基于局部谱形状指标调整结构抗地震倒塌能力的预测结果

选择合适的地震动记录是结构抗地震倒塌性能评估中很有挑战性的一个课题。如果对每个工程结构都根据其场地特点和结构特点选取一组地震动进行地震抗倒塌能力分析,则选波工作量和难度太大,难以在工程中广泛应用。因此,本文提出了局部反应谱形状指标SSI(spectral shape index),并给出了基于SSI的结构抗地震倒塌能力预测结果的调整方法,即通过一组标准的地震动记录对建筑进行倒塌分析,再将抗倒塌能力的结果根据建筑的目标反应谱进行调整,用调整后的结果来评价该建筑的抗倒塌能力。最后,通过3个典型的多层钢筋混凝土框架结构验证了该方法的可行性。

水稻体细胞无性系粒形指标因子分析

以水稻早熟恢复系 40 2的 5 3个体细胞无性系为材料 ,研究其 5个谷粒与 5个米粒形状指标的变异及它们之间的相关性表现。结果表明 ,来自同一基因型的 5 3个体细胞无性系的 1 0个粒形指标发生了显著变异 ,相关分析表明 ,谷粒长、谷粒厚、谷粒长 宽比分别与米粒长、米粒长 宽比呈显著正相关 ,而谷粒厚与米粒宽为显著负相关 ,谷粒宽、谷粒长 厚比与米粒性状间的相关均不显著。因子分析表明 ,1 0个粒形指标可分为受 4个主因子控制的性状群 ,即米粒形状因子、谷粒形状因子、籽粒厚度因子和谷粒宽因子 ,前 2个主因子的累积贡献率为66.82 % ,粒长是在这两个主因子中起关键作用的核心性状。

基于FDEM的岩石颗粒破碎后碎片形状的统计分析

针对碎片尺寸和形状会影响岩石强度和变形的问题,采用三维扫描技术获得真实岩石颗粒的表面点云数据,然后通过数字图像处理技术重构数字颗粒,利用连续-离散耦合方法(FDEM)模拟单个颗粒在平板压缩下的断裂破碎.识别颗粒破碎后所产生的碎片,并进行碎片形状的表征和量化,分析碎片形状与颗粒初始形状、碎片尺寸的关系.为了准确描述裂纹尖端的应力梯度和损伤演化,进行颗粒有限元网格密度的敏感性分析,结果表明,断裂过程区至少需要5、6个界面单元以减弱网格尺寸的影响.本研究关注颗粒破碎后所产生碎片的整体形态,忽略断裂引起的碎片表面局部起伏和粗糙变化.尽管所研究颗粒的初始形状存在较大差异,仍发现颗粒破碎后所产生碎片的形状指标分布具有一些共性特征.碎片的圆度、扁平率、Domokos因子和凸度对颗粒初始形状的敏感性逐渐增强,并且除了圆度外,其他形状指标分布与碎片尺寸之间并未发现显著的相关性.不同粒径组碎片的圆度分布表明,较大的碎片棱角更明显.

堆石料三维形状量化及其对颗粒破碎的影响

筑坝堆石料由于尺寸较大,必须对其按一定比例缩尺后才能用来开展室内三轴试验。但缩尺前后颗粒形状难免会有差异,如何评价颗粒形状变化对堆石料变形特性的影响是十分重要的。引入了高精度的三维激光扫描技术对紫坪铺面板坝筑坝堆石料2.5～5、5～10、10～20 mm以及20～40 mm 4个粒径组的颗粒进行了空间形状分析,在此基础上进一步开展了单一粒组的三轴试验,研究了4个粒组的颗粒形状指标与颗粒破碎率的相关性。试验表明,紫坪铺堆石料颗粒破碎率随着其平均球度的增加而减小,并且呈近似半对数线性关系;随着围压的增加,颗粒形状对颗粒破碎的影响逐渐减弱,颗粒强度的影响逐渐增大。紫坪铺堆石料的颗粒强度随着颗粒尺寸的增加逐渐减小,但其破碎率反而随着颗粒尺寸的增加而逐渐减小,主要是因为试验所采用的紫坪铺堆石料颗粒尺寸越小时,其形状越不规则。因此,研究缩尺效应对颗粒破碎率的影响时,要同时考虑颗粒尺寸和颗粒形状。

级配碎石形状量化及其对堆积特性的影响

针对现有离散元模拟多采用规则形状颗粒进行,与颗粒实际形态不符的缺陷。以级配碎石为例,对颗粒形状进行量化分析。采用数字图像处理技术,得到颗粒轮廓,根据轮廓形态特征从多个层次对颗粒形态进行描述,并得到互相独立的扁平度、棱角度形状指标,对指标进行统计分析,发现颗粒形态与粒径无关。最后通过离散元数值模拟探究颗粒真实形态与颗粒堆积孔隙率关系。试验结果表明:在松散情况下,堆积孔隙率随扁平度的增大而增大,而当颗粒近似圆形时,孔隙率随棱角度增大而减小。

颗粒形状对粗粒土密实度的影响研究

密实度是衡量粗粒土力学性能的重要指标之一。大量实验表明,颗粒形状对颗粒材料的密实度有显著的影响,但针对特定形状指标对密实度影响的研究较少。选取大石峡堆石坝料场的卵石料颗粒和块石料颗粒作为试验材料,通过三维扫描获取颗粒的真实形状,计算了颗粒的形状指标。基于颗粒的真实形状,构建模拟真实粗粒土颗粒的离散元团簇体模型。采用压缩边界法对颗粒集合体进行制样,并对所有试样孔隙比进行测定。BP神经网络与Olden方法相结合的参数敏感性分析显示:对密实度敏感性较强的形状指标依次为三维球度、凸度、三维圆度和二维圆度,颗粒的三维球度指标能够较好地反映粗粒土密实度随颗粒形状的变化规律。考虑粗粒土颗粒三维球度的正态分布特性,针对三维球度呈不同正态分布的试样进行数值模拟,结果表明:试样的孔隙比随颗粒三维球度分布范围的增大基本保持不变,其分布范围的变化对孔隙比的影响较小。

煤矸石粗集料理化性质和形状特征对混凝土强度的影响

随着天然集料的日益缺乏以及国家对固体废弃物再利用的高度重视,煤矸石集料的应用已引起广泛关注,但不同地区煤矸石粗集料理化性质和形状特征差异较大,会显著影响混凝土性能。本文选取陕西省不同矿区的煤矸石,采用宏观指标(压碎指标、吸水率、坚固性、表观密度、含泥量)和细观指标(矿物组成、化学成分、微观形貌和内部孔结构)评价煤矸石粗集料的理化性质,并分析了两者之间的关联性。针对煤矸石与天然碎石的形状差异,提出了球度、角数和纹理指数等煤矸石粗集料形状统计指标,并结合煤矸石粗集料宏观指标分析了对混凝土工作性与强度的影响规律。研究结果表明,石英、高岭石和伊利石含量高、微观形貌密实、孔隙率小的煤矸石粗集料,吸水率和压碎指标较低;与天然碎石相比,煤矸石粗集料球度较低,多呈不规则形状,角数和纹理指数高,表现为棱角较多且尖锐、表面更粗糙;压碎指标和吸水率低的煤矸石集料配制的混凝土,和易性好、强度高;当煤矸石粗集料压碎指标差异小时,其形状统计指标决定了混凝土强度,球度越高、角数和纹理指数越小,混凝土强度越低。

高原鼠兔和高原鼢鼠种群暴发区干扰斑块空间分布格局与演替规律

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)和高原鼢鼠(Myospalax baileyi)是两种在高寒草甸广泛分布的小型哺乳动物,其暴发活动可能造成高寒草甸的严重退化。使用无人机分别拍摄典型的高原鼠兔和高原鼢鼠种群暴发区图像,解译高原鼠兔洞口、高原鼢鼠土丘和它们的干扰斑块,获得干扰斑块的周长和面积信息,计算干扰斑块形状指标,确定高原鼠兔与高原鼢鼠暴发活动对高寒草甸的影响。研究表明:(1)高原鼠兔与高原鼢鼠暴发活动形成的干扰斑块周长与面积比(PARA)、形状指数(SHAPE)和分形维数(FRAC)差异显著(P<0.05),其中高原鼢鼠斑块的FRAC是1.0124±0.0091,属于普通的规则几何圆形分布格局,高原鼠兔斑块的FRAC是1.1203±0.0546,属于分形几何不规则的分布格局。(2)高原鼠兔洞口数量与其斑块面积没有线性相关关系(P=0.9677),高原鼢鼠土丘数量与其斑块面积呈显著正相关(P<0.05)。(3)高原鼢鼠斑块面积统计学上呈长尾分布,不符合正态分布(P<0.01)。根据高原鼠兔斑块面积分布格局可将斑块演替分为三个阶段:土丘形成阶段、斑块连通阶段和斑块扩散阶段。高原鼠兔土丘形成阶段斑块的形状和分布,与高原鼢鼠干扰斑块相似;在演替初期阶段融合连通阶段斑块的面积分布呈指数分布,形状趋于分形几何(FRAC=1.1161);在跨尺度扩散阶段斑块面积较大且形状复杂(SHAPE=4.4202),呈现不规则分布格局。三个阶段斑块的周长与面积比、形状指数和分形维数差异显著(P<0.05)。高原鼠兔在退化高寒草甸的觅食活动促进了融合连通阶段斑块的形成,呈现分形几何斑块演替规律。由此得出结论,引起高寒草甸退化的主要原因是过度放牧下高原鼠兔暴发活动,造成跨尺度扩散斑块演替阶段出现的结果,并非高原鼢鼠的暴发活动形成的。因此,控制高原鼠兔数量并恢复高原鼠兔干扰斑块植被相比高原鼢鼠更重要。

许氏平鲉群体耳石形态学比较

利用9个耳石形状指标:圆度、形态因子、环率、矩形趋近率、椭圆率、半径比、Feret比、幅形比、面密度对中国近海8个许氏平鲉(Sebastes schlegelii)群体共228尾个体的耳石形态进行单因子方差分析、判别分析、主成分分析等多元统计分析,并与傅里叶分析结果进行比较。单因子方差分析结果显示,丹东群体和日照群体的9个指标存在显著差异,荣成群体和胶南、青岛、乳山3个群体分别存在9个指标的显著差异,胶南群体和乳山群体存在9个指标差异不显著(P>0.05);第一主成分和第二主成分解释了约72%的形态差异;9个指标在判别分析中的综合判别正确率为64.9%。傅里叶分析结果显示综合判别正确率为43.8%,较第一种方法降低21.1%,9个主成分指标解释了89.2%的形态差异。多元统计分析及傅里叶分析结果均表明中国近海许氏平鲉群体之间形态差异不显著。

基于FWD弯沉盆参数的沥青路面土基模量评价方法研究

采用动力有限元方法模拟沥青路面在FWD作用下弯沉盆响应,分析土基模量与弯沉盆几何指标之间的关系以及路面开裂、层间滑移和刚性层深度等变量对弯沉盆的影响。计算结果表明:土基模量可由曲率指标CI7和形状指标F8确定;开裂和层间滑移对CI7-F8关系曲线没有影响;当刚性层深度小于7 m时,刚性层深度将对CI7-F8关系曲线产生影响。最后通过实体工程对评价方法进行了验证。

基于矢耳石形态的平鲉属(Sebastes)鱼类鉴别及研究方法比较

分析了青岛胶州湾铠平鲉（Sebastes hubbsi）、花斑平鲉（Sebastes nigricans）和许氏平鲉（Sebastes schlegelii）3种平鲉属鱼类的矢耳石形态特征,探究基于矢耳石形态鉴别3种鱼类的可行性。以8个耳石形状指标和37个椭圆傅里叶系数进行的单因素方差分析结果基本一致,显示铠平鲉与许氏平鲉的耳石形态差异最大,铠平鲉与花斑平鲉间差异最小。利用耳石形状指标、椭圆傅里叶系数、耳石形状指标与椭圆傅里叶系数相结合的方法,对3种鱼类的综合判别率均可达95%以上,判别分析散点图可明显将3种鱼类区分开。耳石长介于4-7mm的3种鱼类小规格组与2龄及以上成鱼组耳石样本的判别结果一致,表明针对不同发育阶段平鲉属鱼类,基于耳石形态的种类鉴别均是可行的;仅使用椭圆傅里叶系数鉴别3种鱼类时综合判别率虽高达100%,但难以快速定位3种鱼类耳石形态间,在统计上差异显著而实际上微小的形状差异所在;而使用耳石形状指标和椭圆傅里叶系数联合判别,综合判别率亦高达99%,且能快速找出3种鱼类耳石在矩形趋近率、形态因子、面密度等的形态差异。研究表明,耳石形状指标和椭圆傅里叶分析联合判别是平鲉属鱼类种类鉴别及耳石形态差异分析的有效手段。

西南大西洋拉氏南美南极鱼耳石形态的多样性

分析了2011年采自西南大西洋的拉氏南美南极鱼(Patagonotothen ramsayi Regan,1913)耳石形态特征,结果显示,根据耳石后端、主间沟、翼叶及耳石侧表面辐射状条纹等位置存在的明显差异,可将其耳石分为6种类型。椭圆傅里叶分析所得77个特征系数的单因素方差分析显示,6种耳石类型两两之间差异显著(P<0.05)的特征系数可达36.4%,表明6种类型耳石形态间存在较大差异。结合形状指标和椭圆傅里叶分析表明:(1)基于形态特征的耳石类型划分是可行的;(2)结合定量分析和定性分析可以更准确地表达拉氏南美南极鱼耳石类型多样性及其耳石形态特征;(3)椭圆傅里叶分析在拉氏南美南极鱼耳石的形态分类研究中更具优势。根据椭圆傅里叶分析重建的耳石外轮廓直观反映了6种耳石类型的差异所在。6种耳石类型在不同鱼体体长、耳石长度分布区间所占比例不同,且同一个体的左右耳石也存在一定差异,检测样本中左右耳石属不同类型的比例达20.2%。Ⅳ型仅出现在小个体中,表明拉氏南美南极鱼幼体阶段耳石形态为卵圆形,随生长发育耳石形态则渐变为梭形。各体长组中有多种类型耳石存在,表明拉氏南美南极鱼在各生长阶段均具有耳石形态多样性。今后开展拉氏南美南极鱼耳石研究时要结合多种耳石类型进行分析,并兼顾其左右耳石的差异。

中日褐菖鲉群体耳石形态学比较分析

利用判别分析、主成分分析和聚类分析等多元统计分析方法，对中国、日本4个褐菖蚰群体耳石的8个形状指标和77个椭圆傅里叶参数进行分析．判别分析结果显示，这4个褐菖铀群体综合判别正确率为89．1％，各群体判别正确率在79．2％--100％之间；聚类分析结果显示，中国惠州和海口的褐菖鼬群体聚为一支，日本横须贺和伯方岛群体聚为另一支；主成分分析结果显示，前17个主成分累积贡献率为96．25％．研究结果表明中国、日本褐菖触群体在耳石形态上存在显著差异．

东南极凯尔盖朗群岛与克洛泽岛小鳞犬牙南极鱼群体耳石形态初步分析

耳石外型分析已广泛用于鱼类种群识别,而东南极克洛泽岛与凯尔盖朗群岛的小鳞犬牙南极鱼(Dissostichus eleginoides)被认为存在两个不同的地理种群。由此,本研究利用6个耳石形状指标(形态因子、圆度、环率、矩形趋近率、椭圆率和幅形比)和椭圆傅里叶系数对凯尔盖朗群岛与克洛泽岛的小鳞犬牙南极鱼耳石外型进行描述和分析。分析前,首先排除个体异速生长效应对耳石形态造成的影响,再应用主成分分析选取后续判别分析的成分。基于形状指标和椭圆傅里叶系数相结合的耳石外型判别分析结果显示,判别成功率为80.00%。来自凯尔盖朗群岛与克洛泽岛的小鳞犬牙南极鱼耳石外型整体形态相似,但耳石外部轮廓存在着细微差异。结合以往的遗传学结论和标志放流结果,耳石外型研究可以初步推断,克洛泽群岛和凯尔盖朗群岛之间存在种群交换,但因为两个区域之间的交换比例和机制尚不清楚,需利用多种分析方法,如耳石微化学、标志放流等作进一步阐述和补充。

矸石块体三维形状参数自动获取方法与量化分析

为了实现对不规则矸石块体三维形状参数的自动获取以及三维形状指标的量化分析,研究块体形状对破碎矸石充填材料承载压缩力学特性的影响规律,设计了CT扫描试验并利用三维重构技术得到了不规则矸石块体的数字化三维模型,提出了基于最小包容长方体准则与遗传算法的不规则矸石块体三维形状参数自动获取方法,建立了以针度、扁平度、球形度为形状指标的不规则矸石块体三维形状特征量化表征方法,并通过具体案例对所提出方法的可行性与优越性进行了分析.结果表明:不同形状指标对矸石块体形状差异的敏感度不同,敏感度从高到低依次为针度、扁平度、球形度;矸石块体的平均针度约为1.5,平均扁平度约为0.7,平均球形度约为0.8,说明不规则矸石块体具有一定的狭长性和片状性.以10#矸石块体为例,基于本文方法所得矸石块体针度,扁平度分别为1.634,0.849,接近于传统人工测算针度平均值1.638、扁平度平均值0.839,准确度均处于95%的置信范围内.

基于耳石形态的鱚属鱼类鉴别

利用9个耳石形状指标对我国鱚属鱼类少鳞鱚、多鳞鱚及斑鱚共78个个体的矢耳石形态进行了多元统计分析,同时对3个群体的74个少鳞鱚矢耳石形态进行了判别分析。单因子方差分析结果显示,少鳞鱚与多鳞鱚矢耳石的9个形状指标均存在显著差异(P<0.05);反映耳石长、短轴差异程度的第1主成分与反映耳石三维特征的第2主成分解释了85.943%的形态差异;9个指标在种间判别分析中的综合判别正确率为93.6%,种内判别分析中的综合判别正确率为93.2%。研究表明形状指标法可以作为中国鱚属鱼类鉴别的有效手段。