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基于全局-局部生成对抗学习的无监督弱光图像增强

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计算机辅助设计与图形学学报 2022年第10期34卷 1550-1558页

作者：孙子正宋慧慧樊佳庆刘青山南京信息工程大学大气环境与装备技术协同创新中心江苏省大数据分析技术重点实验室南京210044 南京航天航空大学计算机学院南京210016 南京信息工程大学计算机学院南京210044

在弱光图像增强中,现有的无监督方法仍存在着真实性不足以及对于极暗条件的图像增强效果不明显等问题.为此,提出了一种无监督的弱光图像增强方法,通过设计一种高效循环生成对抗网络,直接从弱光图像中恢复出正常光照图像.首先,为解决大... 详细信息

在弱光图像增强中,现有的无监督方法仍存在着真实性不足以及对于极暗条件的图像增强效果不明显等问题.为此,提出了一种无监督的弱光图像增强方法,通过设计一种高效循环生成对抗网络,直接从弱光图像中恢复出正常光照图像.首先,为解决大尺寸输入导致的内存不足的问题,设计了全局-局部生成器;其次,判别器设计为自适应二阶段分类器,通过判别全局区域来自适应定位需再次判别的局部区域;最后,采用了焦点频域损失函数,使模型自适应地聚焦于分类难以合成的频率波段,以避免生成图像失真.文中方法在NPE,LIME,MEF,DICM和VV数据集上的感知指标(perceptual index,PI)分别达到了2.81,2.78,2.40,3.15和3.69,在LOL数据集上PSNR和SSIM指标分别达到了19.89 dB和0.7823,具有良好的鲁棒性.

关键词：生成对抗网络弱光图像增强无监督学习焦点频域损失

统一管道–界面单元法的构建及其在水力压裂模拟中的应用

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岩石力学与工程学报 2022年第2期41卷 305-318页

作者：闫晓靖洪文孙子正蔚立元张一鸣中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 同济大学土木工程学院上海200092 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061 河北工业大学土木与交通学院天津300401

为了模拟可渗透性孔隙裂隙介质中的水力压裂,提出了一种新的数值计算方法,即统一管道-界面单元法(UP-IEM)。该方法提出了2个"统一"的概念:(1)将二维平面中的裂隙劈裂和流体流动统一为一维管道问题;(2)将岩体基质管道和裂隙管道统一为具... 详细信息

为了模拟可渗透性孔隙裂隙介质中的水力压裂,提出了一种新的数值计算方法,即统一管道-界面单元法(UP-IEM)。该方法提出了2个"统一"的概念:(1)将二维平面中的裂隙劈裂和流体流动统一为一维管道问题;(2)将岩体基质管道和裂隙管道统一为具有不同导水系数的相同管道,使用同一套数学方程计算流体流动。解决了传统的离散裂隙网络介质模型难以考虑岩体基质渗透性的难点。同时,该方法引入界面单元计算裂隙扩展,与传统有限单元法以及离散单元法相比,既不需要局部裂纹扩展准则,也不需要跟踪算法,具有计算速度快,计算效率高的优点。采用孔隙弹性理论和有效应力概念描述岩体基质的变形,在界面单元中采用黏聚性区域模型描述水力裂隙扩展,采用接触-摩擦模型模拟自然裂隙的闭合和滑移,基于达西流流动理论计算孔隙介质和裂隙中的流体流动。针对流-固强耦合计算过程,建立了半显式求解的计算框架。模拟了经典的Terzaghi固结测试、非对称四点梁弯曲测试和KGD裂隙扩展模型,通过将数值结果与解析解和物理试验结果进行对比,分别验证了UP-IEM模拟流体流动、裂纹扩展以及水力压裂问题的准确性及适用性。此外,建立单一自然裂隙和复杂裂隙网络模型,分析水力裂隙与预存在裂隙之间的相互作用,获得原岩应力对裂隙扩展路径的影响。研究表明,UP-IEM能够有效模拟离散裂隙岩体中的水力压裂过程。

关键词：岩石力学水力压裂可渗透性孔隙介质统一管道–界面单元法数值计算半显式求解

基于CDEM颗粒流的三维高速远程滑坡成灾范围分析

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岩石力学与工程学报 2023年第S2期42卷 4018-4027页

作者：牛犇冯春丛俊余孙子正张一鸣河北工业大学土木与交通学院天津300401 中国科学院力学研究所北京100190 北京极道成然科技有限公司北京102206 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061

高速远程滑坡是破坏力极强的滑坡灾害,其典型运动特征为失稳后经过碎屑化作用转化为碎屑颗粒流,是一个典型的从连续到非连续的渐进破坏过程。基于连续-非连续单元法(continuous-discontinuous element method,CDEM),引入颗粒单元法,对... 详细信息

高速远程滑坡是破坏力极强的滑坡灾害,其典型运动特征为失稳后经过碎屑化作用转化为碎屑颗粒流,是一个典型的从连续到非连续的渐进破坏过程。基于连续-非连续单元法(continuous-discontinuous element method,CDEM),引入颗粒单元法,对发生大位移、大变形的滑体采用离散元进行计算,变形和位移较小的滑床采用有限元进行计算。根据滑坡区域地形地貌数据建立高精度三维地质灾害模型,考虑岩体滑动过程由于摩擦碰撞等造成强度降低这一因素,对其成灾范围展开数值分析。将模拟结果与现场调查数据进行对比分析,计算得到的滑体堆积形态和范围与实际较为符合。根据能量和速度监测数据,对2例高速远程滑坡进行定量分析。

关键词：边坡工程连续-非连续单元法颗粒流高速远程滑坡成灾范围数值模拟

基于改进TOPSIS方法的甚长波发信台最优选址问题

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山东大学学报（工学版） 2023年第5期53卷 149-155页

作者：章原发杨春辉孙子正海军工程大学管理工程与装备经济系湖北武汉430033 中国人民解放军91053部队北京100070 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061

为解决甚长波发信台新台选址问题,增强对水下潜艇指挥与信息的保障能力,构造一套符合工程实际的台址选择要素和模型体系,提出融合熵权法的改进优劣解距离法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS... 详细信息

为解决甚长波发信台新台选址问题,增强对水下潜艇指挥与信息的保障能力,构造一套符合工程实际的台址选择要素和模型体系,提出融合熵权法的改进优劣解距离法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)。为验证选址模型和方法的科学性和有效性,对新台选址案例进行试验研究。通过对包含8个评价指标的8个备选地点进行综合排序,给出完整且具有实际指导意义的实施方法,为辅助甚长波发信台的选址决策提供理论和方法支撑。为探究不同的TOPSIS改进方法对甚长波发信台最优选址问题最终排序结果的影响,使用随机生成的案例进行分析。结果表明,合理选择距离计算方法对于候选点排序具有重要影响。

关键词：最优选址问题模糊决策方法优劣解距离法甚长波发信台向量距离

复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究

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煤田地质与勘探 2023年第9期51卷 109-120页

作者：秦承帅孙洪斌李利平刘学港刘知辉冯春孙子正山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 山东铁路投资控股集团有限公司山东济南250001 中国科学院力学研究所北京100084 山东大学深圳研究院广东深圳518057

复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法... 详细信息

复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。

关键词：破岩复合冲击钻进 PDC钻齿破岩机理连续-非连续分析方法数值模拟

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自适应裂面优化法尾矿坝稳定性研究

山东大学学报（工学版） 2023年第1期53卷 100-105页

作者：王雪雅张一鸣孙子正柯福阳河北工业大学土木与交通学院天津300401 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044

针对传统裂面优化法重力荷载计算过程复杂、百万级裂面计算时间较长的瓶颈问题,提出考虑裂面荷载与材料特征变化的高效插值算法并引进了自适应裂面重生成策略,提升计算速度与精度。通过与瑞典条分法进行对比发现,采用改进后的裂面优化... 详细信息

针对传统裂面优化法重力荷载计算过程复杂、百万级裂面计算时间较长的瓶颈问题,提出考虑裂面荷载与材料特征变化的高效插值算法并引进了自适应裂面重生成策略,提升计算速度与精度。通过与瑞典条分法进行对比发现,采用改进后的裂面优化法分析不同浸润状态下的尾矿坝结构稳定性时,计算高效且可获得更接近于工程实际的安全系数与滑动形态。

关键词：裂面优化法尾矿坝稳定极限分析条分法安全系数

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超长定向钻注装备关键技术分析及发展趋势

岩土力学 2023年第1期44卷 1-30页

作者：李术才李利平孙子正刘知辉李梦天潘东东屠文锋山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002

定向钻技术起源于石油钻井工业,经多年发展已拓展至隧道工程地质勘察及灾害处置、煤矿底板含水层改造、蓄能电站抽水通道施工、市政管道铺设等多个领域。地面注浆技术结合定向钻长距离精准穿越的优势,可实现地下工程不良地质高效预加固... 详细信息

定向钻技术起源于石油钻井工业,经多年发展已拓展至隧道工程地质勘察及灾害处置、煤矿底板含水层改造、蓄能电站抽水通道施工、市政管道铺设等多个领域。地面注浆技术结合定向钻长距离精准穿越的优势,可实现地下工程不良地质高效预加固与灾害安全处置,具有广阔的应用前景。系统综述了定向钻注装备技术的发展历程、研究现状和待突破关键技术。首先,介绍了定向钻与地面注浆技术的发展历程;其次从重大科研项目、学术论文、授权专利以及工程实践等方面进行了分析与总结。结果表明:我国现阶段定向钻注技术总体已达到自主化、实用化的国际先进水平,但在千米级长距离快速钻进、复杂地质条件精准导向、地下工程精准注浆处置等核心技术方面仍存在“卡脖子”难题。面向战略性重大工程建设需求,提出了超长距离定向钻注一体化装备“预报、钻进、注浆、检测”四大功能模块,围绕随钻感知预报、快速钻进与卡钻预测、精准导向技术、远距离凝胶可控注浆材料、稳压控制分段注浆工艺、随钻检测系统六方面,开展了分析与讨论,可为我国定向钻注一体化装备技术发展和地下工程灾害防控提供参考。

关键词：地下工程定向钻地面注浆钻注一体化装备注浆技术

低雷诺数下近自由液面圆柱流致振动数值模拟与机理

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山东大学学报（工学版） 2022年第3期52卷 51-60页

作者：戚翔冯翔健熊骋望孙子正张一鸣河北工业大学土木与交通学院天津300401 哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061

采用嵌入格子-玻尔兹曼方法和自由液面模型的XFlow软件对低雷诺数Re=100下近自由液面圆柱垂向流致振动问题开展数值模拟与机理研究。根据圆柱涡脱落特性和圆柱周围液面形态将浸没比h∈[0,5]和弗劳德数Fr∈[0.3,2]的参数空间划分为6种不... 详细信息

采用嵌入格子-玻尔兹曼方法和自由液面模型的XFlow软件对低雷诺数Re=100下近自由液面圆柱垂向流致振动问题开展数值模拟与机理研究。根据圆柱涡脱落特性和圆柱周围液面形态将浸没比h∈[0,5]和弗劳德数Fr∈[0.3,2]的参数空间划分为6种不同的流态,研究不同流态下圆柱振动特性和振动-涡脱落-自由液面耦合作用。结果表明,圆柱振幅和振动频率都随自由液面的靠近而降低,而当自由液面非常靠近圆柱时,尾迹状态从绝对不稳定性转为对流不稳定性,圆柱与自由液面之间形成的射流状流动附着在圆柱表面上,抑制了涡脱落过程,导致圆柱不再振动。

关键词：流致振动自由液面低雷诺数弗劳德数浸没比流固耦合

基于渗滤效应的多孔介质渗透注浆扩散规律分析

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岩石力学与工程学报 2015年第12期34卷 2401-2409页

作者：李术才郑卓刘人太冯啸孙子正张连震山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

渗滤效应广泛存在于多孔介质悬浊液渗流过程中,其直接影响悬浊液颗粒扩散迁移全过程。基于渗滤效应理论模型,研究水泥浆液在多孔介质中的运动规律,建立考虑渗滤效应的浆液运动方程。与已有研究对比,浆液运动方程不仅适用于恒速率注浆,... 详细信息

渗滤效应广泛存在于多孔介质悬浊液渗流过程中,其直接影响悬浊液颗粒扩散迁移全过程。基于渗滤效应理论模型,研究水泥浆液在多孔介质中的运动规律,建立考虑渗滤效应的浆液运动方程。与已有研究对比,浆液运动方程不仅适用于恒速率注浆,也适用于恒压注浆。建立浆液一维渗滤扩散数值模型,与达西定律对比,结果表明渗滤效应对浆液扩散影响显著。分析渗滤效应对多孔介质孔隙率、浆液浓度和浆液压力的分布的影响规律,揭示渗滤效应对浆液扩散及有效加固范围的影响机制,对多孔介质的悬浊液注浆理论与实践具有借鉴意义。

关键词：渗流力学多孔介质渗透注浆渗滤效应扩散规律数值模拟