临界状态下沙堆大规模坍塌的机制

基于自组织临界性的概念，探讨了散粒体系统的动态特性．通过单面坡沙堆实验，发现颗粒非均匀系数为2．85的沙堆呈现自组织临界性，而由均匀沙构成的沙堆大规模坍塌呈现准周期分布．提出了沙堆具有散粒层和摩阻层典型的二元结构．实验表明，非均匀颗粒的沙堆，在临界状态发生的大规模坍塌基本上只发生在散粒层；而均匀沙堆发生的大规模坍塌影响到摩阻层．认为颗粒的均匀性影响系统在临界状态下的动力学行为特征，均匀性不同的沙堆，在临界状态下发生的大规模坍塌具有散粒层坍塌和深层坍塌2种不同形式．     

散粒体斜坡地震崩塌规律离心模型试验研究

根据拟静力离心试验原理,以沙堆作为散粒体斜坡的概化模型,开展粒径分别为0．5～1．0mm、8．0～10．0mm2种均匀沙和粒径范围为0．25～10．0mm、非均匀系数为3．1的非均匀沙沙堆模型离心试验．试验分别在Ⅴ度、Ⅵ度和Ⅶ度3种不同地震烈度条件下进行,出现了不同的崩塌现象．试验结果表明：粒径为0．5～1．0mm的均匀沙在3种烈度地震作用下的崩塌规模均服从准周期分布;8．0～10．0mm的均匀沙和非均匀系数3．1的非均匀沙在Ⅴ度地震烈度作用下的崩塌规模服从负幂律分布,呈现自组织临界性特征,而在Ⅵ度、Ⅶ地震烈度作用下的崩塌规模服从正态分布．根据试验结果给出了崩塌规律为负幂律分布和正态分布的分布函数．     

大尺度散粒体自组织临界性研究

本项目围绕用实验验证大尺度的系统也能呈现SOC现象的核心工作，在发现现象、提炼科学问题、探索研究方法方面达到预期目标，为进一步实现我国在颗粒组构特性对SOC影响上占领前沿地位的目标，打下了良好基础。     

基于多智能体元胞自动机的城市交叉口控制方法

为提高对现有交通资源的利用和提供更加有效的交通管理方法,针对交通流中各个体的不同特性,阐述一种城市交叉口基于多智能体和元胞自动机的智能控制系统的框架结构。系统采用元胞自动机建立道路模型,并对原有的单元胞单容量这种不符合实际情况的设置进行了改进,采用单一元胞中可容纳多个不同类型车辆;最后探讨了系统中各个交通智能体协调合作关系,为基于多智能体、元胞自动机的城市交叉口控制系统的最终实现提供了理论指导和方法依据。     

山地系统灾变行为自组织临界性研究

为了研究山地系统宏观动力学的整体规律,基于戴维斯地貌发育理论,提出处于地貌发育阶段幼年晚期的河谷及壮年期的山地具有自组织临界性(self organized criticality, SOC)的内禀属性,并建立了基于斯特拉勒积分的大流域地貌发育阶段判别方法.以地震触发崩塌滑坡为切入点,通过震区实震资料分析、元胞自动机模拟、振动台沙堆模型实验,提出不同烈度区地震触发崩塌滑坡分布的演化规律:在Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度区,崩塌滑坡规模与出现频率之间存在良好的负幂律关系,在Ⅹ度区,幂律关系弱化,在Ⅺ度区,这一关系转为对数正态分布. 通过3个案例介绍了SOC理论在岩土体地震扰动深度评估、泥石流防治工程设计径流量极值计算、基于地震活动性参数b值在地应力评估中的应用.      

昔格达地层岩土颗粒组成及分形特征研究

通过对昔格达地层中砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩等岩类颗粒的筛分试验,获得了各岩类的粒组结构及粒径级配曲线,分析发现各岩类颗粒组成具有明显的分形特征,运用分形理论,确定了昔格达地层中各岩类的分形维数,并建立了维数与表征填料工程性质的不均匀系数Cu、曲率系数Cc及含水量ω(%)、干密度ρd(g/cm~3)等指标的相关性,研究表明颗粒分形维数与填料工程性能之间具有较好的相关关系。因此,可以借助填料颗粒组成的分形维数来判定填料的工程适宜性。     

基于机动车排放的交叉口信号控制仿真与分析

结合微观仿真元胞自动机模型和机动车排放MOVES模型，以十字信号控制交叉口为仿真对象，研究交叉口信号配时与机动车排放之间的关系.元胞自动机模型将交叉口和路段划分为3.5 m×3.5 m的元胞，每辆车占2 个元胞，交叉口内转弯车辆减速慢行，直行车辆速度不受限制，提高了交通仿真的真实性和机动车排放测算的准确性.仿真结果表明：最佳信号周期随着车辆到达率的增加而增加，使得交叉口通行效率达到最大化；行程时间随着左转车比例的增加而增加，对于不同的车辆到达率，均存在一个极限值，当左转车比例低于该极限值时，行程时间变化不大，高于该极限值时，行程时间快速增加；从通行能力、行程时间和尾气排放的角度，交叉口具有不同的最佳信号周期，且差异较大.     

散粒材料非线性弹性关系研究

散粒体是工程中的一类具有广泛用途的特殊材料，国外对于散体材料本构关系的研究十分活跃，提出了许多理论模型。本文在分析和综合前人工件的基础上，从研究两半径为R相同球体接触出发，假设球球之间只发生弹性接触且遵循赫兹接触理论，利用能量方程，论述了建立散粒体非线性弹性关系的方法，文章提出了三种接触模型，并给出了显式应力应变关系式。     

设置非机动车等候区的信号交叉口交通流模型

城市机非混行交叉口的管理与控制是交通管理的重要内容.针对信号交叉口设置非机动车等候区的交通组织方式，建立了交叉口元胞自动机模型.对机动车流采用基于经典 NaSch(NS)的改进多车道元胞自动机模型，建立了交叉口换道规则，增加主动减速规则；对非机动车流采用具有侧向运动的扩展多值 CA模型.研究了设置等候区的车流状态特性，以及非机动车密度和等候区纵向长度对信号交叉口的影响.研究结果表明：设置等候区能在一定程度上提高交叉口的通行能力，但长度并非越长越好，当长度过长时在一定条件下会增大对机动车流的阻滞，总体上等候区是一种值得借鉴的方式；非机动车密度对机动车流的基本图具有显著影响.     

基于元胞自动机的城市道路仿真系统

为解决实时交通仿真系统对计算效率的要求，本文提出一种针对交通信号控制下城市道路路段的元胞自动机模型。在模型中采取了适合城市交通特点的元胞空间划分和时间步长方案以及元胞更新规则。本文还给出基于此模型的一个小型仿真系统的软件体系结构。另外，本模型还能反应出驾驶员的进取性（aggressiveness）的状况，并对驾驶员存不同进取性下对变通的影响做了研究。通过现场采集的交通数据和CORSIM仿真平行的对比试验表明本文提出的模型在路段平均速度意义下与实际变通数据符合较好，并具有较高的运行效率。     

芦山地震余震发生及演化的自组织临界机制

为探讨芦山7.0级地震余震演化动力机制,应用统计地震学方法,分析了2013年4月20日—6月20日芦山地震余震序列的宏观统计分布规律;基于自组织临界理论,提出了一种新的余震模型,以期阐明相关统计地震学规律的产生动力机制,并深入讨论了该模型的自组织临界性.该余震模型的具体算法是在经典Olami-Feder-Christensen地震模型基础上,引入了应力衰减因子和应力扩散各向异性因子.研究结果表明:芦山7.0级地震余震序列的震级分布遵循Gutenberg-Richter统计规律,幂指数值约为0.766;其余震序列的时间分布遵循Omori统计规律,幂指数值约为2.52.新建模型的数值模拟能同时对芦山地震余震序列呈现出的Gutenberg-Richter和Omori统计规律给出满意的预测结果,模拟结果与实际情况高度吻合,表明龙门山断裂带处于一种自组织临界状态,芦山地震余震过程实质上是一种自组织临界现象.      

基于元胞自动机的地震触发崩塌滑坡分布规律

为了从物理角度对地震触发崩塌滑坡分布规律的机理进行诠释,通过汶川震区典型路段考察和遥感资料解译发现:位于IX度地震烈度区,崩塌滑坡方量与出现频率之间存在良好的负幂律关系;在X度区,崩塌滑坡面积与出现频率的关系仍可用负幂律描述;在XI度区,这一关系转为对数正态分布.元胞自动机模拟表明:以扰动值递增模拟地震强度的增大,沙堆模型的动力特性也经历了幂律—幂律弱化—对数正态分布的演变过程,从而在自组织临界性的概念框架下,证明了上述不同烈度区地震触发崩塌滑坡分布概型的演变规律具有普适性,为汶川地震崩塌滑坡编目以及高烈度地震山区灾势预估等提供了科学依据.      

单面坡沙堆模型自组织临界性实验研究

沙堆模型是自组织临界状态理论的范例,介绍一种倾斜平面下半无限松散边坡坍塌沙堆模型实验研究,实验结果表明：沙堆的自组织临界性与颗粒的非均匀性有关,从而首次用实难方法证明了自组织临界状态受系统组织原则影响的猜测。     

不同信息模式下车辆多站点目标选择及影响分析

特定条件下,车辆能源补给行为会恶化道路交通状况,而交通信息引导、共享技术的应用为这一问题的解决提供了可能性.为分析和明确该应用的效果,本文以道路和多个能源供应站所构成的系统作为对象,通过系统和车辆行驶的特征分析,构建了基于多服务台多排队的干线多站点元胞自动机模型.不同信息共享模式下的模型实验表明：模型能够模拟需求车辆对目标站点的选择过程;信息共享时,需求车辆聚集程度能够得到缓解,进而延缓了交通流饱和状态的出现;站点信息共享的系统优化效果好于路况信息共享,而相应拥堵边界条件的分析也明确了信息共享介入的时机.     

元胞自动机交通流模型研究现状

交通流理论研究是以建立能够描述实际交通一般特性的交通流模型,从而揭示交通流的基本规律。在非线性科学和复杂性科学的推动下,元胞自动机模型成为研究交通流的一种新的交通流动力学模型。介绍元胞自动机交通流模型的产生与发展,分析用于道路交通、城市路网和轨道交通中的几种经典的元胞自动机交通流模型,并对今后可能的研究趋势进行展望。     

基于智能体与元胞自动机的智能交通仿真

针对智能体和元胞自动机在交通仿真研究中应用的相对独立现状,分析了智能体和元胞自动机理论方法在交通仿真研究和应用中的特性及各自存在的局限性和优势。指出两者都具有“由底向上”的设计特点,智能体能准确地描述各种复杂交通元素的特性和自主行为,但实现复杂,效率较低,而元胞自动机方法实现简单,仿真效率高,但难以体现交通元素的个体差异。探讨了这两种方法相结合进行智能交通仿真的可行性,以及它们的结合点和结合方法,构建了一个基于智能体和元胞自动机相结合的基本智能交通仿真模型。仿真结果表明,该方法既保持了元胞自动机的实现简单、效率高等基本特征和优点,又能反映交通系统中交通元素的自主特性和个体差异。     

公交线路对双车道交通流的影响分析

采用元胞自动机模型对具有公交线路的双车道混合交通系统进行建模和模拟分析. 通过绘制系统的基本图和右车道上车辆占有率分析了公交线路对双车道车流演化特性以及运行效率的影响,并针对港湾式和非港湾式两种停靠方式的优劣进行比较. 研究结果显示,系统中存在四个车流演化特性不同的密度区域;系统中公交车数量增多会导致最大流量降低;港湾式停靠站的公交线路系统对车流的影响小,系统流量大,优于非港湾式停靠站的公交线路系统.     

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采用元胞自动机模型对具有公交线路的双车道混合交通系统进行建模和模拟分析. 通过绘制系统的基本图和右车道上车辆占有率分析了公交线路对双车道车流演化特性以及运行效率的影响,并针对港湾式和非港湾式两种停靠方式的优劣进行比较. 研究结果显示,系统中存在四个车流演化特性不同的密度区域;系统中公交车数量增多会导致最大流量降低;港湾式停靠站的公交线路系统对车流的影响小,系统流量大,优于非港湾式停靠站的公交线路系统.