无人集群博弈对抗系统仿真验证及决策关键技术综述

无人集群博弈对抗是一种新兴的作战样式,在智能化战争扮演着至关重要的作用,其核心是自主生成博弈对抗决策序列,为集群“赋能”。分析了无人集群博弈对抗系统仿真验证的进展;从基于专家系统和博弈论的技术、基于群体智能和优化理论的技术,以及基于神经网络和强化学习的技术三个方面论述了自主决策关键技术,以及课题组在自主决策上开展的相关工作;提出了无人集群博弈对抗的发展方向。

双向近场地震下结构性软黏土震陷特性研究

软黏土的震陷效应与土体的结构性有着密切联系,但目前关于土体的结构强度对震陷影响的研究还较少。自然界中很难获取到物质成分相同而结构性质不同的土,为了对P波和S波耦合作用下结构性软黏土的震陷特性进行深入研究,人工制备了物质成分相近而结构强度不同的软黏土,通过开展两组动态围压下的动三轴试验,探讨结构强度、双向动荷载和P波与S波的相位差对其震陷特性的影响规律。试验结果表明:双向激振下,轴向动荷载与结构屈服应力比值越大,双向动荷载的耦合对轴向残余应变积累速度的加速作用越明显;相位差对轴向残余应变的影响则取决于土体结构强度,结构强度越小,影响越大。双向近场地震中,径向动荷载一般会加速震陷的发展,加速作用的大小与土体结构强度大小有关,结构强度越小,加速作用越明显,但轴向动荷载的剪切作用对结构性软黏土的残余应变积累仍起主导作用。研究结果可为软土地区综合防灾提供有益参考。

干湿循环作用下吹填固化轻质土蠕变特性研究

采用新型固化技术对高含水率吹填土进行固化处理,通过三轴流变仪,考虑干湿循环次数、围压和初始静偏应力等因素研究其对吹填固化轻质土蠕变变形和抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明:吹填固化轻质土具有密度小、质量轻及强度高等优点。在一定程度上,增大围压可有效缓解吹填固化轻质土的蠕变变形,而初始静偏应力对其影响较小,前7次干湿循环对土体破坏应力的影响最大,而后基本保持不变。抗剪强度指标c、φ值均随初始静偏应力的增加而逐渐降低,随干湿循环次数的增加呈现出先减小而后逐渐稳定的趋势,且前7次干湿循环,二者均呈指数函数降低;7次以后,变化均较小并逐渐稳定。基于c、φ值与时间关系曲线,分别构建了不同偏应力作用下吹填固化轻质土c、φ值的预测公式。根据蠕变曲线发展态势,通过回归分析,引入围压、初始静偏应力和干湿循环次数等因素,建立了吹填固化轻质土蠕变变形预测模型,并验证了其可行性。研究结果可为实际工程场地提供理论依据。

卸荷条件下结构性软黏土三维力学特性研究

软黏土一般具有结构性,结构性是土体变形特性的重要影响因素。以天津滨海软黏土为原料土,通过掺入少量不同含量的水泥人工制备出土质近似均匀、结构性有所不同的结构性软黏土,采用GCTS真三轴试验仪探讨基坑开挖条件下结构性土体的三维力学特性。结果表明:侧向卸荷条件下土体应变与卸荷速率、土体本身结构性、固结围压皆有关系;当土体结构性与卸荷速率相同时,围压越小的试样应变增长的速率越快,破坏时应变量越大;在土体结构性与围压相同时,随着卸荷速率的增大,破坏应变以及破坏时的应力大小都增大;当大主应变ε1小于破坏应变,土样的结构性未发生破坏时,ε1-ε3关系曲线斜率增长速率较慢,当大主应变ε1达到破坏峰值后,小主应变ε3方向膨胀速率加快,直至试样破坏;在同一围压下,土体初始卸荷切线模量随卸荷速率的增大而减小,土体卸荷破坏强度随卸荷速率的增大而增大。在此基础上,对应力-应变关系进行分析,建立并验证了考虑卸荷速率和土样结构强度影响的卸荷破坏强度预测公式。

基于SABA优化的Volterra级数空战目标机动轨迹预测

目标机动轨迹预测是空战态势感知和目标威胁评估的重要前提。针对传统目标机动轨迹预测模型复杂度大、预测精度低等问题,通过分析并结合目标机动轨迹时序数据所具备的混沌特性,引入Volterra泛函级数模型进行目标机动轨迹预测。为解决Volterra泛函级数模型中存在高阶核函数难以求解的问题,利用变异机制和自适应步长控制机制改进蝙蝠算法的寻优能力,进而构建了一种基于自适应蝙蝠算法(SABA)优化的Volterra泛函级数目标机动轨迹预测模型,并利用优化后不同阶数的Volterra泛函级数模型对目标未来机动轨迹进行预测。仿真实验中,通过与其他优化算法改进的Volterra泛函级数模型的预测精度对比,验证了所提预测模型的可行性,同时也说明了二阶Volterra泛函级数模型更加适用于目标机动轨迹预测。

城市污泥反硝化细菌处理技术与固化应用

随着城市化进程加快,城市人口持续增加,生活生产中产生了越来越多的城市污泥,因此对城市污泥的处理迫在眉睫。通过向城市污泥中投入不同添加量的反硝化细菌来降低污泥中有机质、氨氮、总氮、总磷和不稳定态重金属的含量,由试验结果确定最佳添加量为15 g/m3。从单一变量试验中得出温度为25℃,上覆水体的pH=6.5时最利于反硝化作用。在进行单一碳源和复合碳源的比选时,加入复合碳源比单一碳源对有机质的去除率高14.1%,最终选择复合碳源作为反硝化细菌碳的来源。利用微生物先期处理后的污泥再加入生石灰除污脱水,采用水泥作为固化材料,通过正交试验,最终选择固化土的最终配比为25%(污泥/干土)、13%水和8%水泥,其在28 d的无侧限抗压强度为550.17 kPa。处理后的污泥固化土经酸雨淋洗确定满足重金属排放标准,可作为土工材料。

苯酚作用下有机改性膨润土化学相容性试验研究

季铵盐阳离子改性膨润土阻控有机污染物能力强,对水和无机盐溶液防渗性能不足。膨润土经亲水性有机聚合物改性,在无机盐溶液作用下渗透系数显著降低。为提升膨润土系竖向阻隔屏障对含有机物地下水污染羽的防渗性能,综合这两类膨润土有机改性的优势,采用季铵盐阳离子与亲水性有机聚合物共同改性膨润土。通过膨胀指数和改进滤失试验,对比十六烷基三甲基溴化铵和羧甲基纤维素钠(CTMAB-CMC)共同改性膨润土、CMC改性膨润土和未改性膨润土的化学相容性。试验结果表明,相同条件下CMC改性膨润土膨胀和防渗性能相对最优,而CTMAB-CMC改性则有效削弱苯酚溶液对膨胀指数和渗透系数的影响程度。综合特征官能团和黏土矿物(001)面特征衍射峰分析,CTMAB阳离子对苯酚的分配作用是改性膨润土化学相容性增强的主因。透射电子显微镜观测显示,苯酚溶液未显著影响改变两种改性膨润土的微观结构,CTMAB-CMC改性膨润土分散程度优于CMC改性膨润土。

天津软黏土触变特性研究

软黏土的触变性对于实际工程设计和施工具有重要意义。为了分析天津地区软黏土触变性,本文基于正交试验研究了含水率、矿粉含量和pH值对其十字板强度和触变强度比率等指标的影响。试验结果表明:影响天津软黏土触变强度比率的主次因素依次为含水率、矿粉含量、pH值;软黏土的触变强度比率随含水率的增大而呈指数增大;随矿粉含量增大而呈接近线性减小;随pH值的增大而增大,但其增加幅度逐渐降低,且碱性比酸性环境更有利于软黏土强度的恢复;通过回归分析,建立了包含含水率、矿粉含量、pH值3个因素的天津软黏土触变强度比率预测公式,据此预测触变强度,预测结果较好。研究成果能够为工程实践提供理论参考。

碱渣轻质固化技术及大变形力学特性研究

直接将碱渣堆放或排入海中都会造成环境污染,将碱渣转化为可在工程中直接应用的土工材料,实现废物利用势在必行。本文通过正交试验,以7 d无侧限抗压强度为指标,选出滨海软土、碱渣、水泥、生石灰、粉煤灰和自制发泡剂等的最优配比,制成碱渣固化轻质土,并对其进行室内试验。结果表明,碱渣固化轻质土具有较强结构性,在养护龄期超过28 d后,无侧限抗压强度增长幅度减缓,可将28 d作为临界养护时间。利用环剪仪研究了碱渣轻质固化土的大变形力学特性,在静力载荷下,同一法向应力时,试样的峰值强度和残余强度随密度增大而增大,软化现象也越明显;同种密度时,随着法向应力的增大,峰值强度和残余强度都增大,但软化却越不明显。在动力载荷作用下,当最大法向应力大于土体结构屈服应力时,振幅、频率和振次对试样残余强度具有较大的影响。该研究为碱渣有效处理提供了参考,具有一定的工程应用价值。

天津滨海新区粘性土物理力学性质指标相关性

在岩土工程中,土性参数的选取至关重要。笔者对天津临港地区多个钻孔取样所得土工试验数据的统计规律做了深入分析,并结合传统的回归分析方法客观、详细地研究了滨海新区粘性土物性指标之间及其与力学指标间的相关关系,给出了指标之间的经验关系式,并给出相关系数用于评价相关程度。结果表明,物性指标之间相关性都较好,相关系数可达到0.94以上;物性指标与变形指标之间的相关性分析结果表明,孔隙比、含水率、密度等指标与变形指标的相关性都较好,相比之下含水率与变形指标间的相关性最好,相关系数在0.93以上;物性指标与不同试验方法得到的强度指标之间的相关性分析结果表明,孔隙比、含水率、密度等物性指标与强度指标之间的相关关系较好,相关系数在0.81～0.94之间;文中成果可为该地区资料欠缺的工程提供参考。

考虑应力路径与累积变形影响吹填土力学特性

应力路径与累积变形量影响土体的力学特性。本文以天津滨海新区有一定结构强度的吹填土为研究对象,采用WF应力路径试验仪对土体施加不同的应力路径,再控制土体的不同的累积变形量,在此基础上,进行三轴不固结不排水试验,探讨不同应力路径及初始累积变形对吹填土变形特性、强度特性以及孔隙水压力变化规律。试验结果表明,土体三轴剪切应力-应变关系曲线形状与应力路径阶段累积变形量密切相关,应力路径对土体抗剪强度大小以及抗剪强度包线形状有明显影响,抗剪强度指标粘聚力受应力路径的影响比内摩擦角大。土体孔压变化不仅与应力路径有关,还与土体结构屈服有关。3种不同应力路径下,有效应力路径在土体结构屈服前后都出现明显的偏转,呈现为"S"型。土体的结构屈服应力并不是一个定值,随着应力状态的变化而变化。

热重-差示扫描量热-傅里叶变换红外光谱联用技术检测水泥生料基固硫剂的气体释放特征

采用热重-差示扫描量热-傅里叶变换红外光谱联用技术进行在线检测,对水泥生料基固硫剂煅烧过程的气体释放特性进行研究。在热重-差示扫描量热综合热分析仪上模拟煅烧过程,通过傅里叶变换红外光谱法鉴别气体产物成分。结果显示:水泥生料基固硫剂中在35~1 450℃煅烧过程中主要释放二氧化碳、水、二氧化硫气体,共发生四步反应。第一步反应为吸附水解吸附和石膏脱结晶水,水积分流量峰值为121.56,154.72℃,总失重为3.19%;第二步反应为矿物相中结晶水的脱除,失重为0.29%,水积分流量峰值为423.83℃;第三步反应为碳酸钙分解,失重为24.40%,二氧化碳气体积分流量出现最大值为818.87℃,在819.54℃水积分流量峰出现最小值;第四步反应为硫酸钙分解,共失重1.83%,二氧化硫气体积分流量在1 415.69℃出现释放最大值。

空战决策知识构建方法研究

针对战训数据丰富,数据背后空战决策知识贫乏的问题,提出了一种空战决策知识构建方法。首先,根据空战决策影响因素来分析决策知识的生成过程,选择用产生式规则来表示空战决策知识。其次,针对战训数据存在噪声数据干扰以及连续属性数据难以满足数据挖掘算法离散度量要求的问题,应用了k-means聚类算法来检测离群点并使用最小描述长度准则算法将连续属性离散化。最后,基于预处理后数据,采用粗糙集提取空战最小决策规则知识,通过构建模糊逻辑推理系统实现空战决策知识的推理与应用。仿真表明,该方法能够有效地提取空战决策规则知识以及知识的推理与应用。

战斗识别系统研究启示与空战需求分析

战场态势感知与识别是作战决策的基础,发展适应未来创新作战概念的战斗识别系统对于提升体系作战能力至关重要。在原有战斗识别概念的基础上,提出了适应未来战争和装备发展的战斗识别新概念,从信息主导、分布感知、手段齐备、标准互通、群智汇聚5个角度阐述了未来战斗识别系统的特征,并概述了战斗识别系统支撑未来作战的功能,基于此提出了空战场对战斗识别的需求,为未来战斗识别系统发展提供参考。

基于RS-CRITIC的空战目标威胁评估

针对不确定信息下的空战目标威胁评估问题,提出了一种基于粗糙集(RS)理论和指标重要性相关(CRITIC)法的目标威胁评估模型。首先,通过CRITIC法确定准确信息下的目标威胁值,利用数据挖掘(MD)启发式算法求解最佳分割集合,将目标威胁值离散化处理后替代粗糙集决策信息系统中的决策属性。其次,基于构建的完备粗糙集决策信息系统,通过决策矩阵实现属性约简和目标威胁评估最小决策规则提取。最后,将规则应用于不确定信息下的目标威胁评估。仿真结果表明:所提模型能够实现信息缺失下的目标威胁评估,减少了主观因素和先验知识的影响,扩展了粗糙集理论应用范围。

石灰粉煤灰固化天津滨海软土试验研究

天津滨海新区大面积分布的海积软土含水量高、孔隙比大、强度较低,对工程的安全建设和使用存在很大影响,在工程实践中常需要进行固化处理。本文以石灰粉煤灰为固化材料,通过大量室内试验,以及微观结构测试,研究其对天津滨海软土的改良效果。室内试验结果表明,二灰土各项力学性质明显提高,即压缩性降低,水稳性良好,无侧限抗压峰值应变及三轴峰值应变较小,由于其强度很大程度依赖于土体颗粒间的胶结作用,一旦破坏,二次抗压强度则较低。微观结构测试分析表明,石灰粉煤灰与软土在拌合均匀状态下,经一系列物理化学作用,土体颗粒胶结成土团粒,粒间孔隙也得到填充。随着龄期的增长,二灰土孔隙数量减少,等效直径减小,土体颗粒数量减少,等效直径增大;而随着压力的增大,二灰土表现出孔隙数量增多而孔隙等效直径减小,颗粒数量和等效直径变化较小的趋势。室内试验与微观测试认为石灰粉煤灰可用于固化天津滨海软土,是一种经济合理的固化剂。

人工制备结构性软黏土长期变形特性试验研究

软黏土的结构性对其变形特性有很大的影响,由于成因等因素的不同,软黏土的结构性强弱不一,这也使得土体变形特性表现出差异性。为研究结构性强弱不同对软黏土长期变形特性的影响,人工制备含水率相同而结构强度不同的软黏土,对其进行三轴不固结不排水蠕变试验,研究结构性对软土长期变形特性的影响。试验结果分析表明,具有一定结构性的软黏土,当偏应力小于结构屈服应力时,土体结构损伤少,其蠕变变形量较小,一般不大于2%;而随着偏应力的增大,尤其是超过结构屈服应力时,土体结构出现大量破坏,应变增长很快,最终演变为临界型应变。相同偏应力作用下,土体结构性越强,各时刻的蠕变变形量也越小。在此基础上,以土体结构强度作为表征土体结构性强弱的量化参数,建立了考虑结构强度影响的长期变形预测公式。

基于不同结构强度软粘土长期强度特性研究

天然软粘土一般具有结构性,土的结构性反映其内部颗粒孔隙连结及空间组合,决定了土体的物理力学效应,是软粘土长期强度的重要内在影响因素。为研究结构性强弱不同对软粘土长期强度特性的影响,人工制备含水率相同而结构强度不同的土体,对其进行三轴不固结不排水蠕变试验。试验结果表明,软粘土由于存在结构性,其长期强度具有明显差异。通过对不同结构强度土体蠕变等时曲线进行分析,建立了考虑结构强度影响的软粘土长期强度经验模型。利用本文建立的经验模型,以结构屈服应变(1.9%)作为人工结构性软粘土蠕变变形的破坏准则,结果表明预测值与试验值较为吻合,验证了本文建立的考虑结构强度影响的土体长期强度预测关系式的合理性。

固化轻质土在干湿循环及大变形条件下力学特性研究

为了研究在多变自然气候环境影响下新型土工材料——固化轻质土的力学特性,以自行研制的固化轻质土为研究对象,通过控制含水率变化模拟干湿循环作用,研究不同密度固化轻质土强度随干湿循环次数变化的规律。利用GCTS环剪仪对不同密度的固化轻质土分别进行单级剪切、多级剪切和预剪切3种不同形式的环剪试验,分析固化轻质土抗剪强度指标c,φ值以及残余强度在不同剪切方式下的变化规律。结果表明:在干湿循环作用下,固化轻质土的抗剪强度在剪切初期明显下降,随后趋于稳定,土体密度越大,龄期越长,衰减趋势越小。对固化轻质土孔隙率测试表明,土孔隙率随着干湿循环次数的增加呈现出先增大后趋于平缓的变化趋势,从内部机理上解释了强度的变化规律。在大变形条件下,多级剪切形式下土体残余抗剪强度最大,预剪切次之,单级剪切最小。同种剪切方式下固化轻质土的残余抗剪强度与密度和法向应力成正比。

固结与荷载耦合作用下吹填土力学性质与微结构参数关联性

固结条件与荷载条件对吹填土的力学特性具有明显的影响,且土的微观结构特征是决定其宏观力学性质的本质因素,为了研究吹填软土力学特性在不同固结条件和荷载条件下的变化规律及与微结构参数的关联性,对天津滨海新区重塑吹填软土进行不同初始固结条件与荷载效应综合作用下的蠕变试验和微观结构测试,研究此条件下吹填土力学特性的变化规律,并通过灰色关联度理论建立宏观力学参数与微结构参数之间的关联性。试验结果表明:稳定性蠕变对吹填软土强度的增长起到积极作用,有偏压固结较无偏压固结强度增长更快,且初始固结越充分,强度增长越快;随蠕变时间的增加,颗粒的等效直径、形态比和圆度呈增大的趋势,而颗粒和孔隙的数量与周长、孔隙的等效直径、形态比和圆度则呈减小的趋势;抗剪强度指标C,φ值随颗粒等效直径、形态比和圆度的增大而增大,但随颗粒和孔隙的数量与周长、孔隙的等效直径、形态比和圆度的增大而减小。关联度分析表明,颗粒(孔隙)等效直径和圆度是影响吹填土力学性质演化的重要微结构参数,固结与蠕变越充分,土体微结构参数调整越稳定,强度越高。