三维磁定位监测直线位移的试验研究

随着弱磁测量技术的发展和硬件成本的降低,采用弱磁测量对岩土体内部变形进行磁定位测量的方法也逐渐成为可能.试验中以永磁体为磁源目标,采用三维磁强传感器测量磁源所产生的局部静磁场,根据推导出的磁极位移与磁场强度值之间的理论关系表达式解算磁极位移变化值,并采用磁极直线位移试验验证弱磁测量磁定位技术监测岩土体直线位移的可行性.最后选取了6个点进行误差分析,结果证明了三维磁定位技术的可行性.其定位精度在毫米级,可满足多数岩土体内部变形监测的要求.     

利用梯度磁场的拦截作用富集氧气的研究

提出了一种利用梯度磁场对氧分子形成的拦截作用实现氧气富集的新方法。用两块相距一定距离的矩形钕铁硼永磁铁异极相对围成一个磁场空间,在磁场空间的边界处存在梯度磁场。当被引入磁场空间的空气穿过边界流出磁场空间时,氧分子受到梯度磁场的拦截作用,而氮分子则顺利流出,从而实现氧气富集。实验测得,当进出磁场空间的空气流量分别为40 ml/min 和20 ml/min,气体温度为298 K,磁感应强度与场强梯度乘积的最大值为563 T²/m (磁极间距为1 mm)时,氧气的富集量最大,达到了0.65%。当气体温度升高至343K时,氧气的富集量降至0.32%;当磁感应强度与场强梯度乘积的最大值减小为101 T²/m (磁极间距为4 mm)时,氧气的富集量降至0.23%。实验结果显示进出磁场空间的空气流量存在一个最佳比值,使氧富集程度达到最大。本文实验条件下,该值在2.0左右。本文提出的方法被证明可以连续富集氧气,而且与其它磁分富氧方法相比具有更高的富集水平。     

偶极子磁场测量误差对水下载体定位精度影响

将水下地磁异常视为偶极子磁性目标,通过安装在载体上的测量装置测量磁性目标磁场大小与梯度来确定目标与载体间的相对位置.分析了由于磁传感器轴间非正交、增益不一致与零点漂移以及磁传感器安装中心偏差和指向不一致等因素所引起的磁场大小和梯度测量误差,及对水下载体定位精度的影响,并对此进行了数值仿真.结果表明,与磁场梯度相比磁场大小相对误差较小,受误差源的影响较小;相比于安装中心错位和指向偏差,磁传感器的三轴正交性、轴间增益一致性等对磁场梯度测量精度的影响最为明显.水下磁异常定位算法的误差随磁场梯度误差增加而增大,为获得高精度定位必须采用性能优良的磁传感器或对其进行补偿.     

大间隙磁力驱动轴流式血泵的电磁特性

为提高大间隙磁力传动下系统的驱动能力、传递效率和稳定性,提出三齿槽定子驱动轴流式血泵的大间隙磁力传动技术,对系统的驱动力矩和空间磁场分布电磁特性进行研究。建立三齿槽定子驱动力矩和空间磁场理论模型,利用MATLAB软件解析求解理论模型,并将解析值与ANSYS数值求解值对比,通过实验对驱动力矩和空间磁场理论模型和仿真模型进行验证。研究结果表明:驱动力矩和空间磁场数学模型正确;血泵在运行过程中稳定,连续运转过程无失步现象,系统传递效率提高;增大电流和减小主从磁极距离能提高驱动能力;主从磁极相对位置在x方向位于0 mm,y方向距离小于60 mm,z方向在±1.5 mm内,可提高系统驱动能力。该研究为大间隙磁力传动技术的可行性提供了途径和依据。     

自动测量磁场装置的研制

本文介绍一台自动测量磁场装置,该装置可在长1000mm,宽800mm,高205mm范围内,用线圈或霍尔元件逐点自动测量二极磁铁、四极磁铁、六极磁铁等空间场形分布,测磁分辨率为万分之一,测磁精度好于万分之二。能适应多种磁铁的磁场测量工作需要。     

鼠笼转子磁力联轴器空载气隙磁场有限元分析

为得到鼠笼转子异步磁力联轴器内部磁场的直观分布情况,首先给出了空载磁场理论分析,其次运用ANSYS软件对影响该磁力联轴器气隙磁场的主要因素:磁极数、永磁体厚度、内转子槽数、槽宽和槽深进行了模拟分析.结果表明当磁极对数为14极,永磁体厚度为8mm,槽数为24槽,槽宽为8mm,槽深为18mm,在安装允许的范围内气隙长度为最小时磁力联轴器的气隙磁密最大.鼠笼转子异步磁力联轴器的有限元分析方法为该类联轴器的结构优化设计提供了一种新思路.     

苏州阳山东侧滑坡变形对下部采空区的响应分析

为了查清苏州阳山东侧消防通道地表变形和开裂的原因,现场钻探取凝灰岩样品进行测试,并在现场布置地表位移监测点30个、路面沉降监测点13个、深部水平位移监测点4个,对山体变形进行监测。监测结果表明,自2021年11月至2022年5月,山体表面最大位移超过80 mm,位移速度为0.5 mm/d,且地表各点位移速率不同,岩土体变形不协调,易导致岩土体破坏或滑坡事件发生。深部位移监测结果表明：山体中发生水平位移的岩体深度超过30 m,最大深部位移达14 mm;结合气象数据分析认为,降雨入渗对边坡稳定性影响较小;山体稳定性主要受下部采空区塌陷影响,山体下部和坡顶有多处地表开裂和错动现象。目前山体变形正处于等速蠕变阶段,如不控制边坡变形,岩土体位移达到加速蠕变阶段后易发生灾变。数值分析结果表明：在山体位移和采空区范围不断增大作用下,若阳山东侧前缘塌陷持续扩大,将对山体稳定性产生较大威胁。研究成果对阳山地区采空区影响下滑坡稳定性分析和滑坡治理具有指导意义。     

基于磁性标签石块的桥墩局部冲刷监测方法

针对桥墩局部冲刷监测存在服役环境恶劣、传感器需粗放式布设等特点,提出基于磁性标签石块的桥墩局部冲刷监测方法。桥墩局部冲刷监测系统,包括磁性标签石块和磁力梯度仪。磁性标签石块采用磁性标签浇筑成混凝土石块,通过运动自由度缩减的方式,避免了基于优化搜索的磁场梯度反演中的非线性和不适定性的问题,采用磁场梯度反演磁性标签石块的三维运动,实现桥墩局部冲刷的动态监测。在磁性标签石块的模拟定位试验中,最大误差为0.2m,最大相对误差为5%,满足桥墩局部冲刷监测的要求。磁场梯度、磁场梯度张量不变量及张量的模量均与冲刷位移场高度相关,可直接用于冲刷监测的早期预警。     

摄影测量与图像识别在滑坡位移监测中的应用

获取地表的变形位移信息对于滑坡灾害监测预警具有重要意义。本文基于摄影测量和图像识别技术提出了一种滑坡表面三维位移辨识方法,通过建立室内滑坡模型,模拟滑带渗水软化与堆载共同作用下滑坡的形成,利用MATLAB软件作为处理平台对获取到的坡体表面图像数据进行三维位移识别,并与全站仪的测量结果作了精度对比验证。试验结果表明,在滑带渗水和堆载的双重作用下,滑坡经历了缓慢蠕滑、上部压缩、整体滑移直至破坏的孕育演化过程,提出的三维位移辨识方法对于滑坡模型在各个变形阶段的三维位移变化均具有较高灵敏度,可识别毫米级的微小位移。利用本文提出的三维位移辨识方法不仅可以精准识别滑坡不同变形阶段的表面三维位移,还可以根据标识点的空间位移结果确定滑坡表面变形位移方向,分析滑坡的变形破坏情况。     

基于颗粒流的土质边坡失稳机理

为研究降雨工况下诱发土质边坡失稳过程及破坏机理,以泸州市古蔺县竹林沟滑坡为依托,通过PFC2D双轴压缩试验对滑坡体饱和状态下的强度参数进行标定,确定滑坡细观参数与宏观参数的内在联系,并引入接触黏结模型,对其破坏过程特征进行模拟研究,并对滑坡关键位置处的速度、孔隙率以及位移进行实时监测.计算结果表明:滑坡破坏的过程为:初期整体蠕滑变形,随着变形的发展,滑坡体向坡前临空方向发生剪切蠕变,后缘产生由坡面向深部发展的张拉裂缝,随着潜在滑面贯通,滑坡失稳破坏;通过监测不同位置的速度发现,0～10 s为加速阶段,坡体最大速度达到约14 m/s,最大颗粒速度达到约20 m/s,15～25 s坡体速度开始下降,滑坡最大位移约600 m,整体位移约450 m,并于25 s左右坡体停止滑动.通过对竹林沟滑坡的数值模拟,采用离散元颗粒流的方法去研究滑坡的运动过程有较好的应用性,也能为同类型滑坡的防灾减灾提供较好的参考意义.     

红透山铜矿微震监测系统及其应用

针对红透山铜矿深部地压活动频繁现状,建立矿山微震监测系统,通过构建红透山铜矿三维地质模型,优化传感器布设方案,对深部地压活动规律进行连续实时监测.通过微震监测结果与实际爆破震源对比,监测系统对于传感器监测范围内震源的定位误差小于5m,表明微震监测系统对于人工震源具有很高的定位精度.微震监测系统能够连续实时地对地压活动进行监测,捕捉由地压活动引起的微震活动信息,并实现微震源定位,这对开展矿山动力灾害的预测研究具有重要的现实意义.     

基于时间序列与时间卷积网络的滑坡位移预测

滑坡位移预测作为滑坡监测预警的重要组成部分,对滑坡灾害的防治具有重要意义。目前,滑坡位移预测大多集中在循环架构的神经网络模型上,其存在梯度爆炸、消失问题等问题。为此,提出了一种基于时间序列与时间卷积网络(time convolution network, TCN)的滑坡位移预测模型。首先,该模型通过移动平均法将滑坡位移分解为趋势项位移和周期项位移。其次,采用Holt线性趋势模型预测趋势项位移,并建立时间卷积网络预测周期项位移。最后,将趋势项位移和周期项位移叠加,实现滑坡位移的预测。将该模型用于八字门滑坡的观测研究,结果表明：该模型相较于循环架构的神经网络模型能更有效地提取时序特征,预测精度更高。将基于TCN的滑坡位移预测模型应用于滑坡位移预测具有广阔的应用前景。     

微磁检测中表面切向磁场强度的线性外推测量方法

表面切向磁场强度是微磁检测中磁特征信号的重要解析标度,其测量精度直接影响微磁检测结果的精度.提出利用霍尔元件阵列同步测取不同提离位置的切向磁场强度,基于线性外推原理准确测量表面的切向磁场强度的新方法.采用有限元仿真优化设计出磁场调整结构,放置于微磁传感器U型磁芯内跨距,可降低切向磁场强度沿提离方向的变化速率,提升线性外推法的精度并抑制提离波动对测量结果的影响.在65Mn钢板中进行的实验测试结果表明,相比电流估算法和单一霍尔元件测量法,应用线性外推法时传感器对磁滞回线的测量精度更高.此外,当磁芯与试件表面的提离处于0～0.5mm范围时,应用线性外推法时传感器对65Mn钢板磁特性参数(饱和磁感应强度和剩余磁感应强度)的测量误差均小于1.13%.     

利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究

提出了一种新的利用梯度磁场实现空气中氧气富集的方法:用两块相距一定距离的磁铁异极相对围成一个四周边界开放的磁场空间,其边界处存在着指向空间内部的场强梯度. 进入磁场空间的气体中氧分子在通过边界流出时将受到磁化力的阻碍作用,这样就在磁场空间内部尤其是远离空气入口位置,氧分子得到富集. 该方法最突出的特点在于,可有效避免由于气体湍流、分子的布朗运动以及扩散作用所造成的再混合. 磁体材料为钕铁硼,尺寸为78mm×38mm×30mm,所围空间的尺寸为78m×38mm×1mm. 实验结果表明:磁场空间内氧体积分数增加最多的地方出现在距空气入口最远边界处,在一定空气入口流量范围内(≤60mL·min-1),进出口空气流量比存在一个最佳值,使磁场空间内各处的氧体积分数达到最大;在本文实验条件下,该值在2.0左右,当进出口流量分别为40mL·min-1和20mL·min-1时,出口气体氧的体积分数增量可达到0.65%.     

基于高分影像和ASIFT算法的滑坡位移场监测方法

针对利用高分遥感影像和SIFT算法进行大变形滑坡位移场监测时存在的不足,引入了一种具备完全仿射不变性的图像特征匹配算法(ASIFT),对不同时相高分遥感影像进行特征点提取与匹配,并在抚顺西露天矿特大型滑坡的位移场监测中进行了应用.结果表明,与SIFT算法相比,ASIFT算法弥补了特征提取算法在仿射不变性上的不足,增加了特征匹配点,提高了滑坡空间位移矢量场标定精度,且自动化程度高、成本低,非常适合于特大型滑坡的大变形位移场监测.     

电感式磨粒在线监测传感器灵敏度提高方法

电感式磨损颗粒在线监测传感器的研究所面临的主要瓶颈是传感器灵敏度与孔径之间存在矛盾,灵敏度较高的传感器一般采用微流道结构(孔径1mm),最大允许流量小;而大孔径的传感器其灵敏度较低.为满足重型机械磨损状态在线监测的需求,研究了大孔径(7mm)的电感式磨粒监测传感器灵敏度提高方法.提出使传感器工作于全谐振状态,其中激励线圈工作于并联谐振状态,感应线圈工作于串联谐振状态,共同增强颗粒引起的传感器输出感应电动势.检测机理上建立了交变磁场中金属颗粒对磁场的扰动模型,考虑了颗粒在交变磁场中的涡流效应,提高了模型的实用性.实验表明谐振原理极大地提高了传感器的灵敏度,实现了直径75μm铁磁性颗粒和220μm非铁磁性颗粒的有效检测,初步满足了重型机械设备初期异常磨损阶段的在线监测需求.     

接触式鲜猪肉含水率检测仪的研究与试验

为快速检测鲜猪肉的含水率,设计一种单一平面电容传感器并用之制作成接触鲜猪肉含水率检测装置.该装置由接触式电容传感器、AD7150转换器和单片机系统组成.标定试验和检测结果表明,当含水率在60%~77%的范围内时,该装置所测定的含水率误差小于±1.0%;温度偏差测试表明,鲜猪肉在15~35℃的温度范围内变化时,含水率偏差小于±0.3%.     

大坪滑坡抗滑桩加固效果监测与分析

对于大截面钢筋混凝土抗滑桩,视为埋置于坚硬地层中的弹性地基梁。通过对重庆市奉溪高速公路孙家崖隧道滑坡治理实际工程的抗滑桩加固监测成果进行分析,通过在桩身上方距顶端2 m处设置Ф110 mm的钻孔测斜管,监测抗滑桩在施工过程中所造成滑坡的水平位移,根据孔深与水平位移确定的曲线图判断滑动面所在的位置;同时,通过在桩身护壁中埋置的混凝土应力计、钢筋应力计和桩后土体中埋置的土压力盒,监测桩身在开挖过程中护壁所受的混凝土应力、钢筋轴力和土压力,从而通过各自的变化曲线为抗滑桩施工提供安全保障。     

梅列互通滑坡的历时变形分析及治理效果评价

为复杂高边坡滑坡病害的预防与治理提供借鉴与指导作用,基于坡体变形测斜实测数据,并结合地质钻孔资料与坡面逐级开挖观测资料,对梅列互通高边坡滑坡病害的发生与发展规律与预防措施进行了分析研究。结果表明：施工开挖对坡体稳定度的影响规律同坡体的宏观历时变形破坏表征具有一致性;从坡体测斜位移监测曲线来看,应急锚固和根治锚固工程都有效地抑制或减小了加固坡体范围内的变形,应急锚固在抑制坡体变形的同时影响或增大了坡体深部的变形;根治锚固工程首先抑制住坡体深部变形的发展,继而使坡体的浅部变形趋向停止。综合分析各工况阶段的监测结果表明,梅列互通边坡滑坡经治理后,坡体已趋于稳定状态。     

“4·20”芦山地震地质灾害遥感快速解译与空间分析

2013年4月20日四川省芦山县发生7.0级地震,地震诱发了大量的崩塌滑坡。利用四川省测绘地理信息局和四川省地质调查院提供的芦山县城、太平镇、宝盛乡、龙门乡、清仁乡、上里镇、思延乡等重灾乡镇的震后高精度航空影像进行了地质灾害体的解译,利用GIS分析了芦山地震诱发的崩塌滑坡的空间分布关系和特征。结果表明崩塌滑坡主要受断层控制,距离发震断层3km范围内分布密度最大;坡度是影响崩滑分布的重要因素,崩滑体主要分布在坡度40°～50°范围内;在海拔高度1～1.5km范围内崩塌滑坡密度最大;距水系400m范围内的崩塌滑坡分布密度最大;白垩系泥岩、砂岩出露的地方容易产生大量崩塌滑坡;崩塌滑坡主要集中分布在Ⅸ烈度区。