大盾构管片最不利上浮状态下三维形变特征模型试验方案设计

隧道施工期管片所受浆液浮力并非恒定,壁后浆液压力的不均匀分布会导致管片变形和隧道环的位错损伤。为减弱或避免因管片上浮造成的结构病害,通过自主设计研发一种考虑千斤顶水平推力、围岩压力以及同步注浆上浮力作用的管片三维加载模型试验系统,对大直径管片最不利上浮状态下的瞬时变形进行分析。试验装置由围压加载装置和非均布上浮力加载装置组成,可实现单点或多点同步加卸载;模型试验采用不同刚度弹簧模拟上浮期隧道与地层之间的相互作用;根据相似理论对管片模型和连接螺栓进行精细化设计和加工;根据实际工程中试验段的围压对模型围压初始值进行换算,并将动、静态上浮力相结合,提出更符合工程实际的盾构隧道横、纵向上浮力分析模型。结果表明:在拱底非均布上浮力的作用下,拱底竖向位移和收敛变形沿纵向均近似呈对数正态分布,其最大值均出现在脱出盾尾后第3环;各环管片的收敛变形与拱底竖向位移近似呈线性关系,斜率介于0.63~1.49之间;模型试验结果与实测数据相吻合。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计和施工提供一定的技术支持。

结合Prophet-CNN模型的多轨时序InSAR矿区三维形变监测预警

绝大多数矿区由于矿床的地质条件及特殊的采矿方式,推进开采容易引发矿区地质应力失衡,造成不同程度的变形破坏。为探究采矿活动下大红山矿区地表稳定性,本文通过对覆盖大红山矿区2021—2023年的三轨SAR影像进行联合解算矿区三维形变场,分析矿区形变特征;在此基础上,运用Prophet-CNN模型对形变时序进行训练,构建形变预测模型对矿区的三维形变趋势并进行预测;结果表明,矿区在开采活动的影响下地表持续发生形变,形变主要分布于硝水箐—南部废石场、露天采区及铜矿采区,最大垂直形变速率为-51.22 mm/a;采用Prophet-CNN组合模型对矿区地表三维形变进行时序预测,3个方向预测结果的RMSE与MAE分别在2.90和1.85 mm以下,充分证明了本文方法能够运用于矿区沉降趋势预测,为防灾减灾工作提供技术依据。

联合InSAR与坡向约束的露天矿边坡三维形变监测

针对目前多轨道InSAR融合方法监测的南北向形变误差大,难以科学地识别露天矿边坡滑坡隐患的问题,本文提出了联合InSAR与坡向约束的露天矿边坡三维形变监测方法。首先,将露天矿边坡水平位移主要沿着坡向的先验信息作为约束条件。然后,根据SAR卫星形变投影关系,建立了附加约束条件的露天矿三维形变观测模型,并据此求解三维形变。最后,选用辽宁省阜新市新邱矿区作为研究区域,实现了仅基于升降轨InSAR数据的露天矿边坡三维形变监测。结果表明:本文方法解算的三维形变精度约为1.2 cm,仅占最大形变值的5.6%。本文方法有助于改善目前InSAR露天矿山三维形变监测精度不高的情况,提升露天矿山边坡滑坡隐患识别能力。

临近空间飞艇蒙皮三维形变多芯光纤重构技术

为解决临近空间飞艇气囊形态实时监测问题,提出了基于温度自解耦多芯光纤传感器的气囊蒙皮三维形变重构方法。根据飞艇气囊三维形态特征,设计了多芯光纤传感器布局和布设方式。将多芯光纤传感结构与Frenet-Serret方程相结合,建立了具备温度自解耦功能的蒙皮三维形变重构算法。以飞艇气囊柔性复合蒙皮为试验对象,设计并集成建立了蒙皮三维形变多芯光纤重构试验系统。试验分析了温度变化环境下多芯光纤传感器三维形变重构精度以及不同弯曲度下蒙皮三维形变型面重构精度,验证了所提方法的有效性。研究结果表明:利用多芯光纤传感器和温度自解耦方法能够在大变温环境下准确重构气囊蒙皮形变,蒙皮三维型面重构误差平均值小于1.5%,所提方法在临近空间飞艇气囊形态实时监测领域具有应用前景。

东昆仑断裂带玛沁-玛曲段三维形变研究

东昆仑断裂带是青藏高原内部最活跃的左旋走滑断裂之一,是巴颜喀拉地块的北部边界。东昆仑断裂东段的玛沁-玛曲段是近400年来5级以上地震空区。本文基于PS-InSAR技术,利用欧空局Sentinel-1A/B卫星升降轨SAR数据获取玛沁-玛曲段的震间LOS向形变速率场,结合GNSS数据插值解算欧亚参考框架下的三维速率场,合成平行于断层走向的速度场;然后利用马尔可夫链蒙特卡罗方法反演玛沁-玛曲段及周围断层的滑动速率和闭锁状态。研究结果表明,玛沁-玛曲段未发现明显的蠕滑现象,其滑动速率从距离东昆仑末端300 km左右的阿尼玛卿山开始由西向东逐渐减小,由4.7 mm/a逐渐减小到2.3 mm/a;玛沁-玛曲段大部分存在10 km以上的闭锁深度,并且在不断积累应变,已接近古地震的复发周期。玛沁段与玛曲段的地震矩积累均可达到1.00×10^(20)N·m,均相当于一次M_(W)7.3地震的能量;若两段同时破裂,释放的地震矩能量相当于一次M_(W)7.5地震,因此玛沁-玛曲段的地震危险性值得关注。

基于InSAR的矿区地表三维形变场提取方法应用

在矿山开采过程中地表沉陷是三维的,而InSAR监测获取的是卫星视线向形变,针对这一问题提出了一种联合开采沉陷知识的单视线向InSAR三维形变提取方法,实现对地表三维形变的提取。通过以矿山开采引起的地表水平移动和倾斜之间的函数关系作为约束条件,构建单视线向三维变形解算模型,将单视线向InSAR技术提取的二维变形信息转化为三维形变场,并使用两景Sentinel-1数据对万年矿某采掘工作面进行了试验验证。结果表明,该方法能够获取采矿区地表三维形变场,模型反演的结果揭示了该区域真实的地表形变特征,对于矿区开采过程中地表形变特征监测、沉陷规律的探索提供了重要的应用价值。

金沙江流域时序InSAR滑坡三维形变研究

金沙江流域两岸地势陡峭,呈现高山峡谷地貌,是滑坡灾害高发区域,在该区域开展滑坡形变监测研究具有重要意义。文章利用MSBAS-3D技术对研究区域内的典型滑坡体色拉滑坡三维形变的时空特征进行研究。结果表明,色拉滑坡分区特征显著,呈由前至后的牵引式滑动,东西向形变速率最大为147 mm/a,南北向形变速率最大为-116 mm/a,垂直向形变速率最大为-86 mm/a,并在雨季存在形变加速现象,可能具有失稳风险。研究结果可以为金沙江流域滑坡三维形变监测提供参考。

基于单轨道InSAR的矿区地表三维形变监测研究

【目的】基于单轨道InSAR进行长时序地表三维形变监测,解决时空失相干问题,分析总结研究区域的沉降规律。【方法】采用时序D-InSAR和概率积分模型融合方法对红庆河煤矿的长时序地表形变进行监测,获取地表三维形变进行分析。【结果】融合方法解算的三维形变与实测数据较为一致,融合方法垂直向、东西向及南北向的精度分别为0.100 m、0.018 m、0.025 m。【结论】大梯度形变引起的失相干引起问题得到解决,融合方法对三维形变的监测精度均有提高;红庆河煤矿沉降影响范围沿工作面开采方向减小;东西、南北向形变在工作面呈对称分布。

基于BFGS法融合InSAR和GPS技术监测地表三维形变

虽然InSAR技术具有高精度、大范围和高空间分辨率等优点,但只能监测雷达视线方向上的一维地表形变;而GPS技术虽可以监测地表的三维形变,但其空间分辨率很低.本文针对融合InSAR和GPS技术监测地表高空间分辨率三维形变展开研究.首先证明了简单的局部最优化迭代算法就能求得综合InSAR和GPS监测地表形变速率的能量函数模型的全局最优估值.随后提出了利用BFGS局部最优算法反演最优的地表三维形变速率.该方法既能避免全局最优化算法计算复杂且难以收敛的问题,又能克服传统的解析法中数值计算不稳定的缺点.最后,通过模拟实验和美国南加州真实数据实验表明,该方法能够得到高精度的地表三维形变速率场.而且当观测或插值误差导致解析法误差较大时,BFGS方法仍能得到高精度、稳定的全局最优解.

通过InSAR与GPS数据融合获取汶川地震同震三维形变场

针对In SAR与GPS两类独立的观测数据,利用广义测量平差理论中方差分量估计法,合理分配权重,有效地融合了这两类观测数据,从而估算出了地表在三维方向上的形变场。以四川汶川地震为例,利用In SAR干涉测量结果和一定数量的GPS观测值,通过该方法获取了地震断层两侧高相干区域上三维形变场,清晰地显示了汶川地震的逆冲和右旋走滑分量的位置分布整体特征。结果表明,在EW、SN和UD方向上地表形变量与GPS结果能够很好地吻合,融合结果在三维方向上的均方根误差均不超过5cm,证明了该方法能够得到精度较高的地震同震三维形变场,也揭示了利用方差分量估计法对相互独立数据之间有效融合的可行性。

利用Sentinel-1A数据、D-InSAR和沿轨干涉技术获取2016年高雄M_S6.7地震三维形变场

提出一种沿轨干涉技术来获取Sentinel-1A数据中burst重叠区域内的方位向形变,进而通过内插方法得到非重叠区的方位向形变。针对D-InSAR的雷达视线向形变与沿轨干涉的方位向形变精度差异,采用基于加权最小二乘的方法解算了2016年高雄MS6.7地震的三维形变场。结果表明,高雄地震的同震形变以垂直和东西方向形变为主,且形变主要分布在断层左右两瓣。左瓣抬升,最大达到12cm;右瓣下沉,最大达到8cm;左右两瓣均伴随着向西的位移,最大达6cm。在左右两瓣之间,该地震还具有西北-东南走向的断层特性。

2008年西藏改则地震多视角InSAR成果的三维形变解算及初步分析

2008年西藏改则M_W6.4地震发生于青藏高原腹地拉萨块体与羌塘块体之间的张性活动构造带上,是一次典型的正断层破裂事件。基于InSAR对SN向形变的极度不敏感性,文中利用结合先验条件的最小二乘迭代逼近法解算了改则地震的三维同震形变场。结果显示:主震断层两盘的垂直运动差异明显,上盘存在明显的沉降"双心"特征,量值分别为-41.4 cm、-48.9cm,而下盘的最大隆升量仅5cm;除余震断层附近存在小量级(<5cm)的N向形变外,SN向形变总体趋势向S;三维形变场的整体以垂直形变为主,并集中于上盘,而水平形变具有明显的EW向分离和E向旋转特征;所得到的各形变分量与模拟值的残差标准差不超过6cm,说明此方法能够用于获取精度较高的三维同震形变场。整体上,三维形变场的分解结果与改则地震的张性破裂特征及其所处的EW向拉伸、SN向压缩构造应力背景呈现一致性特征。

联合多孔径雷达干涉与常规合成孔径雷达干涉提取三维形变场

提出基于卫星升降轨多孔径雷达干涉(MAI)与常规InSAR联合处理的严密模型(融入了三维位移分量及相位解缠偏差校准参数)和基于加权最小二乘解算的方法提取地表三维形变场。以2003年伊朗Bam地震为实验区,选择已有滑动断层模型和基于像素偏移估计(AZO)的方位向形变结果作为参考,对联合解算所得到的三维形变场进行准确性评价。分析表明,MAI在方位向形变的估计精度和计算效率比AZO均有明显提升;实测形变场和已有滑动断层模型吻合程度较高,二者在垂直、南北和东西3个方向的均方根误差分别为2.7、4.1和3.2 cm。

利用D-InSAR和AZO技术获取Bam地震同震三维形变场

基于升降轨道EnvisatASAR影像,利用两轨法D-InSAR技术获取了2003年12月26日伊朗巴姆Mw6.5地震的同震雷达视线向形变场,同时利用方位向像素偏移技术获取了降轨的同震方位向偏移量,然后计算得到了同震三维形变场。结果表明,发震断层以南北向右旋走滑为主,兼有东西向的块体水平旋转运动。两种作用致使东南象限块体受挤压作用而抬升,东北象限块体则受拉张作用下沉。震中地表没有发生剧烈变形。

GPS技术用于监测大城市三维形变

城市地面的不均匀沉降或三线形变是一种对大城市危害极大的环境灾害，文中进一步探讨应用GPS卫星定位技术监测这种三线形变的可抒性和有关问题．讨论GPS分期监测的数据处理的理论和方法，论证所采用的平差模型和基准方程的合理性，并说明基准方税的几何意义．通过对一个GPS形交监测试验网的计算，说明文中所采用的平差模型能够较好地解决不同期观测的尺度和方位偏差问题，GPS监测的平面精度可达2～3mm，高程精度可达5mm左右．

采用GPS观测值进行三维形变分析的构想

在已知地表度量张量的基础上,给出了根据测站的GPS复测值计算地表形变张量、主方向、线应变、面应变、高斯曲率与平均曲率的有关公式,并着重对地表的内蕴与外蕴形变概念作了阐述,最后指出利用地表内蕴与外蕴形变量能较好地描述地表的三维形变。

城市GPS三维形变监测网的建立和数据处理

近几年来，对建立城市GPS三维形变监测网的有关问题进行了较系统深入的探讨，对GPS监测网的基准和系统性偏差等问题作过论述，在此基础上对有关问题作进一步讨论。研究表明，在GPS的观测和数据处理中采取一些有效措施后，其监测精度可以达到毫米级．因此，建立兼有监测三维形变功能的城市GPS控制网是值得推广的，它对于城市防灾减灾县有重要意义．

基于单轨InSAR数据的矿区地表三维形变监测与预计研究

矿区地表三维形变监测和预计对于矿区安全生产、地质环境治理和灾害防控等起着至关重要的作用,然而,基于传统大地测量手段(如GPS和水准仪)的矿区地表三维形变监测与预计方法存在监测范围小、工作量大、成本高、效率低、时空分辨率差等不足.合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)是一种全新的主动微波遥感形变监测技术,相对于传统的大地测量手段,其具有覆盖范围广、时空分辨率高、成本低等优势,因此,InSAR为克服传统矿区三维形变监测和预计存在的问题提供了新的契机.但受SAR传感器斜视成像的影响,InSAR仅能获取地表沿着雷达视线向和(或)方位向的一维/二维形变,而非地表真实三维形变,致使InSAR在矿区的实际应用前景受到了极大的限制.目前,InSAR矿区研究主要集中于地表一维或一维时序视线向形变获取,而在矿区地表三维或三维时序形变监测与预计方面的研究甚少.鉴于此,本文开展了一系列基于单轨InSAR数据的矿区地表多量级(从毫米到米级)三维和三维时序形变监测与预计研究.

基于捷联式光纤陀螺的工程结构三维形变测量方法

提出了利用捷联式光纤陀螺进行水下管道三维形变的测量方法,对这一方法的测量原理进行了详细阐述,并利用坐标转换、姿态矩阵求解、形变的计算等方法给出了详细的数学模型及算法。另外,针对惯性传感器和测量系统给出了减小误差的措施,以提高测量精度。

用散斑照相法分析工程结构的三维形变

本文阐述了用白光散斑或激光散斑照相法分析实际工程结构的三维位移的实用技术。推导了三维位移的定量分析方程,提出了位移矢量指向的判别及别除刚体位移的方法。由实验验证了这一理论分析,并应用此技术测试了一台精密车床主轴箱的三维热变形。