港口工程中非均质层状地基承载力计算方法

在深水码头、防浪堤等大型港口工程建设中常常会遇到构筑物下覆地基由非均质的层状土构成的情况。对于这类非均质层状地基,我国港口工程地基规范推荐采用Hansen 61公式、Hansen 69公式和Sokolovskii数值解法3种方法计算地基的极限承载能力。然而,工程实践中由这3种方法计算得出的地基极限承载力数值往往有较大的差别。考虑到规范的继承性,基于牛顿迭代法,针对3个理论计算公式编制了计算程序,根据长江口深水治理二期工程地质实测资料,运用该计算程序对该地区地基的极限承载能力进行了计算比较。计算结果表明,对于非均质层状地基,在相同地质条件、相同荷载条件下Sokolovskii数值解法得到的承载力数值最大,Hansen 69公式得到的承载力数值最小。     

高频渐近散射理论及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用——研究历史与研究现状概述以及若干新进展

为了对高频渐近散射理论及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用有一个提纲挈领的了解,对与之有关的研究历史和研究现状进行了概述,并对近5年内笔者在这个领域中所取得的一些进展做了介绍。针对目前文献中所存在的一些问题,首先,对散射理论中的一些基本概念和基本公式进行了回顾,并对这些概念和公式的数学物理内涵进行了重申和强调;其次,对高频渐近散射理论的研究历史和研究现状及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用成效进行了概述;再次,对近5年内笔者所取得的一些研究进展进行了介绍,其中包括对面积分方程的拟解析近似、广义Beam-Born（Beam-Rytov）型近似以及弱散射近似所引入的误差等等;最后,对高频渐进散射理论的自身发展及其在地球物理场数值模拟与反演成像中的应用前景进行了展望。无论是在历史上还是在现阶段,高频渐近散射理论在地球物理场数值模拟与反演成像中一直占有不可替代的地位,尤其是在反射地震偏移成像和全波形反演研究中更是如此。高频渐近散射理论的进一步发展依赖于对高频渐近Green函数的研究。随着相应研究的不断深入,高频渐近散射理论今后将会在地球物理场数值模拟与反演成像领域中发挥更大的作用。     

层状边坡各向异性岩体渗流-应力耦合模型及工程应用

岩体渗流-应力耦合作用的研究是国内岩体渗流领域研究的热点问题,该问题在层状边坡工程中尤为常见。考虑到层状边坡岩体普遍存在的各向异性特征及渗流-应力耦合问题,基于等效连续介质模型和Louis经验公式,建立了层状边坡各向异性岩体渗流-应力耦合模型,应用COMSOL多物理场耦合软件对模型进行了数值计算。结果表明：该模型能够反映层状边坡岩体的各向异性变形及地下水渗流的非均匀性和各向异性特征。依托抚顺西露天矿南帮工程实例,通过采用不同的模型进行对比分析,研究了该边坡E800剖面地下水渗流情况。结果表明：采用该模型计算的潜水面与实际情况吻合较好,显示了该模型在层状边坡工程中良好的应用前景。     

叶片辐射传输模型PROSPECT 理论研究

综述植物叶片辐射传输PROSPECT 模型的理论,并对其理论来源PLATE 模型作了扼要介绍。进一步研究叶片结构、叶片光学吸收参数和叶片反射率、透射率之间的非线性关系,给出如何用单层致密叶片迭代来表示多层非致密叶片的反射率、透射率。讨论了Stokes 光学系统理论及其在模型理论中的应用,并用复向量的方法证明其各向同性光学介质中反射率和透射率递推关系式。表明PROSPECT 模型基于良好的物理模型,在满足假设条件下,能够准确模拟叶片的反射率和透射率。     

球载云降水粒子探测器研究现状及进展

准确观测云和降水的微物理特征是理解云降水物理过程的关键。由气象气球搭载测量仪器升空进行现场探测是获取云和降水粒子微物理特征的有效方式,其作为机载云降水粒子测量设备的补充手段,在现场测量中发挥着越来越重要的作用。根据现有球载云降水粒子探测器工作原理的差异,将其分为碰撞取样式、直接成像式、光学散射式、光强衰减式和电荷测量式探测器。总结了典型仪器的工作原理、关键技术和主要优缺点;简要介绍了其在云层精细结构获取、云参数遥感方法建立、云降水物理过程研究和参数化以及雷暴云的科学观测等方面的应用;最后,对球载云降水粒子探测器的发展趋势进行了展望,为开展相关技术研究和设备研制提供参考。     

非均质吸收性矿物在垂直入射偏光下的光学性质

本文系统叙述了垂直入射光下,非均质吸收性矿物光学性质的理论,推导出了下列光性的计算公式:①非均质旋转角Arβ;②非均质视旋转角Ar;③椭圆率2θ;④正交反射率R_ 。这些公式是解释反光显微镜下所发生的光学现象及定量测定的理论基础。最后以赤铁矿为例,计算了它的各种光性数据,计算结果与实测数据完全符合。非均质透明矿物可看作吸收性矿物的特例,令公式中吸收率k=O,即可得到非均质透明矿物各种光性公式。     

溃坝水流数值模拟研究进展

溃坝问题在水利工程的设计管理中具有重要地位,也是广大学者长期以来一直关注和研究的课题。回顾和总结了国内外对溃坝水流演进问题的研究进展:介绍了溃坝水流的数学模型及解析解法存在的困难,进而讨论了数值解法的最新进展;论述了求解溃坝水流一维问题的有限差分法、近似黎曼解的Godunov格式法、Boltzmann法、KFVS法和二维问题的TVD格式法、间断有限元法、有限体积法、特征线法,并分析了各种方法的适用范围和优缺点,及讨论了限制函数的使用;介绍了利用自由水面追踪方法计算溃坝水流的研究进展,并根据目前存在的不足和实际工程的需要,提出了进一步研究的方向和发展趋势。     

有耗媒质中线天线激励下三维异常体的散射

本文研究均匀有耗媒质中,在半波长偶极天线的场激励下,多种形状和参数的异常体的散射特性。用矩量法分别求解良导电球体散射的磁场积分方程和有限导电的长方形异常体散射的电场积分方程。讨论了与数值法有关的近似、误差和检验等问题。通过数值计算得出媒质电参数改变、散射体大小、形状以及空间位置改变时散射场变化的规律。水中金属球和介质块散射的测量结果与数值计算结果吻合较好,验证了数值模型的正确性。     

电磁散射在层状空间目标的FDTD计算CSCD

研究用于分析层状空间目标电磁散射特性的时域有限差分(FDTD)方法。从二维Maxwell方程出发,导出带有入射角的一维修正Maxwell方程组及辅助方程,来计算二维总场-散射场(TF/SF)垂向边界上电磁场,从而在层状空间中实现直接时域形式的均匀平面波入射;为避免复杂的Sommerfeld积分,用互易原理得到简化的外推算法。用该方法对半空间目标电磁散射场和层状有耗空间中的线电流辐射场进行计算,在半空间近场区域得到了良好的均匀平面波,并且远场与已有文献结果和解析解结果都吻合较好,表明本算法和程序是正确和有效的。用该算法对多层状空间中的隧道、隧道内通车辆等目标以及隧道和车辆在无耗层状空间中的电磁散射特性进行研究。结果表明,金属车体对远区散射场贡献较大,且介质层的损耗特性影响着其对车体的屏蔽能力。     

电磁散射在层状空间目标的FDTD计算

研究用于分析层状空间目标电磁散射特性的时域有限差分(FDTD)方法。从二维Maxwell方程出发,导出带有入射角的一维修正Maxwell方程组及辅助方程,来计算二维总场-散射场(TF/SF)垂向边界上电磁场,从而在层状空间中实现直接时域形式的均匀平面波入射;为避免复杂的Sommerfeld积分,用互易原理得到简化的外推算法。用该方法对半空间目标电磁散射场和层状有耗空间中的线电流辐射场进行计算,在半空间近场区域得到了良好的均匀平面波,并且远场与已有文献结果和解析解结果都吻合较好,表明本算法和程序是正确和有效的。用该算法对多层状空间中的隧道、隧道内通车辆等目标以及隧道和车辆在无耗层状空间中的电磁散射特性进行研究。结果表明,金属车体对远区散射场贡献较大,且介质层的损耗特性影响着其对车体的屏蔽能力。     

工程物探方法在上海城市建设与管理中的应用

工程物探是各学科和地球物理学的交叉学科,是目前应用地球物理领域中的一个重要的分支,它以地球物理学的理论、方法和技术来研究和勘查各种地球物理场的变化,提取人类活动(工程)对地质体原有状态的影响,探测地下目的体,评价工程质量,为工程的选址、建设、施工质量及安全性做出评价。上海城市建设工程物探的应用和相应的方法技术及工作程序,可供非物探专业的工程技术人员参考和借鉴。     

考虑荷载方向效应的软硬相间层状岩体综合变形模量取值研究

基于整体受力特征,提出用综合变形模量来表征多层层状岩体的整体变形效应。通过工程实例,建立体现各项异性特性的软硬相间层状岩体综合变形模量理论模型。采用弹性力学分别推求受力方向平行、垂直以及与层面呈任意角度情况下多层层状岩体综合变形模量理论解,并检验理论解一致性。推导受力方向平行层面的综合泊松比理论解和受垂直层面剪应力作用的综合剪切模量理论解。室内分别建立层面倾角为0o、30o、60o、90o的软硬相间层状岩体地质模型,试验获得其综合变形模量。对比分析试验值和理论计算值,两者差别在4.20%～8.77%之间,验证理论解的正确性。从理论分析和试验角度,研究工程荷载方向效应对层状岩体变形特性的影响,丰富完善现有层状岩体力学参数研究理论和技术方法。     

起伏地表条件下的声波散射数值模拟的积分方程法

从散射理论的角度来看,起伏地表可以看作是一种特殊的扰动介质,因此应用散射积分方程求解起伏地表条件下的散射场在理论上是可行的。从三维频率域声波方程出发,由格林函数定理,得出起伏地表条件下的散射积分方程。散射积分方程为关于起伏地表的面积分和与速度扰动体有关的体积分之和,同时给出了格林函数在奇异点的积分方法。由于数值离散求解积分方程存在着计算时间太长和存储内存不足的问题,采用电磁散射积分方程的拟解析近似的方法。在假设反射函数为缓变函数的基础上,最终得到其近似表达式,因此散射场的数值求解不必再借助于代数方程组,只要进行数值积分即可。这种方法避开了传统数值计算方法存在的问题,为地震散射波场快速正演模拟打下了基础。理论分析表明,这种方法适用于小扰动的问题。当扰动较大时,拟解析近似会产生较大的误差。     

非均质性旋转在不透明矿物鉴定中的应用

不透明矿物反光显微镜研究方法中,对于正交偏光下矿物光学性质研究不够。其原因是光学原理较复杂,许多光性缺乏可供查阅的数据。近十几年来反射正交偏光下矿物光性理论日臻完善。特别是由于反射光下偏光图的研究,对正交偏光下矿物各种光学性质的测试提供了理论依据。 本文仅对不透明矿物的非均质视旋转角、非均质旋转色散的测试方法及其应用略以论述。     

矿物反射光谱的性质特征

矿物的反射光谱,是一种镜面反射光谱。它是指在一定的照明条件下,矿物的反射率随波长变化的特征曲线。 矿物反射光谱的某些光性特征已有人做了一些讨论。R·加洛平(Galopin)和N·F·M亨利(Henry)对铜蓝的光性随波长变化作了研究,陈正等还指出了反射光谱反映反射色,双反射和非均质性等光学性质。笔者认为,矿物的反射光谱具有特征的性质。虽然它是在单偏光下测定的,且仅为多波长反射率的连线,但它却统一地反映着矿物的绝大多数反射光学性质,包括单偏光下的全部光学性质和正交偏光下的许多重要光学性质。此外,还包含有矿物的结晶构造和化学成分两方面的综合信息。     

撒哈拉地区沙尘气溶胶南北空间型分布特征及其成因

本次研究利用MODIS、CALIPSO等卫星观测资料以及MERRA-2再分析资料分析了2007–2017年撒哈拉地区气溶胶光学厚度的空间分布特征。结果表明,撒哈拉地区气溶胶光学厚度的空间分布具有明显的季节变化,夏季沙尘气溶胶光学厚度高值区位于撒哈拉北部地区,高达0.6以上;而冬季沙尘气溶胶光学厚度高值区位于撒哈拉南部地区,最大值约为0.5。此外,撒哈拉地区在不同季节的主要气溶胶类型均为沙尘,但在撒哈拉南部地区沙尘气溶胶光学厚度对总气溶胶光学厚度的贡献有明显的季节性差异。基于CALIPSO体积退偏比的研究结果表明,在撒哈拉南部地区,夏季人为气溶胶占比大,气溶胶粒子趋于球形,冬季气溶胶粒子的退偏比则明显高于夏季,粒子非球形程度更高。夏季撒哈拉北部地区位于脊前槽后的位置,以南地区近地面主要为偏西风,携带了大量水汽的气流由大西洋吹向撒哈拉地区,使撒哈拉南部地区进入雨季,增强了沙尘气溶胶的沉降,因此夏季撒哈拉地区沙尘气溶胶光学厚度分布北高南低;冬季高压控制着撒哈拉北部地区,撒哈拉南部地区近地面盛行偏东风,且冬季温度偏低,容易形成逆温,不利于沙尘气溶胶和局地污染物扩散,导致沙尘气溶胶光学厚度南高北低。此外,局地温度变化也进一步促进了撒哈拉地区沙尘气溶胶空间分布的季节性差异。     

非规则边界相变温度场奇异摄动解

研究了季节冻土地区集(输)油管线基础土体在冬季冻结期间的相变温度场的奇异摄动解法，通过共形映射将非规则区域进行规则化，导出映射后坐标系中非线性、非稳定热传导方程和相变界面热通量连续性方程；采用奇异摄动方法和变分原理对映射坐标系中的热传导问题进行近似分析计算，获得集(输)油管线基础土体在冬季冻结过程中的非线性温度场近似解。     

地震波散射研究回顾与展望

地震波散射是地球物理学中一个非常重要的研究领域,其进展对人们正确认识和了解地球深部的细节及物性具有重大意义,对地球动力学的研究也具有不可忽视的推动作用。这里从地震波散射的理论和方法研究二个方面,对地震波散射研究的进展作评述。首先回顾了地震波散射的基本概念、研究历程及研究的各个方面,对散射理论进行了系统评述,同时对先辈们关于散射波数值模拟的情况进行了总结。     

层状岩体单轴压缩力学特性的非均质层面影响效应研究

层状岩体的非均质性主要体现在基岩非均质性和层面节理非均质性所表征对象的差异,如何描述基岩和层面节理具有不同的均质性是一项重要工作。为此,将基于Weibull分布的二维非均质线性平行黏结模型(简称WLPB模型)和基于Weibull分布的非均质光滑节理模型(简称WSJ模型)相结合,分别表征基岩和层面节理的非均质性,提出了一种新的层状岩体细观非均质接触力学模型理论和计算分析方法,分析了单轴压缩条件下层状岩样的变形特征、破坏模式及其细观演化规律。结果表明:层状岩样的弹性模量和峰值强度以及破坏模式均表现出明显的各向异性特征,与所开展的室内试验规律基本一致,表明所开发的层状岩体非均质细观力学计算模型的合理性和适应性;当层面对层状岩体力学行为起控制作用时,层面的非均质性是影响层状岩体宏观力学特性的一个重要因素;当层面起控制性作用时,层面间距对岩样的峰值强度影响不明显,但对岩样的变形特性影响明显;解译了在单轴压缩情况下非均质层面不同倾角时层状岩体细观破裂机制及其控制作用的转化规律。     

非均质含水层中渗流与溶质运移研究进展

含水层的非均质性控制着地下水渗流和溶质迁移特性,准确定量化描述非均质含水层中的渗流和溶质迁移问题受到广泛关注,已成为地球科学领域中的研究热点。首先从非均质含水层地下水流和溶质迁移理论模型、矩分析、多尺度进行系统综述,指出尺度转换在目前水文地质研究中主要解决的问题以及存在的问题;其次从非均质含水层场地试验、不确定性以及速度连通性等方面分析了该方向的研究进展;最后指出地球物理反演含水层非均质性、随机理论与随机模拟软件开发、尺度转换及速度连通性的不确定性问题、非均质性与水文地质条件关系研究4个方面是该领域今后的主要研究方向。