测控制器在多次迭代后使车辆轨迹收敛,燃油消耗减少了约10.2%,相比基于动态规划(DP)的节能驾驶策略,节能效果得到了进一步的提升,且调节参数较少,支持实时求解,更利于实际应用。

高切向流速高声强条件下梯度阻抗吸声超材料研究

在涡扇航空发动机声衬表面,存在高速切向流场与高声强声场耦合问题,吸声机理与调控机制复杂。高切向流速高声强条件下低频宽带噪声的有效吸收极具挑战性。该研究提出考虑高切向流速、高声强以及复杂容抗修正的声阻抗理论方法,设计了梯度阻抗调控吸声超材料。从理论解析计算、有限元数值建模及试验测试三个维度深入分析声波与结构的作用机理和调控规律。结果表明:梯度阻抗吸声超材料可有效提高吸声效率,避免传统声衬吸声频带窄的缺点。在0、30 m/s、60 m/s、98 m/s切向流速和130 dB背景噪声下,提出的梯度阻抗吸声超材料在500~3 000 Hz范围内具备良好吸声效果。该超材料结构简单,在高切向流速高声强复杂边界条件下,仍有深亚波与宽带吸声特性,具有广阔的应用前景。

采用SPH方法的黏土切削特性分析

黏土在切削破坏过程中力学特性复杂。为较精确地描述黏土切削破坏过程与预估切削阻力,该研究基于弹塑性力学本构,建立了光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)框架下的黏土剪切破坏模型和GradyKipp张拉损伤破坏模型,并进一步将其耦合得到混合破坏模型。为验证该混合破坏模型开展了简单的黏土切削破坏试验,切削破坏变形的试验结果与模拟结果展示了良好的一致性,裂纹发展方向和裂纹形状有着良好的对应关系。在土-切削部件互作模型的基础上,进一步预测了黏土切削破坏过程中切削部件的切削阻力演化过程,并分析了切削深度及切削部件摩擦系数对黏土切削破坏形态和切削阻力的影响。结果表明,切削深度为0.01、0.02和0.03 m时对应的切削阻力峰值分别为7.89、9.90和11.07 N,切削阻力随切削深度的增加呈增大趋势。切削部件摩擦系数为0.1时对应的波动平缓后的切削阻力最小,为6.1 N。研究可为优化农业机械刀具的结构参数、运动参数,降低作业功耗,减少切削阻力,实现更好的黏土耕作效果提供参考。

中小跨径超宽钢板组合梁桥整孔吊装技术研究

整孔吊装钢主梁是实现中小跨径钢板组合梁桥工厂化、装配化和快速建造的关键技术。已安装跨钢主梁受力变形导致悬臂端偏离竖直拼接面,会影响钢主梁精准拼接和高效施工。以新平河特大桥为例,建立钢主梁挠度理论计算模型,结合ABAQUS数值模拟和现场挠度监测对悬臂位移变形量准确预测,为悬臂拼接提供可靠的数据支持,并给出中小跨径超宽钢板组合梁桥整孔吊装的详细施工方法。结果表明:简化的力学计算模型具有较好的适用性,理论计算挠度值与数值分析结果、现场监测值相吻合;钢主梁悬臂端位移变形量理论计算值和数值计算值分别为88.58 mm和91.87 mm;钢主梁前后起吊点初始高度差以200 mm为宜。新平河特大桥是国内山区首次采用整孔吊装的多主梁钢板组合梁连续桥,可为类似工程实践提供参考。

基于弹塑性土体本构模型的滑坡运动过程SPH模拟

滑坡的仿真模拟是分析滑坡运动过程并预测滑坡影响范围的重要手段之一。采用了基于岩土体弹塑性本构模型的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,模拟滑坡失稳后岩土材料的特性。该模型以经典弹塑性理论为基础,包含了线弹性变形和德鲁克-普拉格(Drucker-Prager,DP)屈服准则下非关联流动法则的塑性变形,由于考虑了岩土材料的塑性特征,该方法能够更加精确和真实地模拟滑坡运动过程。同时,结合地理信息系统(geographic information system,GIS)的数据管理与建模,进一步将该SPH模型应用到滑坡模拟的实例中。基于GIS平台,完成了能够自动生成计算模拟所需的滑坡粒子数据的C#程序。该程序同时生成了高精度的滑坡体实粒子和复杂、不规则的边界虚粒子。实现了一系列模型建模与模拟计算,并验证了该方法的精度,还将此模型与方法应用在汶川地震中引发的大光包滑坡实例中,模拟结果与现场收集数据十分符合。

基于光滑粒子法边坡失稳影响范围的模拟

基于光滑粒子流体动力学(SPH,smoothed particle hydrodynamics),以经典弹塑性本构模型为核心,结合一系列数值处理方法,探讨精确和便捷地对边坡失稳破坏影响范围的模拟方法与技术。文中借助地理信息系统(geographic information system,GIS)平台与C#编程建模,将边坡地形细节与特征创建成为SPH粒子,对模型部分边界粒子排列方式进行改进,最后应用到边坡模拟的实例中。结合GIS平台与Matlab开发了滑坡SPH粒子自动排列程序,将此模型与方法应用在美国华盛顿州Oso滑坡实例中,经过参照对比,数值模拟结果与滑坡现场收集数据较为吻合,验证了光滑粒子法及运动模型在模拟边坡失稳影响范围的适用性。

基于光滑粒子流体动力学方法的土坡滑面确定与分析

在边坡稳定性分析研究中,滑面的确定对分析结果起着决定性和控制性的作用.土坡滑面的确定目前主要以极限平衡法的假定滑面和有限元强度折减法塑性区分析为主.本文以土坡从小变形到大变形连续求解整个变形过程的视角出发,利用光滑粒子流体动力学(SPH)方法在处理土体大变形问题的优势,基于土体的理想弹塑性本构模型,按照强度折减法理论逐步折减土坡土体强度参数依次进行计算.在土体滑动发生的过程中,在全局搜索区域中划分单次搜索区间,根据单次搜索区间的最大剪切应变率原则选取最大剪切应变率粒子,多组最大剪切应变率粒子贯通即确定了滑面位置与形态.在此基础上初步分析土坡稳定性与土坡形变间的关系.基于SPH方法与最大剪切应变率原则的土坡滑面确定方法为土坡滑面确定分析提供了一种新的、有效的方式.

非饱和土双应力变量广义土水特征曲线模型验证

利用基于轴平移技术的Geo-Expert高级型应力相关土-水特征曲线压力板仪研究不同覆土压力(0、40、100、200 k Pa)对南阳膨胀土土水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)的影响;并对提出的考虑土体变形及多孔隙分布形态的双应力变量广义SWCC表征方程进行如下试验验证:1)不同覆土压力下微多孔隙分布形态的南阳膨胀土侧限固结试验及脱湿试验SWCC验证;2)零净法向应力状态双孔隙尺度硅藻土双峰SWCC试验验证;3)不同净围压状态下单孔隙尺度韩国残积土SWCC试验验证;4)多应力路径下法国Bapaume黄土,不同初始干密度下日本Edosaki砂土在脱湿-吸湿过程SWCC试验验证;并比较分析新方程与van Genuchten方程及Fredlund等方程的差异性。结果表明:1)覆土压力会显著改变膨胀土结构及孔隙通道,进而改变SWCC边界效应区、过渡区形态;也改变了双重孔隙尺度土壤的进气值;第1个波峰SWCC进气值均在1 k Pa左右;相比于零覆土压力试样,40、100、200 k Pa覆土压力试样第2个波峰SWCC进气值分别高4.74、17.58、67.23 k Pa;2)未考虑净法向应力影响的单应力状态多峰SWCC、考虑侧限双应力状态多峰SWCC、各向同性净法向应力单峰SWCC、不同脱湿-吸湿路径SWCC及不同初始干密度的SWCC试验拟合曲线均表明,双应力广义SWCC具有包容复杂影响因素的能力;3)新方程能够利用至少3个土-水数据即可拟合出具有较高的精度的整条SWCC。研究为定量描述土壤的持水、渗透及强度特性提供参考。

TLS技术及其在滑坡监测中的应用进展

为总结地面激光扫描(terrestrial laser scanning,TLS)技术的应用特点及关键问题,强调TLS技术在滑坡监测应用中的重要性及优势,介绍了TLS技术的原理和数据处理方法,回顾了TLS技术在国内外滑坡监测领域的应用历史和现状,并将应用进行了分类;总结了TLS技术及其在滑坡监测应用中的关键问题,对该技术的未来发展进行了展望。分析认为,虽然TLS技术还未成为滑坡监测中的常规手段,但毋庸置疑,该技术已为滑坡调查与监测开辟了一条新的途径。

基于三维遥感系统的泥石流土石量计算及影响范围模拟

结合三维遥感影像解译提出一种定量的泥石流土石量计算方法。在泥石流汇水区内对地形进行0次谷与1次谷划分,按可搬运的物质总量和一次降雨所能搬运的物质总量两种方式进行分析,使计算结果更加精细化;以数字高程模型(DEM)与降雨所搬运的土石总量作为影响范围模拟的基础,利用GIS空间分析功能分析泥石流汇水区的横截面面积及区域平面面积等地形参数,判别土石产出量与地形参数关系,实现泥石流影响范围的模拟。分析结果可为潜在泥石流危险区域评价预测提供参考。

高山峡谷区D-InSAR滑坡监测数据特征分析

对同一区域制订了8景Radarsat-2降轨的编程数据,重点研究卫星视线与地表法线夹角对于后向散射系数和相干系数的影响。研究结果表明,由于SAR数据成像原理的特殊性,一种模式的SAR监测并不能有效覆盖研究区域的整个范围。卫星视线与地表法线夹角对后向散射系数和相干系数的影响明显,从而得出有效SAR数据的局部入射角阈值,并根据阈值得出研究范围内降轨数据、升轨数据以及它们联合监测的可信区域。为进一步制定升轨编程数据进行区域滑坡早期识别提供依据,以达到全区域监测的目的。

基于GIS空间数据的滑坡SPH粒子模型研究

针对光滑粒子流体动力学方法(SPH)在滑坡模拟中建立粒子模型的难题,提出了基于地理信息系统(GIS)栅格数据的粒子排列与插入方法。根据该方法,建立了滑坡SPH粒子模型及相关粒子生成程序,进一步以结合摩尔-库仑破坏准则的SPH宾汉流体模型为核心,实现了运用SPH方法模拟滑坡破坏后三维运动的过程。该SPH模型在对唐家山滑坡的模拟中得到了验证,并预测了金坪子滑坡破坏后的影响范围。结果表明:基于GIS空间数据的滑坡SPH粒子模型具有可行性与良好的适用性。以GIS数据库为基础,开展滑坡灾害的模拟研究,将大大提高对滑坡等地质灾害的仿真分析,为滑坡灾害的预测与防治提供参考。

基于三维激光扫描仪的滑坡表面变形监测方法——以金坪子滑坡为例

近年来,三维激光扫描仪越来越多地被应用于滑坡变形监测领域以降低或减少滑坡灾害带来的风险。本文以云南省乌东德地区金坪子滑坡为例,运用三维激光扫描仪监测技术对处在库区的金坪子滑坡表面变形进行了监测与研究。传统的监测数据显示,该滑坡正以每年约30cm的高速度向前推动,运动的结果可能危及周边居民的人身财产安全以及乌东德水电站的运营。研究中激光扫描数据集由高精度和高密度的三维点云组成,分别从6个站点、3次采集得到,时间跨度25个月(从2009年5月~2011年7月)。滑坡表面变形通过按时间序列排列扫描数据集的比较得出。通过采用三种方法,DEM(数字高程模型)比较,断面比较与固定点比较,分析已经过前处理的点云数据集,从而分析得到监测结果。此外,滑坡的变形量也计算得到。研究介绍了激光三维点云处理的流程,探讨了将三维激光扫描监测技术应用于大型、有部分植被覆盖的滑坡监测的可能性,并将监测结果分析与GIS平台结合起来,结果帮助我们大概地、基本地对滑坡稳定性做出评价。三维激光扫描监测滑坡变形的应用为我们在存在高风险的大型滑坡变形监测提供了另一种直观和高效的方式。

基于3S技术的地质灾害野外调查三维辅助系统的研究

地质灾害调查是工程设计、地质灾害防治规划等工作的基础,但在地质灾害调查中工作人员往往遇到难以看清周围地质环境的整体情况、定位模糊、拍摄照片混淆等问题,给调查的实施和后期资料的整理分析带来诸多不便。本文引入3S(RS、GIS、GPS)技术,提出了一种基于3S技术的综合解决方案,发挥3S各自优势,实现了在三维系统中的GPS导航功能,让现场作业人员时刻知道"我"当前在什么位置,"我"周围的环境是怎样的。同时系统对拍摄地点和拍摄的照片进行了关联处理,从而使作业人员回到办公室整理资料时能快速知道"我"在哪个地方记录了什么以及"我"拍摄照片的位置,目的是为地质灾害调查现场工作和地质灾害调查后的室内工作提供支持和便利。

基于边坡单元的水库库岸稳定性层次分析与评价

[目的]分析影响孟底沟水库库岸稳定的影响因素,为水库库岸稳定性评价提供新思路。[方法]在工程地质条件分析及不良地质现象解译的基础上,运用边坡单元将各岸坡段划分为独立的研究对象,分析影响库岸稳定的诸多因素,把边坡单元的三维安全系数作为稳定性评价的基本指标,对影响边坡稳定的各因素采用层次分析法,建立基于边坡单元的库岸稳定性分段层次分析与评价方法。[结果]将该方法运用在工程实例中,结果表明其具有一定的可靠性和实用性。[结论]以边坡单元为研究对象,运用层次分析法可以有效地分析水库库岸的稳定性,为工程决策提供支持。

基于智能磁性石块埋入的边坡深部变形失稳监测模型

针对边坡深部变形失稳监测存在服役环境恶劣、传感器布设困难等问题,提出基于智能磁性石块的边坡变形失稳监测方法,研制智能磁性石块及全张量磁场梯度传感器,发展基于智能磁性石块的边坡变形监测的简化磁测算法,通过智能磁性石块的位移变化反演边坡失稳过程。采用铝合金模型槽、分离式千斤顶和力传感器建立滑坡模拟系统,通过推移加载方法模拟边坡滑动。试验结果表明,当推力为2 500 N时,通过菲林软尺测得的6个特征点的水平位移与推力的曲线关系发生突变,当推力在2 500至3 100 N时,6个特征点的水平位移增加幅度迅速提高,发生失稳破坏。当推力为2 500 N时,智能磁性石块至参考点的距离、智能磁性石块的水平位移与推力的曲线关系存在拐点,此后智能磁性石块至参考点的距离、智能磁性石块的水平位移均大幅度变化。智能磁性石块至参考点的相对距离、智能磁性石块的位移等均可反映边坡变形演化并可进行失稳评价,且与菲林软尺传统的监测结果趋势基本一致。可为磁测在边坡深部变形监测的进一步研究和应用提供参考。