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基于物联网和弱反射光栅阵列的地质灾害监测系统设计与应用 被引量:1
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作者 张晓飞 吕中虎 +1 位作者 孟庆佳 王晨辉 《现代电子技术》 北大核心 2025年第1期144-150,共7页
我国是世界上地质灾害类型最多、地质灾害最严重的国家之一,而雨量监测和形变监测在地质灾害监测中发挥着越来越重要的作用,因此确保地质灾害监测系统的长期运行以及在降雨期间的稳定运行尤为重要。文中基于STM32微控制器、LORA模块、4... 我国是世界上地质灾害类型最多、地质灾害最严重的国家之一,而雨量监测和形变监测在地质灾害监测中发挥着越来越重要的作用,因此确保地质灾害监测系统的长期运行以及在降雨期间的稳定运行尤为重要。文中基于STM32微控制器、LORA模块、4G模块设计了一款物联网数据采集控制板,并结合压电式雨量传感器、拉绳位移传感器研制了雨量智能监测仪、裂缝位移智能监测仪;结合物联网数据采集控制板和弱反射光栅阵列传感技术构建了基于物联网的弱反射光栅地质灾害监测系统,实现了对地质灾害体的定时监测和降雨期间的自动监测;最后将雨量智能监测仪、裂缝位移智能监测仪和弱反射光栅地质灾害监测系统应用于桐梓县大河镇新场火车站新场滑坡、崩塌的监测实验中。监测数据表明,弱反射光栅监测系统测得传感光缆41#弱反射光栅传感段的位移变化达5 mm,在其附近的位移监测仪也测到有位移变化,可有效实现对地质灾害的定时监测和降雨期间的自动监测。 展开更多
关键词 弱反射光栅 地质灾害 物联网 雨量监测 位移监测 光纤传感 光栅传感器 滑坡监测
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基于LoRa的地质灾害分布式实时监测系统设计 被引量:13
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作者 郭伟 王晨辉 +1 位作者 李鹏 孟庆佳 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期107-113,共7页
针对我国西南岩溶山区地质灾害监测与数据传输困难的问题,利用微电子、无线通信及控制策略优化技术,提出了一种基于远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)的地质灾害分布式实时监测系统的设计方案。该方案以低功耗嵌入式微控制器STM32L07... 针对我国西南岩溶山区地质灾害监测与数据传输困难的问题,利用微电子、无线通信及控制策略优化技术,提出了一种基于远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)的地质灾害分布式实时监测系统的设计方案。该方案以低功耗嵌入式微控制器STM32L071和基于LoRa的SX1278无线通信模块为核心,采用星型拓扑结构进行自组网设计,构建了通信距离较远、数据传输稳定的监测硬件系统。同时加入智能化软件控制技术,解决了野外设备功耗与实时性的矛盾,实现了对灾害体多种监测参数的实时采集和传输。通过野外试验对设备的传输稳定性和实时性进行分析,试验结果表明:在4个月的试验周期中,设备在数据传输过程中收包率达到92%以上,在监测到灾害体变化时数据采集实时性达到秒级。该系统具有功耗低、不受地貌限制、通信稳定等技术特点,可以有效解决复杂山区地质灾害监测困难的问题。 展开更多
关键词 LoRa 地质灾害 自组网 STM32L071 实时监测
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基于LoRa技术的滑坡监测系统设计与研究 被引量:10
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作者 王晨辉 郭伟 +1 位作者 杨凯 孟庆佳 《现代电子技术》 2022年第12期1-6,共6页
针对山体滑坡灾害监测系统存在的功耗高、环境适应性差、大范围数据通信困难等问题,文中结合物联网技术和嵌入式技术,提出一种基于LoRa技术的滑坡监测系统。该系统使用SX1278射频芯片设置LoRa收发器,配合STM32L071RBT6微处理器构建终端... 针对山体滑坡灾害监测系统存在的功耗高、环境适应性差、大范围数据通信困难等问题,文中结合物联网技术和嵌入式技术,提出一种基于LoRa技术的滑坡监测系统。该系统使用SX1278射频芯片设置LoRa收发器,配合STM32L071RBT6微处理器构建终端节点和网关节点,并完成无线传感器自组网及对滑坡灾害监测数据的实时采集、传输。软件采用嵌入式实时多线程操作系统来实现多任务调度机制,可保证系统的并发式多参数采集并有效控制系统功耗;后台上位机软件可实现对所有监测数据的实时显示、历史查询、数据分析和决策控制等功能,用户支持PC机网页端或手机客户端访问。经野外测试得出,文中系统具有功耗低、自组网、通信稳定可靠及传输距离远等技术特点,可以有效满足野外恶劣环境下山体滑坡监测的需求。 展开更多
关键词 滑坡监测系统 LoRa技术 系统设计 无线传感器网络 数据采集 自组网 多任务调度 系统测试
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弱反射光栅滑坡监测系统的研究与应用 被引量:11
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作者 张晓飞 吕中虎 +2 位作者 杨秀元 曾克 王晨辉 《电子测量技术》 北大核心 2022年第6期119-123,共5页
目前,光纤传感技术在桥梁、隧道、大坝等监测领域推广应用并取得了较好的效果,而基于弱反射光栅的FBG传感技术应用还处于起步阶段。针对BORDR和FBG技术应用于地质灾害监测中的限制,在介绍弱光纤光栅传感阵列监测技术原理的基础上,利用... 目前,光纤传感技术在桥梁、隧道、大坝等监测领域推广应用并取得了较好的效果,而基于弱反射光栅的FBG传感技术应用还处于起步阶段。针对BORDR和FBG技术应用于地质灾害监测中的限制,在介绍弱光纤光栅传感阵列监测技术原理的基础上,利用弱反射光栅传感阵列具有大容量、高精度的特点,设计了一款外定点式弱反射光栅传感光缆,并结合弱反射光栅传感阵列监测技术、物联网技术构建了基于弱反射光栅传感阵列的滑坡实时监测系统,开展了弱反射光栅传感光缆的室内实验并将弱反射光栅实时监测系统应用于滑坡监测实验中。监测系统测得158#~161#区域的连续4个弱反射光栅变形累加达到61.91 mm,表明系统能准确定位滑坡发生位移变化的位置及监测滑坡位移的大小,实现了对滑坡地质灾害体的高密度的自动化准分布式监测。 展开更多
关键词 地质灾害 弱光纤光栅传感 物联网 实时监测
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天津东丽湖深部岩溶热储探测与储层参数研究及其开发利用潜力分析 被引量:9
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作者 李胜涛 岳冬冬 +7 位作者 冯昭龙 宋健 刘东林 宋志彬 和国磊 龙慧 郝文杰 张秋霞 《中国地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1732-1746,共15页
【研究目的】天津市地热资源储量丰富、开发利用程度高,蓟县系雾迷山组三、四段白云岩热储是目前的主力开采层位,随着开发强度不断增大,部分地区开采潜力已达极限。探测深部地热资源、增加可开采资源量,成为保障天津地区地热可持续开发... 【研究目的】天津市地热资源储量丰富、开发利用程度高,蓟县系雾迷山组三、四段白云岩热储是目前的主力开采层位,随着开发强度不断增大,部分地区开采潜力已达极限。探测深部地热资源、增加可开采资源量,成为保障天津地区地热可持续开发的有效途径之一。【研究方法】本次研究以东丽湖为重点研究区,开展深部热储地球物理探测,实施地热科学钻探CGSD-01井。【研究结果】主要结果包括:(1)CGSD-01井在3715 m钻遇雾迷山组二段,上覆雾迷山组三段底部发育一套紫红色泥质白云岩夹浅灰色细晶白云岩,厚度约73 m,裂隙不发育,具有隔水-弱透水性质;(2)CGSD-01井成井深度4051.68 m,孔底温度105℃,单位涌水量1.53 m^(3)/h·m,渗透系数0.40 m/d,导水系数48.69 m^(2)/d;(3)雾迷山组二段地热水类型为Cl·SO_(4)·HCO_(3)-Na型,矿化度1.7 g/L,初步推断地热水来源于大气降水,主要发生混合、阳离子交替吸附、碳酸盐岩溶解、硫酸盐还原等作用,且未达到平衡;(4)蓟县系雾迷山组二段单井最大涌水量可达130 m^(3)/h,出水温度100℃,单井可满足约30万m^(2)建筑物供暖需求。【结论】在天津地区深部热储第二空间首次探获高产能雾迷山组二段新储层,探明了热储结构和主要参数,显示出良好的资源前景。 展开更多
关键词 地热 碳酸盐岩热储 高产能地热井 热储参数 深部热储探测 地热地质调查工程 东丽湖 天津
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一孔多层监测井中地下水分层监测系统开发 被引量:4
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作者 张磊 任妹娟 +2 位作者 何计彬 张建伟 冯建华 《桂林理工大学学报》 CAS 北大核心 2021年第2期291-295,共5页
针对一孔多层监测井中的地下水动态监测,研发了一种地下水分层自动监测、远程传输技术及仪器,重点解决了监测仪器多通道数据信息的在线监测与集中传输技术问题,并采用多种措施解决了仪器的稳定性、可靠性、低功耗、密封防水等一系列关... 针对一孔多层监测井中的地下水动态监测,研发了一种地下水分层自动监测、远程传输技术及仪器,重点解决了监测仪器多通道数据信息的在线监测与集中传输技术问题,并采用多种措施解决了仪器的稳定性、可靠性、低功耗、密封防水等一系列关键技术问题。仪器可挂接多个传感器并进行集中数据的远程传输,在野外对仪器进行测试应用,系统运行状况良好。该系统为一孔多层监测井中多层位地下水位、水温在线监测提供了一套技术及设备,实现地下水监测从传统的混合监测到分层监测。支撑示范区多层地下水数据精细分析、地下水演化规律深入研究、水文地质参数的真实获取,大大提高了野外工作效率。 展开更多
关键词 地下水监测 分层监测 一孔多层监测井 数据传输 低功耗
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土地复垦诱发边坡浅层岩体劣化全过程监测试验研究 被引量:1
7
作者 陶志刚 王振雨 +2 位作者 张海江 任番泉 张秀莲 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第3期190-196,共7页
边坡系统作为一种天然的力学系统,其变形、开裂、失稳、滑移是一个复杂且难以测量的天然力学过程,常因浅层滑坡灾害而造成严重的人员伤亡和土地资源损失。因此,探索边坡浅层岩体在内外营力作用下诱发的岩体劣化规律及敏感参数是浅层滑... 边坡系统作为一种天然的力学系统,其变形、开裂、失稳、滑移是一个复杂且难以测量的天然力学过程,常因浅层滑坡灾害而造成严重的人员伤亡和土地资源损失。因此,探索边坡浅层岩体在内外营力作用下诱发的岩体劣化规律及敏感参数是浅层滑坡监测预警的关键。采用自主研发的边坡滑动力NPR锚索监测预警系统,在新昌陈家山村开展了土地复垦诱发边坡浅层岩体劣化全过程监测试验。通过边坡地质调查,在关键监测点位安装边坡滑动力NPR锚索监测预警系统;采用现场标记法记录土地复垦机械开挖点与监测点的时空特征,并分析边坡浅层岩体劣化变形特征与滑动力监测曲线演变特征的相关关系,揭示该系统对陈家山村特定地质条件边坡稳定性的监测灵敏度和临滑预警时间。试验结果表明:针对陈家山村松散堆积层发育的边坡类型,在土地复垦开挖扰动作用下,滑动力监测曲线并未出现类似岩质边坡失稳破坏所呈现的缓升型“不稳定模式”和突升型“裂缝模式”,滑动力监测曲线随着机械开挖点距离监测点越来越近呈阶梯式突降型“多次滑移模式”;该系统在松散堆积层发育的边坡类型下的有效距离监测灵敏度为35 m,分析结果可为类似边坡稳定性监测预警提供参考。 展开更多
关键词 松散堆积浅层边坡 土地复垦 距离灵敏度 滑动力监测预警系统 预警模式
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太行山区阜平县温泉水化学特征及成因分析
8
作者 刘伟朋 李胜涛 +3 位作者 贾小丰 岳冬冬 宋绵 张秋霞 《中国矿业》 北大核心 2024年第9期236-248,共13页
河北省阜平县位于太行山腹地,温泉出露于变质岩地层和变质核杂岩构造区,开展温泉水化学及成因分析,对于变质岩区隆起山地型地热资源的勘查开发具有一定的指导意义。本文基于阜平县自然地理及区域地热地质背景,采用野外调查及采样测试等... 河北省阜平县位于太行山腹地,温泉出露于变质岩地层和变质核杂岩构造区,开展温泉水化学及成因分析,对于变质岩区隆起山地型地热资源的勘查开发具有一定的指导意义。本文基于阜平县自然地理及区域地热地质背景,采用野外调查及采样测试等手段,综合运用水化学及稳定同位素等方法明确了温泉水化学特征和主要离子物质来源,初步推测了温泉的补给来源、深部热源等。阜平县温泉水质总体呈弱碱性,变质岩区温泉水化学类型为SO_(4)^(-)Na型,碳酸盐岩区为HCO_(3)^(-)Ca·Mg型,水化学演化以风化溶解作用为主导,阳离子交换作用为辅。温泉流体中的SO4^(2+)、Na^(+)主要来自硫化物和硅酸盐溶解,HCO_(3)^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)主要来自碳酸盐溶解。研究区温泉的补给水源为大气降水,并具有轻微的18O漂移现象,补给高程为1500~2600m,推测补给区位于研究区西北部变质岩区和东北部的碳酸盐岩区;研究区温泉样品均达石英理论平衡溶解线,估算热储温度56.46~133.71℃,循环深度2213.0~8092.3m;研究区温泉热源主要来自深部幔枝构造、低速高导层及构造热,韧性剪切带和深大断裂作为传热通道,地表热显示主要受控于断裂构造。研究区地热资源属于深循环可再生能源,热储温度达中高温标准,可进一步开展深部地热资源的勘查开发工作,促进当地经济绿色可持续发展,助力阜平县乡村建设。 展开更多
关键词 太行山区 阜平县 温泉 水化学特征 隆起山地型 成因分析
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高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测模型 被引量:1
9
作者 韩旭东 杨秀元 +3 位作者 孙秀娟 宋伟 包一丁 王春辉 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1190-1200,共11页
高位远程滑坡快速解体后,往往形成碎屑流,会沿程动力侵蚀坡体表层第四纪松散物质,改变滑坡滑移动力学特征,导致滑坡体积显著放大,灾害效应强烈,已成为近年来防灾减灾研究的重点。首先,针对高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测问题,... 高位远程滑坡快速解体后,往往形成碎屑流,会沿程动力侵蚀坡体表层第四纪松散物质,改变滑坡滑移动力学特征,导致滑坡体积显著放大,灾害效应强烈,已成为近年来防灾减灾研究的重点。首先,针对高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测问题,基于深度积分水动力计算理论与固液两相界面剪应力侵蚀模型架构,构建了高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测的连续介质数值模型,自主进行了数值实现,编制了具有二阶计算精度的软件程序DisasterFlowV1.0。然后,通过经典的溃坝水流算例验证,结果表明所构建的数值模型的数值求解格式正确并具有较好的总变差不增特性(total variation diminishing,TVD)。再后,通过对柏杨林高位堆积体远程滑坡案例动力侵蚀过程预测可知,所构建的数值模型与传统雪橇模型对该滑坡滑移速度预测结果基本一致,但相较于传统雪橇模型,所构建的数值模型对滑动路径地形的适应能力强,滑移速度预测值振荡性较小。最后,利用所构建的数值模型在时间和空间维度上对柏杨林高位堆积体远程滑坡的动力侵蚀过程进行量化表达,结果表明所构建的数值模型能够对该滑坡动力侵蚀过程中各历时的滑移深度、速度及侵蚀堆积深度进行量化,这是传统雪橇模型所不具备的。所做研究可充实高位远程滑坡动力侵蚀过程量化预测理论与技术体系。 展开更多
关键词 高位远程滑坡 动力侵蚀 数值模型 DisasterFlowV1.0 量化预测
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贵安新区生态新城岩溶区地下空间利用适宜性评价 被引量:1
10
作者 李浩 杨强 +4 位作者 罗旋 王兵虎 邵长庆 王思源 乐琪浪 《中国岩溶》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期176-187,共12页
以贵安新区生态新城为例,在分析研究区地质环境条件基础上,提出了地下空间利用概念模型,建立了基于地下水系统单元的分区、分层地下空间利用适宜性评价体系和评价方法,利用ArcGIS平台对典型岩溶区进行了地下空间利用适宜性评价,提出了... 以贵安新区生态新城为例,在分析研究区地质环境条件基础上,提出了地下空间利用概念模型,建立了基于地下水系统单元的分区、分层地下空间利用适宜性评价体系和评价方法,利用ArcGIS平台对典型岩溶区进行了地下空间利用适宜性评价,提出了针对性的地下空间利用建议。结果表明:(1)地下空间适宜性较好以上面积半地下占36.11%、浅层占44.06%、次浅层占43.94%,半地下空间利用主要受地形起伏程度、地层岩性破碎程度影响,浅层地下空间利用主要受地质构造、地层岩性、地表水系、岩溶发育程度、地下工程建筑影响,次浅层地下空间利用受地下水、岩溶发育程度和构造影响;(2)基于地下水系统单元和ArcGIS平台建立评价方法较为方便实用,评价结果经验证较为可靠;(3)地下空间开发利用过程中应准确划分地下水系统,查清地下水动态,重视涌水、岩溶塌陷等灾害。建立的评价方法及评价结果为典型岩溶区地下空间利用、国土空间规划、地质灾害防治提供借鉴和指导。 展开更多
关键词 贵安新区 岩溶区 城市地下空间 适宜性评价
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基于麻雀搜索算法的土壤重金属X射线荧光光谱重叠峰解析 被引量:14
11
作者 陈颖 刘峥莹 +5 位作者 肖春艳 赵学亮 李康 庞丽丽 史彦新 李少华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2175-2180,共6页
近年来随着土壤重金属污染的加剧,和人们环境意识的逐渐提高,科研人员对快速检测土壤重金属含量方法的研究正在不断深化。目前,X射线荧光分析法(XRF)是广泛应用于土壤重金属污染检测的方法。但由于X射线荧光光谱仪的能量分辨率有限,而... 近年来随着土壤重金属污染的加剧,和人们环境意识的逐渐提高,科研人员对快速检测土壤重金属含量方法的研究正在不断深化。目前,X射线荧光分析法(XRF)是广泛应用于土壤重金属污染检测的方法。但由于X射线荧光光谱仪的能量分辨率有限,而一些重金属元素的荧光产额较低,一些元素的相邻谱峰出现了重叠现象。针对XRF法中元素相邻谱峰的重叠问题,提出了一种基于麻雀搜索算法(SSA)的光谱重叠峰解析方法。首先,将从河北保定地区采样得到的土壤,制备出不同含水率、不同重金属元素含量的样本并用X射线荧光光谱仪获取原始光谱数据。接着,对光谱数据进行预处理,采用谱聚类算法剔除异常光谱样本,采用Savitzky-Golay五点二次去噪法和线性本底法完成对光谱的去噪和本底扣除,并对光谱净计数用随机数法生成大量模拟光谱数据,以备后续算法使用。然后,用期望最大化法(EM)对重叠峰进行初步解析,首先设置EM算法的初始参数,并将生成的模拟光谱数据代入EM算法,当达到迭代次数时,即可初步得到高斯混合模型(GMM)中各高斯峰的期望、方差和权重参数。但由于EM算法容易受初始参数设置的影响,且易陷入局部最优而导致结果不准确,还需对EM算法进一步优化。本研究采用SSA对GMM的各参数进行全局优化,在设置SSA算法的基本参数后,将100组由EM算法得到的参数作为该算法的初始种群,并设置合适的适应度函数,通过迭代,最终得到全局最优参数,实现了重叠峰的分解。SSA受参数设置的影响较小,相比于一些传统的优化算法,如遗传算法(GA)、蚁群算法(ACO)、粒子群算法(PSO)等,具有收敛速度快、不易陷入局部最优的特点,因此,采用此算法,可以达到较好的优化效果。通过对重叠峰解析结果的分析表明,该算法可在较少的迭代次数下得到较准确的解析结果,可广泛应用于能谱重叠峰解析。 展开更多
关键词 X射线荧光分析法 高斯混合模型 期望最大化法 麻雀搜索算法 重叠峰解析
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雄安新区D01井岩溶热储下伏太古界中热流测定研究 被引量:8
12
作者 姚亚辉 贾小丰 +4 位作者 李胜涛 张建伟 宋健 杨涛 岳冬冬 《中国地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1723-1731,共9页
【研究目的】目前雄安新区范围内的热流数据多测自于新近系沉积盖层及白云岩地层,对岩溶热储下伏太古界的热流测定研究还鲜见报道,主要受限于以往的地热勘查开发层位主要在1800 m以浅的蓟县系岩溶热储,揭露岩溶热储下伏太古界的钻孔稀少... 【研究目的】目前雄安新区范围内的热流数据多测自于新近系沉积盖层及白云岩地层,对岩溶热储下伏太古界的热流测定研究还鲜见报道,主要受限于以往的地热勘查开发层位主要在1800 m以浅的蓟县系岩溶热储,揭露岩溶热储下伏太古界的钻孔稀少。2018年以来,在雄安新区牛驼镇地热田实施了D01深部地热参数井,揭穿了高于庄组岩溶热储,并揭露太古界厚度达1723.67 m,给该地区岩溶热储下伏太古界的热流测定研究提供了条件。【研究方法】本文基于近稳态钻孔测温及岩心热导率测试,对D01井太古界进行了热流测定及分析。【研究结果】结果表明:D01井太古界呈显著的传导型地温特征,地温梯度为18.3℃/km,相比于新近系地温梯度48.6℃/km偏低。测得25块D01井太古界片麻岩岩心样品的热导率平均值为(2.41±0.40)W/(K•m)。根据钻孔测温数据及热导率测试,计算出D01井太古界2300~2700 m深度的热流值为(44.1±7.0)mW/m^(2)。同时,估算了D01井新近系400~800 m深度段的热流值为84.6 mW/m^(2),较太古界高出40.5 mW/m^(2)。【结论】分析认为D01井新近系较太古界高出热流主要为高孔渗岩溶白云岩层中地下水侧向热对流作用以及牛东断裂地下水垂向热对流作用共同所致。研究结果对前人提出的地下水运移聚热模式及导热断裂聚热模式提供了数据支撑,对雄安新区深部地热资源成因机制和太古界地温场研究具有重要意义。 展开更多
关键词 热流 钻孔测温 太古界 热导率 D01井 地热地质调查工程 雄安新区
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频域反射分析法测定土壤含水率标定试验研究 被引量:7
13
作者 董翰川 庞丽丽 史云 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期55-61,共7页
对滑坡体土壤含水率进行长期和连续的监测,有利于对滑坡体的变形分析和安全预警。为了提高频域反射分析法(FDR法)测量土壤含水率的精度,通过室内标定和现场标定相结合的方式,对使用FDR法测定野外现场滑坡土壤含水率进行了标定。通过对... 对滑坡体土壤含水率进行长期和连续的监测,有利于对滑坡体的变形分析和安全预警。为了提高频域反射分析法(FDR法)测量土壤含水率的精度,通过室内标定和现场标定相结合的方式,对使用FDR法测定野外现场滑坡土壤含水率进行了标定。通过对比分析FDR法和烘干法测得的土壤含水率数据,探讨电压信号、含水率、绝对误差和相对误差之间的对应关系,并建立函数模型。试验结果表明:FDR法测定的土壤含水率较烘干法偏高;通过线性、多次曲线及指数形式对试验数据进行拟合和回归分析,最终确定四次曲线作为标定方式,标定后测得的土壤含水率精度明显提高,平均绝对误差可控制在2%以内。该方法可用于类似条件下FDR法测定土壤含水率的标定。 展开更多
关键词 滑坡 频域反射分析法 土壤含水率 标定试验 土壤含水率监测仪 戒台寺滑坡
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基于XRF-CNN土壤重金属Zn元素含量预测模型研究 被引量:5
14
作者 陈颖 杨惠 +6 位作者 肖春艳 赵学亮 李康 庞丽丽 史彦新 刘峥莹 李少华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期880-885,共6页
结合X射线荧光光谱法,针对土壤中重金属元素Zn含量的预测问题,提出基于深度卷积神经网络回归预测模型。对原始土壤进行相关预处理,用粉末压片法制作土壤压片,采用X射线荧光光谱法(X-Ray-fluorescence,XRF)获取土壤光谱,相比于传统检测方... 结合X射线荧光光谱法,针对土壤中重金属元素Zn含量的预测问题,提出基于深度卷积神经网络回归预测模型。对原始土壤进行相关预处理,用粉末压片法制作土壤压片,采用X射线荧光光谱法(X-Ray-fluorescence,XRF)获取土壤光谱,相比于传统检测方式,XR F法具有检测速度快、精度高、操作简单、不破坏样品属性并且可实现多种重金属元素同时检测等优点,故将XRF与深度卷积神经网络相结合,实现对土壤中重金属Zn元素含量的精确预测。采用箱型图来剔除X射线荧光光谱中的异常数据,采用熵权法结合多元散射校正来对样品盒数据进行校正,采用Savitzky-Golay平滑去噪法以及线性本底法对光谱数据进行预处理,可以有效地解决由外界环境和人为因素产生的噪声及基线漂移等问题。针对卷积神经网络结构的特殊性,将获取的一维光谱数据向量,采用构建光谱数据矩阵的方式来进行处理,将同一浓度、同一含水率下5组平行光谱数据向量转化为二维光谱信息矩阵,以该矩阵作为深度卷积神经网络预测模型的输入,以适应卷积层的操作要求,利用深度卷积神经网络特殊的结构模式,能有效提取土壤光谱数据特征,提高了深度卷积神经网络预测模型的学习能力,降低模型的训练难度。深度卷积神经网络预测模型采用3层卷积层搭建,使用ReLU激活函数激活,采用最大池化方式,减少数据的维度,增加Dropout层,防止过拟合,使用ADAM优化器对预测模型进行优化。实验以平均相对误差(mean rel ative error,MRE)、损失函数(LOSS)、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)确定了模型的最优学习率为10^(-3)以及最优迭代次数为3000,并将深度卷积神经网络预测模型与BP预测模型、ELM预测模型、PLS预测模型进行对比,以均方误差(mean square error,MSE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、以及拟合系数R^(2)来分析比较预测模型的好坏,结果表明,基于深度卷积神经网络预测模型在对土壤中重金属Zn元素含量预测方面优于BP,ELM,PLS三种预测模型,提高了预测精度。 展开更多
关键词 土壤重金属 X射线荧光光谱 光谱信息矩阵 深度卷积神经网络
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基于NMF-PLS对含水量影响下土壤重金属含量反演模型研究 被引量:3
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作者 吴希军 张杰 +5 位作者 肖春艳 赵学亮 李康 庞丽丽 史彦新 李少华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期271-277,共7页
土壤中过高的重金属含量危害巨大,不仅造成了严重的环境污染,而且通过食物链进入人体对人体健康造成严重威胁,所以对重金属检测十分重要。X射线荧光光谱法具有检测时间短、无损检测、检测成本低等特点被广泛使用,然而检测的光谱数据因... 土壤中过高的重金属含量危害巨大,不仅造成了严重的环境污染,而且通过食物链进入人体对人体健康造成严重威胁,所以对重金属检测十分重要。X射线荧光光谱法具有检测时间短、无损检测、检测成本低等特点被广泛使用,然而检测的光谱数据因受到土壤含水量因素的严重干扰,导致直接对土壤重金属含量估算精度较低。以河北省保定市满城区土样为研究对象,对采集的土样进行除杂、过筛、烘干后加入一定量重金属溶液制备不同含水量不同重金属的样本进行检测。对实验中异常数据计算了马氏距离和进行NJW聚类予以剔除,分析了土壤含水量对土壤重金属光谱的影响,结果表明不同含水量间光谱重复性差,随着土壤含水量的增加光谱强度呈非线性降低。采用Savitzky-Golay卷积平滑去噪法和线性本底法对光谱进行预处理,以解决因环境、仪器本身带来的噪声和基线漂移等问题。然后针对于土壤含水量这一主要干扰,采用非负矩阵分解算法进行处理,并使用峰值信噪比这一评价模型确定端元数目,结果表明当端元数目增至10时峰值信噪比趋于稳定波动很小,非负矩阵分解处理后相同重金属含量不同含水量间光谱重复性好、相似性好,并计算了光谱间的相关系数进一步证明了光谱间的相似性。去除含水量对于光谱干扰后建立了偏最小二乘法预测模型,为了验证预测模型的精度,建立了未去除含水量的偏最小二乘法预测模型和使用外部参数正交化法去除含水量建立的偏最小二乘法预测模型,并使用评价参数决定系数(R^2)、交叉验证均方根误差(RMSECV)、平均绝对误差(MAE)和相对分析误差(RPD)进行评价。验证结果表明,相比较未去除含水量建立的模型,使用非负矩阵分解去除含水量建立的偏最小二乘法模型R^2和RPD分别提高了0.0197和1.0292,RMSECV和MAE分别降低了2.3863和1.4396;相对于外部参数正交化法建立的偏最小二乘法模型,R^2和RPD分别提高了0.0099和0.1081,RMSECV和MAE分别降低了0.2447和0.3566,说明了经过非负矩阵分解去噪后建立的模型有效提高了预测的精度和鲁棒性。非负矩阵分解可以有效消除土壤含水量对光谱的影响,在此基础上建立的偏最小二乘法模型实现了土壤重金属含量的反演,为重金属定量检测提供了一定的技术支持。 展开更多
关键词 土壤重金属 X射线荧光光谱 非负矩阵分解 偏最小二乘法
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地热深孔声波测井传感器的热设计 被引量:2
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作者 张建伟 杨卓静 +2 位作者 王新杰 赵玉军 郝文杰 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第1期165-172,共8页
声波测井技术是摸清地下岩体构造及裂缝分布规律的有效手段。在深部热储层测井工程中,井下传感器需要在高温环境中长时间连续工作。高温环境容易使传感器产生热失效,失效率和温度增量呈指数关系。合理的热设计是提升传感器耐高温性能的... 声波测井技术是摸清地下岩体构造及裂缝分布规律的有效手段。在深部热储层测井工程中,井下传感器需要在高温环境中长时间连续工作。高温环境容易使传感器产生热失效,失效率和温度增量呈指数关系。合理的热设计是提升传感器耐高温性能的有效手段,针对超声成像传感器在高温、密闭工作环境中的耐温需求,对数据采集与处理电路进行热设计,给出了传感器内部元件的设计方法。根据传热学理论,建立了电路板的传热耦合模型,采用COMSOL软件对电路进行仿真热分析,为传感器的结构设计、电路布局和耐温性能评估提供了可靠依据。在雄安新区D35井、D22井中进行性能测试,经热设计后的传感器能够在120℃环境下长时间正常工作,高温高压环境下测井效果良好,耐温指标与室内模拟结果一致。试验结果表明,提出的热设计方法能够有效提升传感器的耐温性能,传热模型能够高效仿真实际环境,可广泛应用于热辐射条件下传感器的耐温设计。 展开更多
关键词 地热 声波测井 传感器 热设计 COMSOL
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地震作用下NPR锚索固坡效应振动台试验研究 被引量:4
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作者 陶志刚 王璇 +2 位作者 郭爱鹏 陈佳钰 舒昱 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3410-3420,共11页
为研究恒阻大变形(NPR)锚索在地震作用下的吸能特性和动力响应规律,总结地震作用下无支护边坡发生破坏的一般规律,利用振动台开展地震条件下无支护边坡以及NPR锚索支护边坡的振动台对比试验。结果表明:相同工况下经过NPR锚索支护后的边... 为研究恒阻大变形(NPR)锚索在地震作用下的吸能特性和动力响应规律,总结地震作用下无支护边坡发生破坏的一般规律,利用振动台开展地震条件下无支护边坡以及NPR锚索支护边坡的振动台对比试验。结果表明:相同工况下经过NPR锚索支护后的边坡变形破坏情况以及岩土体的破碎程度与无支护边坡相比改善显著,NPR锚索支护边坡的最终破坏程度也远低于无支护边坡,表明NPR锚索在地震作用下具有良好的吸能特性,能够通过吸收地震释放能量的方式增强边坡的整体性,降低坡体破坏程度,为边坡提供有效支护;分析NPR锚索在试验全程的轴力变化情况,发现在地震惯性力的反复作用下,锚索内恒阻结构产生疲劳效应导致轴力下降,随着施加振动荷载强度不断提高,轴力下降到一定数值后便不再发生明显变化,可认为在地震作用下NPR锚索的锚固特性始终存在,仍能对边坡提供有效支护;分析同一工况下NPR锚索支护边坡与无支护边坡各测点PGA放大系数的变化趋势,发现NPR锚索用于边坡支护工程中时,可以很好的限制坡体变形,对于滑坡位移具有一定的控制能力;根据试验现象及动力响应分析,将地震作用下无支护边坡破坏过程分为3个阶段:张拉裂缝产生及坡顶松动阶段,裂缝持续发展阶段,滑动面贯通坡体崩塌溃坏阶段。 展开更多
关键词 边坡工程 NPR锚索 振动台试验 地震响应 破坏机理
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金沙江构造混杂岩带白格滑坡地质结构及特征
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作者 张仕林 赵立明 +3 位作者 王晨辉 高敬轩 吴新明 王文沛 《水文地质工程地质》 2025年第5期160-171,共12页
白格滑坡发育于金沙江构造混杂岩带,地质条件极其复杂。白格滑坡2018年发生两次大规模滑动后,残留体仍在持续变形,存在再次滑动风险,研究白格滑坡地质结构特征对后续灾害风险评估具有重要意义。基于多年调查结果,结合多期无人机航拍及... 白格滑坡发育于金沙江构造混杂岩带,地质条件极其复杂。白格滑坡2018年发生两次大规模滑动后,残留体仍在持续变形,存在再次滑动风险,研究白格滑坡地质结构特征对后续灾害风险评估具有重要意义。基于多年调查结果,结合多期无人机航拍及长期变形监测数据,在查明白格滑坡地质条件基础上,综合分析易滑地质结构、灾变特征及发展趋势。结果表明:滑坡岩体组成及空间分布复杂,主要由片麻岩、千枚岩及蛇纹岩构成,其中蛇纹岩广泛分布于滑坡中上部,易风化崩解,抗剪强度低,是导致滑坡变形的控制性岩性;断裂构造在滑坡区广泛发育,对岩体改造破坏作用显著,促进了滑坡的形成和发展;滑坡存在明显灾后变形现象,残留变形区按空间分布划分为K1、K2及K3区,又进一步细分为具有不同变形趋势的11个子区。其中,K1-1区主要由强风化片麻岩组成,具有高陡临空面,存在突发脆性破坏导致滑坡的可能;K1-4及K1-5分布大量强风化蛇纹岩,深部卸荷变形在第二次滑坡后持续发展,并于2022年11月29日失稳下滑,蛇纹岩山体裂缝仍有不断扩展趋势;K2区变形受炭质板岩及千枚岩控制,变形受降雨影响较大,滑槽临空部位在雨季易产生溜滑破坏;K3区深部岩体较完整,以浅层分解破坏为主,深层滑动可能性小。研究结果可为构造缝合带内的滑坡体地质结构提供工程实践参考。 展开更多
关键词 构造混杂岩带 白格滑坡 地质结构 发展趋势
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舟曲江顶崖滑坡的早期判识及风险评估研究 被引量:15
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作者 韩旭东 付杰 +2 位作者 李严严 王高峰 曹琛 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期180-186,共7页
如何提前判识滑坡变形并对其进行早期风险评估已成为地质灾害防治领域的研究热点。文章以舟曲白龙江流域江顶崖堆积层滑坡为反分析案例,进行了滑坡变形早期判识及风险评估综合研究,提出了小基线集雷达干涉(SBAS-InSAR)技术解译分析、地... 如何提前判识滑坡变形并对其进行早期风险评估已成为地质灾害防治领域的研究热点。文章以舟曲白龙江流域江顶崖堆积层滑坡为反分析案例,进行了滑坡变形早期判识及风险评估综合研究,提出了小基线集雷达干涉(SBAS-InSAR)技术解译分析、地质-力学联合分析、动力过程数值模拟分析三者相结合的滑坡变形早期判识与风险评估全流程分析模式。基于SBAS-InSAR技术解译能够准确地判识江顶崖滑坡的分布范围及早期形变特征,江顶崖滑坡的变形破坏模式为牵引式,滑坡体长度约680 m,宽度约210 m。基于早期识别信息,地质-力学联合分析表明:江顶崖滑坡为典型的老堆积层滑坡,前缘局部变形,破坏模式为牵引式,滑坡体平均厚度约35 m,滑床整体坡度较缓,失稳后运移速度不大。选取符合江顶崖滑坡体滑移摩擦特征的库伦摩擦模型,基于深度积分连续介质方程,分析计算滑坡体的动力学过程,结果表明:滑坡体滑移速度不大,最大值约为2.2 m/s,运动方式表现为推挤白龙江河道,堵江可能性较小,并且江顶崖滑坡体前缘错动完成后,该滑坡体滑移速度从前缘到后缘快速降为0,表现为牵引式运动特征。本次分析结果与实际相符,吻合度较高,采取的综合分析方法及研究模式可用于舟曲白龙江沿岸类似滑坡的早期判识及风险评估。 展开更多
关键词 堆积层滑坡 早期识别 地质-力学分析 动力过程模拟
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三峡库区溪沟湾滑坡的诱发因素及前期降雨影响 被引量:5
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作者 史学磊 韩旭东 +2 位作者 杨秀元 孙秀娟 李严严 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期253-263,共11页
多年来的监测数据表明溪沟湾滑坡加速变形时总伴随着季节性降雨和库水位变动,难以辨别滑坡变形的主导诱发因素,对风险分析带来了挑战。鉴于此,论文首先采用邻域粗糙集模型中的属性约简算法,对溪沟湾滑坡活跃区和非活跃区日变形速率与降... 多年来的监测数据表明溪沟湾滑坡加速变形时总伴随着季节性降雨和库水位变动,难以辨别滑坡变形的主导诱发因素,对风险分析带来了挑战。鉴于此,论文首先采用邻域粗糙集模型中的属性约简算法,对溪沟湾滑坡活跃区和非活跃区日变形速率与降雨、库水位和库水位变动速率因素之间的相关性进行了系统分析,计算结果表明溪沟湾滑坡活跃区变形主要受过去7日降雨因素影响,并与短期库水位变化率因素存在关联性,滑坡非活跃区的微弱变形与过去3日库水位变化率因素存在关联性。然后,结合滑坡变形特征,研究发现诱发溪沟湾滑坡活跃区剧烈变形的过去7天平均降雨量在20 mm左右,库水位下降因素对其变形存在影响,但影响较小,而溪沟湾滑坡非活跃区的微弱变形主要受库水位波动影响。最后,通过对溪沟湾滑坡进行渗流-力学数值计算分析,结果揭示了溪沟湾滑坡活跃区受长历时前期降雨作用的变形机理。数值分析过程中,当降雨强度由1 mm/d增至20 mm/d,降雨造成滑坡体内部孔隙水压逐渐增大,内部水位抬升并不断向滑坡活跃区延伸,导致活跃区滑坡体由稳定状态降至欠稳定状态,进而引发溪沟湾滑坡活跃区变形加剧。此外,数值模拟结果也表明库水位下降因素对滑坡活跃区内部渗流场影响较小,对其稳定性影响有限,而库水位变动对滑坡非活跃区内部渗流场影响较大,说明滑坡非活跃区的微弱变形主要受库水位波动影响。论文针对溪沟湾滑坡变形诱发因素的综合分析结果,有助于对该滑坡进行风险预警,可将过去7日平均降雨量20 mm作为诱发溪沟湾滑坡活跃区剧烈变形预警阀值之一。 展开更多
关键词 溪沟湾滑坡 诱发因素 前期降雨 预警阈值 地质灾害
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