IsomapVSG-LIME:一种新的模型无关解释方法

为了解决局部可解释模型无关的解释(local interpretable model-agnostic explanations,LIME)随机扰动采样方法导致产生的解释缺乏局部忠实性和稳定性的问题,本文提出了一种新的模型无关解释方法IsomapVSG-LIME。该方法使用基于流形学习的等距映射虚拟样本生成(isometric mapping virtual sample generation,IsomapVSG)方法代替LIME的随机扰动采样方法来生成样本,并使用凝聚层次聚类方法从虚拟样本中选择具有代表性的样本用以训练解释模型;本文还提出了一种新的解释稳定性评价指标—特征序列稳定性指数(features sequence stability index,FSSI),解决了以往评价指标忽略特征的序关系和解释翻转的问题。实验结果表明,本文提出的方法在稳定性和局部忠实性上均优于现有的最新模型。

近海欠密实砂质海床内波致渐进液化特征研究

利用一个经过广泛验证的数值模型FSSI-CAS 2D为计算工具,采用砂土的高级本构模型Pastor-Zienkiewicz-Mark III(PZIII)描述海床砂土的动态力学行为,定量研究松散海床地基土在波浪作用下,其内部的液化过程和特征,以加深对波致海床液化特征、性质的认识。计算结果分析表明,开发的耦合数值模型FSSI-CAS 2D能够很好地捕捉到波浪作用下欠密实海床的动力响应特征,以及海床内的累积液化过程等一些列的非线性物理现象。研究表明,波浪导致的松砂海床液化是一个渐进过程,海床表面首先液化,并逐渐向下扩展。

扰动岩质边坡强震作用下动力响应分析

煤层露天转地下开采会扰动和弱化高边坡内岩土体,使边坡安全性降低。采用数值方法研究受地下开采扰动的露天高边坡的强震动力反应。以抚顺东露天矿扰动岩质边坡为工程背景,以有限元程序FSSI-CAS 2D数值计算为分析手段,研究东露天边坡强震作用下的动力响应规律。研究发现:①东露天矿坑下覆岩体,对地震波的放大效应明显低于两帮边坡的放大效应;两侧边坡对地震波的放大效应与所处位置的高度成正相关关系,高度越高对地震波的放大效应越明显。②对于处在同一边坡高度的点,由于右侧边坡扰动岩体性较弱,右侧边坡上对地震波的放大效应明显要高于左侧边坡的放大效应。③计算区域内的任何位置,对入射地震波大水平放大效应要永远高于竖向放大效应。无论是加速度响应、速度响应还是位移响应,受开采扰动影响越大的区域,加速度、速度响应和位移响应越剧烈。加速度、速度响应和位移响应剧烈的区域与扰动岩体损伤程度较大的区域一致。

列车行车荷载作用下富水弹性砂性地基动态响应

由于轨道的不平整性,列车运行中会产生较大的激振荷载。该激振荷载使铁路路基和地基发生动态响应。铁路路基过大的振动反应会对列车的通行安全不利,降低乘车的舒适性,而且会对铁路周边的建筑物带来不良振动,给周围居民带来噪音污染。所以研究和评估列车通过时铁路路基和地基的动态响应具有重要的实际意义。本文以Biot动态方程为控制方程,以有限元程序包FSSI-CAS 2D为数值计算工具,在前人研究的基础上,进一步深入研究了铁路路基、富水砂性地基在列车行车动荷载作用下的动态响应问题。考虑铁路路基和地基中地下水面线以上部分的非饱和带的存在是本研究的一个特色之处。数值计算表明在列车行车激振荷载作用下,铁路路基-地基系统发生强烈的动力响应,其中以低频的竖向响应为主;并且该响应存在衰减。非饱和带内的负孔隙水压力在列车激振荷载作用下不发生变化,而饱和带内孔隙压力发生振荡。本文所提供的研究方法、工具和计算案例可为铁路交通工程中评价列车通过的安全性、乘车的舒适性提供研究参考。

天然林林分空间结构综合指数的研究

以常用林分空间结构参数(混交度、大小比数和角尺度)为切入点,以微观经济学中柯布--道格拉斯生产函数相关理论为基础,通过构建以混交度、大小比数和角尺度为"投入"与林分整体空间结构为"产出"的林分空间结构生产函数,定义了林分空间结构指数(FSSI)。同时,根据林分空间结构3参数的"三维散点图"中现实的林分空间结构向理想结构点变化的趋势,计算了林分空间结构距离(FSSD)。结合黑龙江省3个不同区域、不同林分类型的75块固定样地全面调查数据的林分空间结构参数、林分空间结构指数以及林分空间结构距离的计算结果,验证了林分空间结构指数和林分空间结构距离均能有效反映林分空间结构特征及其动态变化。可以认为,林分空间结构指数和林分空间结构距离是对目前广泛使用的林分空间结构参数的完善和补充,二者均能作为定量描述林分空间结构状态和变化的综合指标。

大兴安岭盘古林场2种优势树种空间分布格局研究

基于2011年大兴安岭林区外业调查数据中的10块样地数据,采用4种方法对大兴安岭盘古林场落叶松和白桦2种优势树种的空间分布格局进行研究。结果表明,在落叶松中龄林内,落叶松呈显著聚集分布;随着林分发展到近熟林和成熟林阶段,种内和种间竞争加剧,落叶松聚集程度明显下降;落叶松林各龄组间空间结构优劣表现为中龄林>成熟林>近熟林,林分空间结构指数(FSSI)和林分空间结构距离(FSSD)具有极显著的线性关系,FSSD=-1.201 3FSSI+144.03,R^2=0.984 2(P<0.01),表明二者在表达林分空间结构的优劣性方面存在较强的一致性。白桦林从幼龄林发育为成熟林的过程中,林木的分布格局由聚集分布转化为均匀分布,中龄林内林木的聚集程度最高,在近熟林内林木开始出现由聚集分布向均匀分布转化的趋势;当发展到成熟林时完全转化为均匀分布;白桦林各龄组间空间结构的优劣表现为中龄林>成熟林>近熟林>幼龄林。FSSD=-0.703 8FSSI+113.19,R^2=0.998 5(P<0.01),二者同样具有极显著的线性关系。通过研究天然落叶松林和白桦林优势种群及其空间分布格局,为日后制定合理的健康的森林经营措施提供有力依据。

波浪诱发松散海床渐进式液化的数值分析

近海区域广泛分布着第四纪新沉积的松散海洋土,波浪荷载作用下松散海床会发生液化进而对近海结构物的稳定性存在巨大威胁。本文采用中国科学院流体-结构-海床相互作用数值计算模型FSSI-CAS 2D,选用Pastor-Zienkiewicz-MarkⅢ(PZⅢ)弹塑性本构研究了波浪诱发的松散海床液化问题。分析了波浪荷载引起的松散海床内超孔隙水压力、有效应力以及应力角的时程变化特性,并预测了松散海床的渐进液化过程。计算结果表明,波浪荷载作用下松散海床内残余孔压会累积增长,海床表面最先发生液化,然后逐渐向下发展至液化最大深度。同时指出海床内超孔隙水压力的竖向分布特征和应力角的变化时程均可以作为判断海床液化的间接参数。最后,通过应力状态分析,讨论了海床渐进式液化的发展过程和趋势。

利用全景科学教学法进行主题教学的设计

作者在研究国内外的科学教学理论的同时 ,综合我国特殊儿童科学教育课程改革的现状 ,以“岩石”这一主题为例 ,阐述了利用全景科学教学法进行主题教学的设计过程 ,并提出了可操作的主题教学的方法。

椭圆余弦波作用下松散沉积海床的液化机理

松散海床在波浪动荷载的作用下容易发生液化等失稳问题。基于较高可靠性的数值耦合模型FSSI-CAS 2D,采用Pastor Zienkiewicz-MarkⅢ弹塑性本构模型来描述松散海床土体的复杂力学行为,计算分析浅水环境中椭圆余弦波作用下松散沉积海床的动态响应特征和液化特性,结果表明,不同深度处松散海床的孔隙水压力不断累积上升,孔隙水压力的累积不是无限的;局部海床土达到完全液化状态,转化成粘度很大的重流体;波浪动荷载作用下海床的残余液化是一渐进过程,一般从海床表面开始,逐渐向下扩展延伸。研究结果可以为近海工程海床地基的稳定性分析提供理论依据。

2022年冬奥会崇礼赛区主要林分类型空间结构特征分析

为了改善2022年冬奥会崇礼赛区典型林分的生态结构和功能,提高崇礼赛区生态环境质量,改善流域大面积人工林经营水平,本文选用空间结构参数,对研究区典型林分类型的空间结构特征进行研究。结果表明:针(多)阔混交林(样地Ⅰ)平均角尺度0.54,针阔混交林(样地Ⅱ)为0.66,阔叶混交林(样地Ⅲ)为0.58,均为聚集分布;3种林分类型均处于中庸态,林分中落叶松优势木比例较大,白桦、山杨以中庸木居多,而其他伴生树种处于绝对劣态,或受压状态;3种林分类型混交度较低,样地Ⅱ(0.42)>样地Ⅲ(0.41)>样地Ⅰ(0.38);空间结构指数排序为:样地Ⅰ(55.89)>样地Ⅲ(54.86)>样地Ⅱ(51.18),整体来看,林分空间结构的优劣表现为针(多)阔混交林优于阔叶混交林优于针(少)阔混交林。