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基于RS-Conv的多尺度神经网络LiDAR点云断裂带提取方法

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地震地质 2024年第3期46卷 739-755页

作者：宋冬梅王浩冯家兴单新建王斌中国石油大学(华东) 海洋与空间信息学院青岛266580 东方通用航空摄影有限公司太原030032 中国地震局地质研究所北京100029

断裂带与地震、滑坡等自然灾害的发生有着密切关系,精准提取断裂带不仅可为地震断层的定量化研究提供指导,还可为地震灾害风险评估及防震减灾决策的制定提供科学依据。针对现有方法中LiDAR点云断裂带提取不完整、连续性差及错误率高等问... 详细信息

断裂带与地震、滑坡等自然灾害的发生有着密切关系,精准提取断裂带不仅可为地震断层的定量化研究提供指导,还可为地震灾害风险评估及防震减灾决策的制定提供科学依据。针对现有方法中LiDAR点云断裂带提取不完整、连续性差及错误率高等问题,文中提出了一种基于RS-Conv的多尺度神经网络LiDAR点云断裂带提取方法,以便更好地解决复杂地形区域的断裂带自动提取问题。该方法首先构建不同空间尺度的邻域点集,从而更全面地考察点云的局部几何结构特征。考虑到RS-Conv算子能够很好地表征中心点与邻域点的空间关系,文中以RS-Conv算子作为卷积模块构建了多尺度神经网络模型,以提取出LiDAR点云不同尺度的深层次特征,对其进行堆叠并输入到全连接层,以完成对断裂带点的提取。最后,在ISPRS点云数据集、川滇点云数据集和鲜水河数据集上对文中所述方法与张量分解方法和Deep Neural Networks(DNN)方法进行了对比实验,结果表明,文中方法的分类精度最高,分类总误差最低仅为0.3%,较其他方法降低了0.91%~2.79%,证实了该方法在点云断裂带提取方面的优越性。

关键词： LiDAR点云多尺度邻域点集深度学习断裂带提取

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河套盆地北缘色尔滕山河流地貌参数特征及其成因分析

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地质学报 2024年第4期98卷 1129-1145页

作者：王平宋金跃酆少英高守杰孟祥帅刘栋梁邓小娟李倩贾佳花鑫升宋威王胜阳中国地震局地球物理勘探中心河南郑州450002 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266000 中国地质科学院地质研究所自然资源部深地动力学实验室北京100037

地貌形态是构造和地表过程相互作用的复杂产物,主要通过构造活动和岩石的抗侵蚀能力等来调节。构造活动相对较弱的古老造山带往往可以忽略构造驱动的岩石抬升,使得研究岩石抗侵蚀能力对其地貌雕刻的贡献成为可能。但是目前大多数活动造... 详细信息

地貌形态是构造和地表过程相互作用的复杂产物,主要通过构造活动和岩石的抗侵蚀能力等来调节。构造活动相对较弱的古老造山带往往可以忽略构造驱动的岩石抬升,使得研究岩石抗侵蚀能力对其地貌雕刻的贡献成为可能。但是目前大多数活动造山带地貌研究的结果显示地貌主要受控于活动构造,关于岩性对地貌演化影响的报道较少。色尔滕山山前断裂为河套盆地北缘的一条重要控盆断裂,全新世以来该断裂的活动性较强,曾发生过两次较大震级地震(M6.4和M5.9)。前人活动构造研究表明该断裂的活动性具有空间差异,中部乌加河镇活动性最强,两端逐渐减弱。但相对河套盆地北缘其他大型断裂(如狼山山前断裂、乌拉山北缘断裂和大青山山前断裂),该断裂的地貌参数研究较少。同时其地貌演化特征及发育机理仍然不清楚,这些均制约了对该断裂的变形动力学理解。本文基于30 m分辨率的DEM数据对该断裂进行详细的河流地貌学参数研究,包括使用Arcgis和Matlab脚本提取色尔滕山山前33条河流的子流域盆地面积-高程积分(HI)和相应河道陡峭指数(K_(sn))、河道纵剖面及其裂点等地貌学参数。结果表明研究区河流HI值大部分处于0.40~0.66之间,其中乌加河镇附近具有高值,流域盆地处于发育的壮年期。瞬态河道和稳态河道均沿着色尔滕山山前断裂走向分布,可能表明色尔滕山山前大部分河道目前处于瞬时地貌向均衡地貌演化阶段,并且通过对比发现瞬态河道裂点成因存在岩性和构造共同控制的现象。河道陡峭指数空间分布差异性较大,乌加河镇附近(S13~S20)陡峭指数较大,向两边陡峭指数逐渐减小,在S8河流以西又有增大的趋势。通过结合岩性和降雨情况分析发现,河道陡峭指数除了受岩性抗侵蚀能力影响外,其分布还与色尔滕山山前断裂垂直滑移速率分布和垂直位错分布基本一致。综合来看,地貌参数的空间分布是岩性差异和色尔滕山山前断裂活动分段差异性共同控制的结果,表明该地区岩性和构造对地貌的协同塑造作用。

关键词：色尔滕山山前断裂面积-高程积分河道纵剖面裂点陡峭指数

黄河三角洲潮滩表层沉积物在潮波和波浪作用下的孔压响应及固结机理现场试验研究

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岩土工程学报 2024年第10期46卷 2111-2118页

作者：张建民单红仙王振强王志才王津津山东省地震局山东济南250014 山东省地震工程研究院山东济南250021 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100

为了研究黄河三角洲潮滩表层粉质土在波浪和潮波作用下的孔压响应及对沉积物固结状态影响,在黄河三角洲潮滩上现场取土在试坑内配置了模拟黄河口快速沉积形成的流体状堆积物,利用静力触探试验、孔隙水压力测试手段,对比研究了试坑扰动... 详细信息

为了研究黄河三角洲潮滩表层粉质土在波浪和潮波作用下的孔压响应及对沉积物固结状态影响,在黄河三角洲潮滩上现场取土在试坑内配置了模拟黄河口快速沉积形成的流体状堆积物,利用静力触探试验、孔隙水压力测试手段,对比研究了试坑扰动恢复土体和潮滩原状土体在波浪和潮波作用下的孔压响应,并探讨了黄河三角洲潮滩表层粉质土非均匀固结机理。研究发现:在潮波作用下,潮滩和试坑土体产生了不同的孔压响应,在涨退潮过程中试坑土体超静孔隙水压力经历了负-零-正的变化,相当于经历了一次加卸荷过程,而潮滩土体仅产生了负值超静孔隙水压力。在潮波与波浪相互耦合作用下,潮滩浅部土体产生了明显的孔隙水压力积累,在深度0.3 m附近出现超静孔隙水压力最大值。潮滩表层土体强度沿深度从上到下呈现高-低-次高不均匀固结现象,产生这一现象的机理与潮滩土体在潮波、波浪和潮波相互耦合作用下孔压响应特点有关,特别是潮滩0.3 m深度附近土体受波浪影响显著,长期作用下形成硬壳层。

关键词：黄河三角洲粉质土波浪潮波孔压响应固结

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利用原位测试试验确定黄河口潮滩粉质土固结状态研究

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岩土工程学报 2024年第9期46卷 1994-2001页

黄河口泥沙快速堆积在河口一带,在波浪和潮波作用下,表层沉积物处于超固结状态,但试验中发现采用Casagrande作图法求取的黄河口粉质土先期固结压力往往偏大。为了了解黄河口粉质土固结状态、合理估算先期固结压力,在黄河口刁口流路三角... 详细信息

黄河口泥沙快速堆积在河口一带,在波浪和潮波作用下,表层沉积物处于超固结状态,但试验中发现采用Casagrande作图法求取的黄河口粉质土先期固结压力往往偏大。为了了解黄河口粉质土固结状态、合理估算先期固结压力,在黄河口刁口流路三角洲叶瓣潮坪上,现场取土在试坑内配置了模拟黄河口快速沉积形成的流体状堆积物,利用原位测试手段(静力触探、十字板剪切试验和孔隙水压力测试),并在长期观测基础上,对比研究了1.0 m深度范围内试坑和潮滩原状土体固结过程及固结状态。研究发现:黄河口快速沉积粉质土在自重作用下固结很快,固结完成后,土体强度随时间发展呈现不均匀增长,沿深度方向从上到下出现高-低-次高不均匀固结特征;历经16个月后,试坑和潮滩原状土体先期固结压力进一步提高,固结不均匀性和结构性不断增强。从试坑土体自重固结完成后的实际固结状态及原状土体物理性质指标来看,Casagrande作图法结果偏大,采用静力触探比贯入阻力法、十字板剪切试验不排水抗剪强度经验公式法估算的试坑和潮滩原状土体先期固结压力数值更为可靠;同时该方法为土体固结状态研究提供了新途径。

关键词：黄河口粉质土固结状态原位测试先期固结压力

西沙群岛中新世藻礁白云岩植物格架、储层特征和成礁模式

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热带海洋学报 2024年第2期43卷 140-153页

作者：陈舒许红卢树参张海洋马亚增罗进雄长江大学湖北武汉430100 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 中国地质调查局青岛海洋地质研究所山东青岛266071 中国石油大学(华东) 山东青岛266580 河北省地震局保定中心台河北保定071000

传统生物礁成因理论质疑钙藻形成坚固生物礁抗浪结构的能力,将钙藻归类于附礁生物群落。文章利用微焦X射线扫描成像技术(X-CT),研究“西科1井”、“西永2井”中新世红藻珊瑚藻科南海奇石藻(新种)格架岩和绿藻仙掌藻节片岩岩芯。通过三... 详细信息

传统生物礁成因理论质疑钙藻形成坚固生物礁抗浪结构的能力,将钙藻归类于附礁生物群落。文章利用微焦X射线扫描成像技术(X-CT),研究“西科1井”、“西永2井”中新世红藻珊瑚藻科南海奇石藻(新种)格架岩和绿藻仙掌藻节片岩岩芯。通过三维层析成像直观透视图像,发现钙藻生物营造的藻礁抗浪结构,包括典型红藻柱状格架结构、障积结构和绿藻仙掌藻节片结构,证实钙藻植物是主要的造礁造岩生物。通过三维孔隙重构,获得总孔隙体积、面孔率、孔隙度的物性参数,验证了藻礁是南海沉积盆地中新世重要的油气储集层。提出了藻礁成因模式:造礁钙藻适应海面升降逐步演替–取代,经过钙化–埋藏化石化–白云石化,沉积生成藻礁云岩,造成中新世西沙礁纵向序列的增长。

关键词：西沙群岛钙藻生物格架藻类造礁作用三维层析成像孔渗层三维重构

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软土基础核岛厂房振动台试验数值模拟分析

地震工程与工程振动 2024年第4期44卷 46-61页

作者：上官云翔陈少林吕昊景立平南京航空航天大学民航学院江苏南京210016 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

采用土-结相互作用分区分析方法(partitioned analysis of soil-structure interaction,PASSI),对软土地基核岛厂房振动台试验中的筏基-混凝土框架模型以及桩基-混凝土框架模型进行了数值模拟,对比分析了振动台试验结果与数值模拟结果,... 详细信息

采用土-结相互作用分区分析方法(partitioned analysis of soil-structure interaction,PASSI),对软土地基核岛厂房振动台试验中的筏基-混凝土框架模型以及桩基-混凝土框架模型进行了数值模拟,对比分析了振动台试验结果与数值模拟结果,并对软土地基下核岛厂房土-基础-结构的地震响应特征进行了分析。对2种模型输入调幅为0.05、0.10、0.20 g的RG160、Chi-Chi与Landers地震波,对比分析了各工况下振动台试验与数值模拟的土体与结构加速度放大系数、楼层反应谱、筏基底部土压力时程、桩身应变以及桩身弯矩。结果表明:数值模拟结果能较好地反映振动台试验结果;经过土层放大作用,随着楼层的增高,振动台试验和数值模拟中的加速度放大系数随之增大,反映了同样的规律;振动台试验与数值模拟所得的土-结体系的反应谱均与输入地震动频谱特征及体系的振动特性相关;振动台试验中,筏板基础会出现倾覆现象,筏基底部土压力时程表现出“东高西低”的现象,但数值模拟中筏基底部的土压力时程未出现此种现象,其原因是数值模拟中未考虑土体与基础的接触非线性;数值模拟中群桩的地震响应与试验的宏观现象基本吻合,定量上有差异,是数值模拟中未考虑桩的非线性所致。

关键词：软土地基核岛厂房地震响应土-结相互作用数值模拟

青藏高原东南缘昭通盆地晚中新世到上新世古环境演化过程

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地学前缘 2024年第4期31卷 326-339页

作者：李佩张春霞罗浩刘志成高战武中国地震灾害防御中心北京100029 中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境实验室北京100029 山东科技大学地球科学与工程学院山东青岛266590

青藏高原东南缘的云南区域是研究晚新生代以来气候和环境演化的重要区域之一。虽然针对云南区域已经开展了大量古气候和古环境演化的研究,但是晚中新世到上新世云南区域湿度变化的记录仅为碳同位素和孢粉记录,且分辨率较低。因此,该区... 详细信息

青藏高原东南缘的云南区域是研究晚新生代以来气候和环境演化的重要区域之一。虽然针对云南区域已经开展了大量古气候和古环境演化的研究,但是晚中新世到上新世云南区域湿度变化的记录仅为碳同位素和孢粉记录,且分辨率较低。因此,该区域缺乏晚中新世到上新世连续的高分辨率古湿度变化记录。本研究主要基于云南省东北部昭通盆地内晚中新世到上新世的沉积物岩心,通过对沉积物粒度的测试分析,综合沉积序列、岩性特征和沉积构造,表明:昭通盆地在8.8~6.2 Ma以沼泽亚相沉积环境为主;在6.2~2.8 Ma以浅湖亚相沉积环境为主;在2.8~2.6 Ma以湖滨亚相沉积环境为主。昭通盆地沉积物粒度参数记录的晚中新世到上新世云南区域呈现干旱化的趋势。结合前期该钻孔黏土矿物和化学风化的相关成果,认为晚中新世到上新世南亚季风呈现逐渐减弱的趋势,并主要受控于全球变冷和全球CO_(2)浓度降低的影响。

关键词：昭通盆地晚中新世上新世古环境

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地铁工程施工三元空间安全韧性评价

铁道工程学报 2024年第5期41卷 111-117页

作者：刘敬严郑文文赵莉琴田静防灾科技学院中国地震局建筑物破坏机理与防御重点实验室三河065201 石家庄铁道大学石家庄050043

研究目的:为提高地铁工程安全管理水平,将韧性理论引入安全管理领域。从三元空间安全理论出发,采用二维云模型进行地铁工程施工安全韧性评价。首先,从三元空间的物理空间、社会空间、信息空间出发构建地铁工程施工安全韧性分析框架,参... 详细信息

研究目的:为提高地铁工程安全管理水平,将韧性理论引入安全管理领域。从三元空间安全理论出发,采用二维云模型进行地铁工程施工安全韧性评价。首先,从三元空间的物理空间、社会空间、信息空间出发构建地铁工程施工安全韧性分析框架,参考相关文献建立地铁工程施工安全韧性评价指标体系;然后,兼顾韧性的防御特性和恢复特性,以防御和恢复作为二维云模型的维度建立地铁工程施工安全韧性评价二维云模型,利用云发生器MATLAB编程计算韧性标准云和评价云的云数字特征,生成云滴及韧性云图,对比评价云图和标准云图,结合贴近度来判定安全韧性等级;最后,进行实例分析。研究结论:(1)韧性理论引入安全管理领域,为地铁工程安全管理实践提供了新理念;(2)从物理空间、社会空间、信息空间出发,建立了包括人员因素、材料因素、设备因素、技术因素、管理因素、环境因素、信息因素七个准则层共24个评价指标的安全韧性指标体系;(3)对青岛市地铁5号线某车站工程施工安全韧性水平的综合评价结果为“中度韧性”(Ⅲ级),在工程进行中不仅要注重安全风险防御,还应该注重加强快速恢复能力;(4)二维云模型,将韧性的防御特性和恢复特性综合考虑,云图更直观,可视化更强,可为地铁工程安全韧性评估提供新思路。

关键词：地铁工程安全韧性三元空间二维云模型

适用于区域建筑群实时震害模拟的LSTM-FC组合深度网络模型研究

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世界地震工程 2024年第3期40卷 46-59页

作者：孙海徐晓君邢启航张孝伟姜慧阮雪景中国海洋大学工程学院山东青岛266100 中国海洋大学海洋生态与环境教育部重点实验室山东青岛266100 广东省地震局地震监测和减灾技术重点实验室广东广州510070 青岛农业大学建筑工程学院山东青岛266109

建筑物破坏在地震灾害中往往会导致巨大损失,对城市建筑群进行灾前灾时的震害预测具有重要意义。传统BP(back propagation)网络和CNN(convolutional neural networks)网络等人工智能方法在进行震害预测时多集中于提取建筑物信息。然而,... 详细信息

建筑物破坏在地震灾害中往往会导致巨大损失,对城市建筑群进行灾前灾时的震害预测具有重要意义。传统BP(back propagation)网络和CNN(convolutional neural networks)网络等人工智能方法在进行震害预测时多集中于提取建筑物信息。然而,这些方法在处理地震波的时序数据方面有所不足,导致其在整合和分析对地震灾害预测至关重要的时序相关因素时效果有限。因此,本文提出一种耦合LSTM(long short-term memory)和FC(fully connected)神经网络的震害预测方法。LSTM网络擅长处理具有时间序列特性的地震波信息,能够捕捉和分析随时间变化的地震波动模式。同时,全连接网络可用于综合分析所有相关的震害因子。通过对云浮地区265栋典型钢混建筑进行指标量化并确定输入指标(震害影响因子)和输出指标(震害指数),利用LSTM-FC组合深度网络、CNN网络和BP网络模型对数据进行训练并优化。通过将LSTM-FC网络模型的预测结果与弹塑性时程分析比较,发现该模型在拟合效果和精度方面优于传统的BP和CNN模型。拟合效果提升了36.8%和10.6%,精度分别提升了77.6%和91.7%,表明LSTM-FC网络在地震损害预测上更为有效。同时,将该方法应用于广东省云浮市钢混结构群震害预测,构建的易损性矩阵与华南地区的易损性矩阵均值进行了对比,显示误差相对较小,说明该模型不仅理论上可行,在实际应用中也能表现出较高的准确性和有效性。

关键词：震害预测 LSTM网络全连接网络钢混建筑物