基于地震信号的滚石定位及动力参数反演研究

基于滚石诱发地震信号可快速准确地获取滚石灾害信息,对灾情评估至关重要。开展了滚石冲击坡面地震动监测现场原位试验,揭示了滚石冲击地震信号时频域特征规律,分析了到时法与极化法的震源定位性能,并基于量纲分析法建立了滚石体积与冲击速度反演模型。结果表明:滚石冲击坡面(弹跳阶段)产生的地震信号表现为短持时、宽频带的三角状脉冲特征;结合到时法和极化法震源定位理论,实现了滚石冲击坡面的空间定位,得出到时法是更为优良的滚石冲击震源定位方法,其平均相对定位误差不超过10%;基于无量纲反演模型预测的滚石体积、冲击速度与实际结果吻合较好,平均预测误差均低于20%。研究成果可为滚石灾害动力学参数的快速获取提供理论与技术支持。

基于Ka/Ku双波段回波强度差约束和多普勒功率谱的微物理和动力参数反演方法和应用

回波强度定标误差、天线水膜衰减和雨区衰减造成的回波强度偏差对云雷达反演微物理和动力参数有非常重要的影响,准确分析这些偏差对提高反演精度至关重要。为了消除云雷达因定标和天线罩等引起的回波强度和功率谱大小的影响,实现高精度和雷达全观测范围的反演,本文提出了基于Ka/Ku双波段云雷达回波强度差约束和回波强度谱密度数据的降水内空气垂直运动速度和雨滴谱反演方法(DWR-SZ),并将该方法应用到2020年6月8日和2021年6月1日华南两次对流性云降水垂直结构观测数据,利用雨滴谱仪数据分析了该方法反演结果的改进程度,分析了上升速度对反演的回波强度和微物理参数的影响。该方法首先融合双波段云雷达反演(DWSZ)和单波段小粒子跟踪方法(ST)方法反演的云内空气垂直速度V_(air),形成全观测域的V_(air),然后利用DWSZ方法得到微物理参数初估值,并计算衰减影响,最后利用双波段回波强度差(DWR)调整回波强度系统偏差和反演的微物理参数,使DWR-SZ方法正演得到的DWR与雷达观测值差到达极小。结果表明:(1)采用脉冲压缩技术的高雷达灵敏度模式与采用短脉冲的低灵敏度模式相比,DWSZ方法反演的V_(air)与雷达灵敏度相关性非常小,结果稳定,但这种方法只能应用于含有大粒子的液体降水区(粒子直径大于1.8mm);小粒子跟踪ST方法通常低估V_(air),但在低层的35 dBZ以下降水V_(air)低估程度不大,且灵敏度提高会极大改进Ka波段雷达反演能力;两种方法融合的V_(air)比较合理;(2)雨区衰减和距离是造成ST方法低估V_(air)的主要原因;而固态降水的功率谱非常窄而且陡,灵敏度对固态降水区V_(air)影响不大;(3)采用DWR作为约束,有效减小了回波强度的系统偏差和天线水膜影响,提高了微物理参数的反演准确率;(4)ST方法反演的V_(air)高估了粒子数密度,液体含水量(LWC)和衰减系数,低估了粒子大小,但对天线水膜引起的回波强度系统偏差影响不大。

基于改进粒子群算法的土石坝动力参数反演研究

【目的】针对现有土石坝本构模型参数较多,参数反演分析工作量大,且在动力参数反演模型算法中存在的智能算法容易陷入局部极值、神经网络计算精度依赖于样本的训练效率、反演参数精度低等问题,【方法】基于正交试验法,以坝体顺河向、坝轴向和竖直向三向加速度反应作为试验指标,对紫坪铺面板堆石坝进行动力本构模型参数的敏感性分析,定量分析各参数对坝体加速度分布的敏感性,为土石坝动力有限元分析时空间赋值模型参数的选择以及后续反演分析提供依据。将粒子群算法与云理论中的正向高斯云算法相结合,通过高斯云模型对陷入局部最优的粒子进行变异操作,以避免算法早熟收敛的问题,并利用地震实测响应信息对坝料动力参数进行反演。【结果】结果表明:紫坪铺面板堆石坝的坝料动力参数中k2、n、λmax是对坝体加速度反应敏感性最强的3个参数,基于反演参数对坝体进行动力分析结果与实际地震响应较为吻合,三个方向的最大绝对加速度均发生在坝顶中部附近,在坝轴向最为剧烈,顺河向次之,而竖直向反应最弱。【结论】通过定量分析参数敏感性以确定待反演参数,可在保证计算精度的前提下提高计算效率;通过验证分析可知,反演模型计算的动力参数能够较为准确地反映土体的动力特性,可满足实际工程精度要求;所提出的动力参数反演方法以及有关动力响应分析规律,可为土石坝工程动力参数的确定与大坝安全鉴定提供技术借鉴。

基于粒子群算法的鲤鱼潭大坝坝料动参数反演

土石料的动力模型参数是影响土石坝抗震安全分析的主要因素。土石坝动力模型参数一般是通过室内试验确定的,但受施工工艺、施工方法和施工质量的影响,其结果与坝体实际参数会存在差异。为此,提出了一种以加速度反应谱为目标函数的土石料参数反演方法,该方法依据坝体在地震中的响应信息,利用粒子群算法反演坝体的材料参数。结果表明,动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线对坝体地震响应有很大影响。

Ka/Ku双波段云雷达反演空气垂直运动速度和雨滴谱方法研究及初步应用

在Ka波段云雷达上升级改造建成的Ka/Ku(Ka和Ku波段波长分别为8.9 mm和2.2 cm)双波段云雷达2019年用于华南云降水垂直结构观测,以改进云内动力和微物理参数探测能力。为了利用该双波段云雷达研究华南降水微物理和动力结构,本文提出了基于双波段云雷达回波强度谱密度(SZ)数据和最优估计技术的云内空气垂直运动速度(Vair)、雨滴谱(DSD)、含水量(LWC)、雨强(R)的反演方法(DWSZ),雨区衰减的订正方法。利用2019年在广东龙门观测的一次降水过程数据,对比分析了云雷达反演的微物理参数与雨滴谱直接观测量,并检验了云雷达反演的低层空气垂直运动速度,利用反演结果分析了一次混合云过程的Vair与这些微物理参数的垂直结构和相互关系。结果表明:Ka/Ku双波段云雷达合理反演了微降水微物理和动力参数及其垂直分布,经过衰减订正的Ka和Ku波段回波强度偏差明显减小。该双波段云雷达数据可以用于分析0~30 dBZ回波强度的云降水垂直结构。本次过程为混合云降水,对流单体前部存在明显的上升气流,后部存在下沉气流;从平均垂直结构来看:Vair和粒子平均直径(Dm)在2 km高度层到达最大,粒子数密度(Nw)、LWC和R在2 km以下明显增强,粒子直径却减小,水汽凝结过程、雨滴碰并云滴是本次过程的主要机制。这一工作验证了Ka和Ku波段组合的双波段云雷达的可行性,为Ka/Ku波段云雷达技术的推广,单波段云雷达反演算法进一步改进,云降水精细结构分析等提供了基础。

零价锌降解四氯乙烯的反应动力学模型研究

对零价锌(Zn(0))降解四氯乙烯(PCE)进行批实验,在假设各化学反应符合准一级反应的前提下,建立了多级链式平行反应数学模型,并使用混合函数遗传算法进行了动力学参数的反演.结果表明,在106h后残留物基本上为C2H4和C2H2.计算显示,氯代烃的反应活性大小为C2C l2>C2HC l>t-DCE(反二氯乙烯)>1,1-DCE(1,1二-氯乙烯)>TCE(三氯乙烯)>c-DCE(顺二氯乙烯)>PCE;在4条重要的反应路径中,最重要的是PCE→TCE→t-DCE→C2H2→C2H4和PCE→C2C l2→t-DCE→C2H2→C2H4;最终94.77%的PCE转化为C2H4,5.23%的PCE转换成了氯乙烯(VC).