用于隧道减震的叠层剪切吸能结构剪切性能试验研究

提出一种新型叠层剪切吸能(LSED)结构改变衬砌连接方式,能够保证隧道在轴向上具有良好的变形能力和在环向上具有较好的抵抗变形的刚性能力。基于LSED结构的竖向承载和剪切变形能力开展LSED结构的室内剪切试验和数值试验研究,利用变异系数法评价橡胶剪切模量、橡胶层单层厚度、橡胶层层数和结构有效直径等因素对LSED结构水平剪切性能影响的权重。最后,利用有限元软件ABAQUS建立LSED结构-隧道衬砌-围岩三维精细化工程模型,并采用动力时程分析方法对其地震响应进行分析。研究结果表明:在压剪状态下,结构整体位移由下到上逐渐增大,橡胶层的受拉区主要集中在外侧边缘,拉应力及其分布面积由两端向中间逐渐减小,上表面的最大名义主应变最大值由上到下逐渐减小;钢板层较大应力区域主要分布在靠近上下封板部位。设计因素中橡胶剪切模量和结构内部钢板直径对LSED结构的水平等效刚度的影响更为显著;LSED结构的设置能有效降低衬砌的地震响应,且减震率达到45%以上。

PTFE/Cu材料动态压缩特性

通过冷等静压和冷压烧结制备出六种不同密度的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)/Cu复合材料,并采用霍普金森系统研究了密度和制备方法对PTFE/Cu动态力学性能影响。结果表明,冷压烧结试样在其烧结过程中发生纵向膨胀,导致密度降低,且试样表面生成一层金属膜;冷压烧结试样的动态压缩性能优于冷等静压试样;冷压烧结后的PTFE/Cu材料中PTFE晶体发育更好,对Cu颗粒包裹力更大,界面结合力更高,提升了冷压烧结PTFE/Cu材料的力学性能。

基于GA-BP神经网络长服役期内结构混凝土的强度演变预测

为研究长服役期内既有混凝土结构的强度演变规律及其预测模型,以唐包铁路、西户铁路等实际工程为研究背景,以服役时间为2、16、25、30、40、52、66、88、95和100 a的在役桥涵为研究对象,基于混凝土回弹法,开展役桥涵混凝土强度试验,分析长服役期内既有桥涵混凝土强度动态发展过程。同时,基于试验实测混凝土强度数据与收集的230组同类条件下在役桥涵(服役时间2~88 a)混凝土强度数据,构建GA-BP神经网络混凝土强度预测模型。此外,为提高模型可应用性,基于高精度GA-BP神经网络强度预测模型,建立一般矩阵公式和简化公式。基于本文构建的混凝土强度预测模型,分析该类地区(试验中已调研区域)长服役期内混凝土结构的强度演变规律。研究结果表明:相较于既有混凝土强度预测模型,本文构建的GA-BP神经网络混凝土强度预测模型可有效预测不同服役时间下的混凝土强度,预测数据的平均绝对百分比误差为8.76%,决定系数为0.83。本文简化公式(C25)精度较高,平均绝对百分比误差为6.6%,为便于简化计算,推荐简化公式(C25)作为长服役期内混凝土强度预测公式。百年服役期内混凝土强度经历2个时间阶段,即混凝土强度缓慢上升期(1~49 a)、混凝土强度快速下降期(49~100 a)。随混凝土结构服役时间增加,混凝土结构劣化速率增加,导致混凝土结构在长期服役过程中,混凝土强度不能满足混凝土结构服役要求。

冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用下早龄期混凝土强度演变及预测模型研究

为了研究冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用对早龄期混凝土力学性能的影响,基于新疆若羌地区实际环境条件,对三种水胶比的早龄期混凝土分别进行冻融循环、硫酸盐腐蚀、冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况下的耐久性试验,分析不同环境作用工况与水胶比交互作用下早龄期混凝土强度经时演变规律和作用机制。同时,基于灰色系统理论与遗传算法,建立早龄期混凝土强度的变权缓冲GM(1,1)模型。研究结果表明:同环境作用工况下,随冻融循环次数增加,早龄期混凝土抗蚀系数均出现先增大后减小的变化规律,并且在腐蚀终期,水胶比与早龄期混凝土抗蚀系数呈负相关。在同水胶比条件下,相较于单一冻融循环工况,冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况对早龄期混凝土抗蚀系数终值的影响程度更高。早龄期混凝土强度预测模型的最大平均预测误差仅为1.893%,具有较好的预测精度,可为寒冷、盐渍土地区混凝土结构服役状态评估提供参考;通过预测模型对不同环境作用工况下早龄期混凝土进行耐久性评估,可知:冻融循环作用下,0.26、0.32、0.38水胶比的早龄期混凝土预测服役寿命分别是75.3 a、24.6 a、15.3 a,而在冻融-硫酸盐腐蚀耦合作用工况下,同水胶比下早龄期混凝土预测服役寿命缩短至30.7 a、22 a、12.7 a。

云贵高原地区生态系统健康时空分布及其驱动因素影响

针对云贵高原地区生态系统健康(EH)的时空分布及其驱动因素问题,本文首先建立了“活力-组织力-恢复力-服务力”的EH评估模型,分析2000—2020年EH时空分布,然后利用XGBoost模型和SHAP解释模型分析各驱动因子与EH间的具体函数关系。结果表明:①2000—2020年,云贵高原地区的EH西部区域较东部区域较好,弱健康县集中在东北地区;②弱健康和较弱健康县由2000年的40%降低至2020年的24%,总体呈现全域改善的趋势;③城市化水平、降水与EH间存在递减的三次函数关系,温度、归一化植被指数与EH间存在递增的三次函数关系,高程与EH间为波动的四次函数关系。本文旨在为区域EH监测提供新方案,为云贵地区生态保护与恢复提供参考。

自然的退隐与实验的崛起:百年小学科学教科书中科学传统的变迁

对科学传统的表达和呈现是认识科学教育和课程的重要参照,研究以科学传统的三维划分(博物、实验和数理)为框架,按照清末民初(1904—1922)、民国新学制后(1922—1949)、新中国成立后(1949—1978)、改革开放后(1978—2001)、新世纪课程改革后(2001—2023)五阶段划分,对我国自现代学制建立后的小学科学教科书中的科学传统进行了系统梳理、统计和内容分析。结果显示,百年以来,自然从课本中不断退隐,原本居于首要位置的博物学传统在小学科学教科书中日益衰落,实验传统取而代之,成为最强势的科学传统,数理传统从寂寂无闻兴起成为重要的科学传统。

基于Wiener过程理论的盐渍土中混凝土损伤演化及寿命预测

基于新疆若羌盐渍土环境,对水胶比为0.32、0.35和0.38的混凝土试件,进行硫酸盐溶液浸泡腐蚀(标准养护28 d)、盐渍土腐蚀(标准养护28 d)、盐渍土腐蚀(标准养护3 d)这3种腐蚀制度下的耐久性试验,分析腐蚀制度与水胶比交互作用下混凝土动弹性模量经时演变规律与作用机制.并基于混凝土动弹性模量动态变化过程,通过Wiener过程理论,建立了盐渍土环境下混凝土服役寿命预测模型,以定量表征混凝土损伤劣化规律.结果表明:在各腐蚀制度下,随腐蚀龄期增加,混凝土损伤度均出现先减小后增大的规律;在腐蚀终期,混凝土水胶比与其损伤度呈负相关;在相同水胶比下,硫酸盐溶液浸泡腐蚀(标准养护28 d)、盐渍土腐蚀(标准养护28 d)、盐渍土腐蚀(标准养护3 d)对混凝土损伤程度的影响依次增加;由Wiener过程理论建立的混凝土服役寿命预测模型可知,混凝土预测寿命退化呈3阶段变化趋势,其趋势与试验中混凝土劣化过程保持一致.

超聚能战斗部结构优化数值模拟

针对现有的截顶型超聚能射流构型。采用正交设计优化方法,将现有的圆板型辅助药型罩的4个尺寸设为参量,并选取5个水平因子,根据正交实验设计表分别进行数值仿真实验,确定了优化后的结构参数。对优化前后的超聚能射流形成过程中的爆轰波传播变化情况进行分析,发现优化后的轴线处的药型罩压合压力大于现有截顶型超聚能结构;对25组实验数据进行因子方差齐性分析,得出各因子对超聚能射流的影响规律,并进行线性回归方程的拟合运算,得到超聚能射流成型的预测公式。最后将优化后的射流形成过程的数值模拟实验进行数据提取,经比对分析,所得到的线性回归方程与数值模拟结果基本一致,该研究对于超聚能装药结构设计具有一定的参考价值。

线性聚能战斗部对穿甲弹毁伤效应数值模拟

针对在分析线性聚能战斗部对穿甲弹毁伤效果时,由于多因素存在共线性而无法有效建立数学模型的问题,采用ANSYS/LS-DYNA软件,以径向侵彻深度和穿甲弹质量损失为目标函数进行数值仿真。利用偏最小二乘拟合方法,构建出装药宽度、装药高度、曲率半径和药型罩壁厚对径向侵彻深度和穿甲弹质量损失的半经验数学模型。结果表明:药型罩曲率半径的降低可提升对穿甲弹的毁伤效果;药型罩壁厚的增加有利于提高穿甲弹的质量损失,但对穿甲弹的径向侵彻深度有不利影响;所建立的半经验数学模型与16组数值仿真及对照组的结果吻合较好。可为优化和估算线性聚能战斗部对穿甲弹的拦截效果提供一定的参考。

跨境电商进口对我国居民消费的非线性影响

跨境电商进口已成为我国消费规模扩张和消费结构升级的重要推动力。本文实证检验了跨境电商进口对我国居民消费的非线性影响及其区域异质性。全样本结果表明:跨境电商进口与消费规模扩张之间存在倒“U”型作用关系,跨境电商进口规模达到临界后,会呈现边际递减规律;跨境电商进口对我国消费结构升级具有显著促进作用,对生存型消费规模影响不显著,对发展型和享乐型消费规模具有显著正向影响。区域异质性分析表明:跨境电商进口对我国东部地区消费规模扩张驱动效果最强,中部地区次之,西部地区不显著;跨境电商进口对我国东、中、西部地区消费结构升级均有显著正向影响;非线性影响方面,跨境电商进口与我国东部、中部地区消费规模扩张和消费结构升级之间存在倒“U”型关系,西部地区非线性关系不显著。

罩间隙对3层串联EFP成型影响数值模拟研究

为了研究不同罩间隙对3层串联EFP战斗部的影响,以3层球缺药型罩为基础,设计了无罩间隙、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mm罩间隙,共6种方案,运用LS-DYNA软件进行仿真模拟,对得到的结果进行了对比分析。结果表明:罩间隙的存在会影响3层串联EFP的成型,增大3层串联EFP的长径比;提高中层罩和内层罩形成的EFP的速度,增强3层串联EFP的侵彻能力,罩间隙为0.5 mm时速度增加量最大,分别为12.58%和16.76%;6种方案中,罩间隙为0.4 mm时,形成的3层串联EFP侵彻能力最强。

Ф1016 mm管道超高清漏磁复合检测器研制

针对国内X80高钢级管道环焊缝缺陷和极细小针孔腐蚀类缺陷检测的迫切需求,开展了在役管道非开挖缺陷复合检测技术研究,提出了基于超高清漏磁腐蚀检测的复合检测器的总体设计方案和技术指标。研制了适用于Ф1016 mm管道,集超高清漏磁腐蚀+几何测径+管道中心线测绘和弯曲应变检测+应力异常检测于一体的复合检测器。对检测器在油气管道输送安全国家工程实验室进行牵引测试并对检测数据分析量化。测试结果表明:检测器利用搭载的速度控制单元,可在管输介质压力为3.95~8.85 MPa,最大介质流速为8~9 m/s的工况下,完成在役管道的复合检测。检测器能够准确识别和量化管道上的极细小针孔类、周向凹槽、周向和轴向凹沟、一般和坑状等金属损失缺陷、含金属损失的管道变形等复合缺陷。对管道上的应力异常区,管体周向和环焊缝上的类裂纹缺陷可有效识别。研究结果对确保高钢级、大口径油气管道的安全运行具有重大的现实参考意义。

荒漠草原过渡地带粮食作物种植现状与发展对策建议

为明确北方荒漠草原过渡地带县域内的农作物种植制度调整方向,本研究基于2012-2021年陕西省榆林市定边县各乡镇的农作物生产数据,分析了近十年该县所有农作物和粮食作物的种植面积变化,以及各乡镇粮食作物的种植面积、产量和单产状况。结果表明:定边县的农作物以粮食作物为主,其中玉米、荞麦和马铃薯是三大主要粮食作物。进一步对各乡镇三大主要粮食作物的种植状况分析,并结合定边县农业用水资源分布特征,建议增加北部滩区水资源比较丰富的白泥井镇、郝滩镇、堆子梁镇和石洞沟乡的玉米种植面积,压减南部山区玉米种植面积,改种荞麦等耐旱耐寒作物;重点压减荞麦单产水平较低的红柳沟镇、樊学镇和张崾先镇的荞麦种植面积;增加北部滩区堆子梁镇、盐场堡镇和石洞沟乡的马铃薯种植面积,优先在种植面积较大的白泥井镇、砖井镇、贺圈镇开展马铃薯和玉米、荞麦之间的轮作种植,同时减小贺圈镇和砖井镇的荞麦种植面积,为马铃薯轮作模式的开展提供更大的空间。

2000—2018年我国市域粮食产能对耕地利用综合压力的时空响应及影响因素分析

探究市域粮食产能对耕地利用综合压力的时空响应及影响因素,提升并优化不同地域耕地利用模式和效率。借助耦合协调度模型、空间自相关及空间重心迁移分析2000—2018年我国市域粮食产能对耕地利用综合压力的时空响应机制,利用地理探测器讨论粮食产能耕地利用综合压力响应水平的影响因素,以讨论耕地利用潜在优化路径。结果表明2000—2018年,我国市域耕地利用综合压力及粮食产能均呈整体上升、局部下降趋势,伴有不同程度的空间异质性规律。粮食单产对耕地利用综合压力的响应水平相对较高,高值区主要位于东部沿海、华南、新疆等地,而粮食总产量对耕地利用综合压力的响应水平未得到充分发挥。耕地非粮化压力、产业结构压力的空间重心向西南迁移、土地利用非农化压力向东南迁移,而粮食产能空间重心向东北迁移,粮食产能优势区逐渐远离耕地综合压力劣势区,前者对后者的响应在空间发展格局上具有较强韧性。农机总动力、耕地面积、基本农田面积、一产固定投资、耕地征收面积、提防保护耕地对于粮食产能耕地综合压力响应水平的单因子解释力较强,而农机总动力和GDP、土壤侵蚀程度和其他因子的双因子交互作用亦较为明显。耕地利用模式的优化应基于粮食产能对耕地利用综合压力响应机制的地域差异针对性展开。

基于钨尾矿细观形态特征的综合利用可行性研究

尾矿在尾矿池中大量堆积会对周边环境造成严重的污染。在建筑工程中,由于河砂的日益匮乏,导致砂石涨价、原材料缺乏等,因此,对矿企废弃尾砂替代建筑用砂的可行性研究具有重要的意义。本文采用筛分法、Winner 2000E激光粒度分析仪获取尾砂和河砂的级配信息;使用XPV-909E透反射偏光显微镜采集了尾砂和河砂的形貌特征信息;利用ImageJ软件对所获得的图像信息进行提取。结果表明,尾砂与河砂在颗粒级配、圆度、凸度上有较好的相似性,仅在扁平度和粗糙度上与河砂有微小的差异;细观形态较好的相似性,表明在其他参数相同的情况下,二者在宏观力学上具有一致性,验证了废弃尾砂可替代河砂作为建筑材料使用的可行性。

隧道震害和地表变形相关性的实例分析

考察地震作用下的地表运动特征,是一种直接有效观测地震作用机制的方法.为此,结合2016年日本熊本地震俵山隧道震害案例,探讨地表变形运动与地下结构震害之间的相关性.基于高精度机载激光测量技术(LiDAR),获取地震前后俵山隧道周边地形的变形数据;建立隧道周边地形的数字高程模型.借助组合分类迭代最近点(CCICP)算法,得到俵山隧道周边地表变形特征.在此基础上,探讨隧道震害与周边地表变形特征的相关性.结果表明,强烈的地面运动能够在一定程度上反映地下结构震害的真实情况,如衬砌、路面和施工缝等各种结构的破坏;另一方面,地表变形运动方向在一定条件下(如排除地震断层等特定地质构造的影响等条件)反映地震波的传播方向,可用于验证地震波对俵山隧道的破坏机理.

基于土地利用的生态系统服务价值估算尺度效应研究

土地利用/覆盖(LULC)对生态环境具有重要影响,是计算生态系统服务价值的重要数据,然而不同空间尺度或不同LULC的产品数据,计算出来的生态系统服务价值是否有差异,以及差异程度尚不明确。论文采用两种土地利用产品数据,并使用重采样的方式获取了两套不同分辨率的数据,通过当量因子法计算出生态系统服务价值,研究了不同尺度LULC对ESVs的影响。结果表明:(1)不同产品或同种产品用尺度不同的土地利用数据计算出的生态系统服务价值的结果不同。(2)两种土地利用数据计算出来的ESVs相差了大约1.7%,并且随着尺度的增加,差值有减小的趋势。(3)随着LULC尺度的增加,ESVs的总体变化趋势也是增加的,增加的趋势逐渐缓和,并且ESVs与LULC尺度符合对数关系,拟合度R2>0.9。研究结果为获取可靠生态系统服务价值具有重要参考价值。

利用线性融合方法进行金花茶自然保护区植被覆盖度时空变化研究

在利用高空间分辨率影像研究小区域植被覆盖度(FVC)变化时,传感器、成像条件及云量的影响会导致连续的长时序影像数据缺失或数据质量较差,同时影像的低时间分辨率也限制了对小区域连续时序FVC变化的研究。针对该问题,本文采用线性融合方法融合出连续的长时序FVC影像,解决了在研究FVC时空变化时云量和条带影响导致的Landsat影像连续时序数据缺失和低时间分辨率问题;利用Sen+Mann-Kendall进行趋势分析发现,金花茶自然保护区的FVC在2000—2016年整体呈增加趋势,FVC显著增加的区域约占37.32%,不显著增加的区域约占58.56%。线性融合方法得到的FVC影像可以精细地表征地表FVC的变化,较好地解决了高空间分辨率影像FVC连续时序数据缺失的限制,有利于小区域FVC的长时序时空变化研究。

基于改进慢特征分析的CSTR故障诊断方法与实验平台

针对传统慢特征分析(SFA)无法充分解析连续搅拌釜式反应器(CSTR)非线性特性问题,提出一种改进的慢特征分析故障诊断方法——随机傅里叶SFA(RFSFA),并开发了相应的仿真实验平台。该方法引入随机傅里叶映射技术实现过程变量的非线性变换,进而利用慢特征分析建立非线性统计监控模型。为了避免模型随机参数的影响,应用贝叶斯推理理论构建了集成学习模型。为验证该方法的有效性,设计了一个CSTR故障模拟与算法测试实验平台,包括正常工况模拟、故障工况模拟、故障检测等多个子系统。测试结果表明,RFSFA方法具有比传统SFA方法更好的故障检测性能,所开发的实验平台易于操作,开放性好,能够很好地验证算法的有效性。

云贵高原地区生态系统服务价值时空变化特征

针对云贵高原地区在开展生态恢复工程后的生态系统服务价值(ESVs)如何变化问题,本文基于当量因子和空间自相关分析等方法,研究了云贵高原地区ESVs的时空变化特征。结果表明:(1)土地利用类型转移主要是农田转为建设用地与水体。(2)在开展生态恢复工程后,生态系统得到了改善,ESVs在38年间呈先减少后增加的趋势,累计增加94.91亿元,森林的生态调节能力及产生的价值总量在2180亿元以上,最少的为荒漠,约为0.1亿元。(3)ESVs的空间分布格局表现为西南地区较高、中部较低。(4)1980—2018年ESVs表现为显著空间正相关,莫兰指数大于0.46,有明显的聚集特征。