爆炸荷载作用下框架结构的损伤机理研究

爆炸荷载可能导致框架结构出现连续倒塌,为研究结构物整体的抗爆性能,本文采用AUTODYN对钢筋混凝土框架结构在爆炸荷载作用下的破坏过程进行了数值模拟,模型考虑了炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了框架结构的破坏机理,模拟结果较合理地展现了框架结构的损伤过程。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值分析

由于爆炸荷载具有峰值压强大、作用时间短的特点,钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应较为复杂。为了深入研究钢筋混凝土梁的抗爆性能,应用瞬态动力分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土梁的三维有限元模型。数值模型中钢筋混凝土采用分离式模型,并且考虑了钢筋和混凝土材料的应变率效应。对已有文献中的钢筋混凝土梁承受爆炸荷载的试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,结果表明所采用的数值模型可以较好地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应。在此基础上,研究了钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下的破坏模式。分析结果表明,随着峰值压力的增加,钢筋混凝土梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏。     

轴压比对钢筋混凝土柱侧向抗爆炸冲击性能的试验研究

通过多点加载试验模拟侧向抗爆炸冲击的性能,研究分析在不同轴压比作用影响下钢筋混凝土柱的破坏过程、破坏形态及峰值荷载.实验结果表明:在侧向爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土柱可能发生剪切和弯曲两种破坏;轴压比的增大使得柱的峰值荷载与侧向位移增加.     

适于水平场地孔压发展的增量计算模型

现有孔压增长模型多为全量模型不能用于不规则荷载下液化发展过程模拟,而少量孔压增量模型来源于动三轴试验,其孔压发展模式与振动台和振动离心机结果差别显著,应用于实际水平场地孔压计算时需要修正.本文以振动台和振动离心机土层试验和Seed模型破坏条件为依据,对现有动三轴孔压计算公式进行修正,提出了一个修正的增量计算模型.利用他人和专门的振动台试验,在等幅荷载和不规则荷载两种输入下,对提出的修正模型进行对比验证,结果表明提出的模型能够更好地模拟孔压增长过程.本文的计算模型构造简单,考虑不同相对密度砂土类型,适于真实地震荷载下水平场地液化发展过程的计算.     

爆炸荷载作用下大型箱涵安全性的SPH-FEM耦合分析

爆炸冲击荷载对地下结构物影响是工程界关注的重点问题.采用SPH与FEM耦合的数值分析技术,SPH法用于模拟爆破近域的土体大变形,FEM法用于模拟远场土体和结构物响应,研究了爆炸冲击荷载对大型输水箱涵安全性的影响,研究结果表明:SPH与FEM耦合分析技术可以满足计算精度与计算效率要求,计算结果较好地揭示了爆坑形成和冲击荷载的传播过程;不同爆炸位置下箱涵受力和变形存在较大差异,尤其是边墙中间位置,受土体变形流动影响,不同爆炸位置会引起明显的二次加载和拉压变化.     

爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应及破坏形态分析

在冲击、爆炸荷载作用下结构底层柱的破坏可能导致结构的连续倒塌.利用LSDYNA对爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应进行了数值模拟.建立了三维实体钢筋混凝土柱模型,爆炸荷载施加在柱子的前表面.钢筋采用塑性硬化模型.混凝土材料采用脆性损伤模型,考虑了损伤及应变率效应.分别对矩形截面、方形截面的柱子在不同折合距离时的侧向位移和失效情况进行了分析.从结果可以看出,在配筋率相似的情况下,截面面积对柱子的动态响应具有显著的影响.当折合距离约为2.0时,爆炸荷载对两种截面钢筋混凝土柱的影响均可以忽略不计.     

浅水爆炸冲击荷载下高拱坝抗爆性能分析

水下爆炸冲击荷载作用下大坝动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多.通过构建高拱坝水下爆炸大型数值全耦合模型,考虑混凝土材料的高应变率效应,采用三维非线性有限元法对近水面水下爆炸冲击荷载作用下的大坝动态响应进行了全性能数值仿真,探讨了高拱坝在浅水爆炸冲击荷载作用下的动力响应、潜在破坏模式及失事机理,研究了爆心距及炸药量对大坝抗爆性能的影响.研究结果表明:拱坝由于其拱形受力特点,具有较高的承压能力;在常规小当量炸药爆炸冲击荷载作用下,坝体仅产生局部开裂破坏;当大当量高能炸药在库区浅水近场爆炸时,上游面坝顶中部发生严重压碎和剪切破坏并形成上下游贯穿的裂缝,且裂缝向坝体下部扩展至1/2坝高处,导致坝体产生严重破坏.     

波浪荷载作用下风机桩基础与土相互作用分析

采用三维数值分析方法,建立考虑流固耦合的三维桩-土模型;同时考虑波浪作用在桩上的水平荷载和波浪对海床的直接作用,研究2种形式的波浪荷载耦合作用下海上风机桩基础与土相互作用;根据数值模拟结果,研究2种荷载耦合作用下海上风机桩基础的变形与内力分布、桩侧土体超静孔压及桩土界面接触应力的变化规律,探讨不同波浪参数对单桩基础性状的影响,并与只考虑桩受荷时的计算结果进行对比分析。研究结果表明:当考虑波浪对海床的作用时,桩身将产生附加水平位移,同时也会引起桩侧土体超静孔压和桩土界面接触应力的循环变化。     

砂砾料液化机理与孔压特性的试验研究

利用自行研制开发的高精度中型动三轴仪(试样尺寸φ200×510mm),对选定的砂砾料液化过程中的孔隙水压力增长和轴向应变发展模式进行了研究.同时对剔除粒径大于5mm后的模拟料,采用相似级配法,运用DS-2T型动三轴仪(试样尺寸φ61.8×1 25mm)进行了一组平行试验.着重比较了砂砾料和模拟料在振动荷载作用下孔压和应变发展模式的区别.结果表明:在均压固结条件下,砂砾料在循环应力作用下,其孔压的发展模式与模拟料不同,可以用修正的反正弦进行拟合,而模拟料振动孔压的发展模式可用反正弦拟合;二者振动孔压均达不到初始有效固结围压,约为初始围压的90%左右.模拟料与砂砾料在振动荷载作用下,应变发展模式不同.前者在初始液化前应变幅值较小且无明显增长,临近初始液化时应变大幅度增加导致试样突然破坏,后者应变幅值在循环荷载作用过程中一直稳定增加.对影响砂砾料液化的主要因素进行了初步定量研究.     

循环荷载下尾矿粉土的孔隙水压力特性

为了解尾矿粉土在振动作用下的孔隙水压力特性,采用GDS动三轴试验系统对尾矿粉土进行了循环荷载试验,通过施加循环应力使尾矿粉土达到完全液化状态,研究了相对密度及固结围压对尾矿粉土孔隙水压力特性的影响.研究结果表明,尾矿粉土的孔压增长过程可分为4个阶段:孔压快速增长阶段、孔压稳定增长阶段、结构破坏阶段及完全液化阶段;相对密度及围压的增加可以提高其抗液化能力.对比尾矿粉土及砂土试验结果发现:循环荷载作用下尾矿粉土的孔隙水压力特性与砂土不同,其孔压增长规律可用一个双S型模型描述,该模型对粉土和砂土均具有较好的适用性.     

屋顶绿化单体基质材料对降雨径流氮磷特征的影响

【目的】随着城市建设的发展,屋顶绿化成为拓展空间绿化的重要形式,但其径流氮磷浓度一直备受争议,选择对降雨径流氮磷浓度影响较小的单体基质材料是普及屋顶绿化需解决的关键技术问题。【方法】选用6种单体基质材料作为研究对象,比较其理化性质,并通过模拟降雨试验研究不同基质降雨径流氮磷浓度特征。【结果】泥炭土延迟产流能力最佳,椰糠与泥炭土径流削减率最高,分别为25.97%、23.44%; 有机基质降雨径流氮磷浓度趋势类似,发现初期冲刷效应,稻壳炭径流氮磷浓度初期冲刷效应最为严重,椰糠次之,泥炭土最弱; 蛭石对降雨中氨氮具有较好吸附作用,初期浓度削减率达到46%; 蛭石、陶粒对降雨中总磷具有较好吸附作用; 有机基质中稻壳炭降雨径流氮磷污染负荷最高,总氮、氨氮和硝态氮污染负荷分别达256.18、98.90、157.29 mg/m²。【结论】不同单体基质材料对降雨径流氮磷浓度影响差异较大,从径流水量与径流水质(氮磷浓度)来看,建议采用椰糠、泥炭土、珍珠岩、蛭石作为上海市屋顶绿化配方基质材料,即上海市供选择的污染负荷较低的“环境友好型”屋顶绿化基质材料。     

白皮松种子休眠研究进展

种子休眠普遍存在于高等植物中,是植物历经长期的自然选择而保存下来的一种生物学特性。白皮松(Pinus bungeana Zucc.)是中国特有种,观赏价值高,以种子繁殖为主,但种子具有深休眠特性,给苗木繁育带来一定困难。分析关于白皮松种子休眠的研究结果认为,休眠原因主要包括:种子成熟时种胚的发育状况,内、外种皮和胚乳含有种类和含量不尽相同的萌发抑制物且脱落酸类在各部位均存在并有较强的抑制能力,种皮对种子萌发的机械阻力和透水性、透气性障碍以及内源激素在种子休眠中的作用。解除白皮松种子休眠的方法主要有低温层积处理、长时间流水冲洗、植物激素浸种、化学试剂和机械处理以及环境条件处理等。     

基于i-Tree模型的城市小区行道树生态效益评价

【目的】通过行道树生态经济价值分析,了解城市森林中树木发挥的各类生态效益,为校园行道树种植规划以及道路的合理分布提供参考。【方法】调查南京林业大学校园5个区域行道树树种组成、胸径和树高结构以及树木类型,共取得2 350株立木资料,分析研究校园行道树结构组成,并运用i-Tree模型对对校园行道树进行定量的森林效益评估,包括节能效益、净化空气效益、吸收二氧化碳效益、截留雨水效益和美学效益5个方面,并将效益值转化为相应的经济价值。【结果】研究区行道树属于31科49属54种,树木种类多为落叶阔叶型乔木,其中樱花、二球悬铃木、马褂木、樟树和银杏的数量最多; 以胸径为≥8～46 cm的树种为主,其中胸径为≥8～15 cm的441株,占18.77%; ≥15～30 cm的1 132株,占48.17%; ≥30～46 cm的507株,占21.57%。通过i-Tree模型对南京林业大学行道树的总生态效益评估可得,研究区主要道路上的2 350株行道树年创造总效益值为1 023 101.29元,其中校园行道树的美学效益最高,占总效益的65.67%; 其次是截留雨水效益,占总效益的17.05%,节能效益占总效益的13.02%; 减少CO₂效益与改善空气质量效益比分别占总效益的2.65%、1.61%。各个区域中,教学区为行道树主要种植区,效益最高,占总效益的43.62%; 其次是居民区,占总效益的19.43%; 行政区、活动区和生活区分别占总效益的15.17%、11.21%和10.56%。不同的树种在各生态效益上的贡献率不同,二球悬铃木、银杏、马褂木、樟树的总生态效益贡献率最高,占总量的比例分别为21.97%、18.09%、14.50%、8.57%,共占生态总效益的63.13%,超过了总效益的一半。【结论】研究区总树种类型丰富,多样性高,但在活动区缺少高大乔木。生活区节能效益和改善空气质量效益低,建议种植枫杨、七叶树等树种。居民区水杉、银杏和二球悬铃木树种分布均匀度最高,所得到的单株效益和总效益均为各区首位。行政区尽管面积和道路长度最小,但杨树种植多区域单株效益较高,区域截留雨水效益最高。     

Cd胁迫对湿地沉积物反硝化与氨化相对重要性的影响

【目的】探讨全球变暖及人为活动加速背景下,重金属对滨海湿地氮素转化的影响,揭示湿地沉积物中镉(Cd)含量及其形态变化对沉积物反硝化(Den)和硝态氮氨化(DNRA)强度及二者相对重要性(Q_DNRA/Den)的影响。【方法】采集崇明东滩湿地3种覆被(芦苇、互花米草和光滩)类型下的沉积物,外源添加不同剂量的Cd,借助¹⁵N同位素示踪技术观测沉积物Den和DNRA强度的变化,分析不同含量及形态Cd的影响。【结果】添加低剂量Cd(0.05～0.30 mg/kg)条件下,3种覆被类型沉积物的Q_DNRA/Den均明显升高(6.9%～53.4%),硝态氮的还原趋向DNRA途径。相比较而言,互花米草植被下沉积物的Q_DNRA/Den高出芦苇3.1～5.4倍。这表明,互花米草植被可能加速沉积物中硝态氮通过DNRA途径还原。此外,芦苇植被下沉积物Den、DNRA强度主要受可交换态和可还原态Cd的影响,但互花米草植被下主要为可氧化态Cd。【结论】滨海湿地沉积物中低剂量Cd刺激硝态氮的还原趋向DNRA途径,影响沉积物Den、DNRA强度的Cd形态因覆被类型不同而存在明显差异。     

杨树雄性不育品种花粉发育过程的细胞学观察

【目的】了解杨树小孢子败育的时期及影响小孢子败育的因素,为杨树雄性不育新品种选育提供科学依据。【方法】以杨树雄性不育品种‘泗杨1号'为材料,在光学显微镜下观察花粉粒细胞发育过程; 在扫描电子显微镜下进行败育花粉粒的形态观察,并与可育品种‘南林3412'杨进行比较分析。【结果】显微镜下观测发现在四分体时期以后,即单核小孢子期,雄性不育品种‘泗杨1号'大部分小孢子发生异常,开始表现出败育性状。在花粉粒成熟期小孢子开始发生解体,小孢子败育。同时,用扫描电子显微镜观察仅有的少量花粉粒发现其异常变形,不同于正常花粉粒形态。【结论】‘泗杨1号'小孢子败育从单核小孢子时期开始,在花粉粒成熟期小孢子发生解体,小孢子败育。影响‘泗杨1号'小孢子败育主要原因是绒毡层细胞降解的延迟,影响小孢子发育营养物质的供给,导致小孢子发生败育; 除此之外,花药室内的Ca²⁺浓度、花药内壁乌氏体的分布也有可能影响‘泗杨1号'小孢子的发育过程。     

上海地区林地蝽类昆虫种类调查

【目的】结合上海市林业有害生物普查,调查上海地区林地蝽类昆虫种类资源,为今后该地区蝽类群的鉴定、监测、防治等相关工作提供基础性资料。【方法】于2014年11月至2016年8月,对上海地区9区96个乡镇或点以及上海市区8个公园的多种林地进行蝽类昆虫种类调查,并对采集到的蝽类昆虫标本进行了鉴定,整理出了上海地区林地蝽类昆虫名录。【结果】该名录共包括上海地区林地蝽类昆虫18科59种,其中上海新记录有25种; 补充了调查种类的寄主和分布范围,并提供了上海新记录种的背面观照片。【结论】蝽科、猎蝽科、网蝽科、缘蝽科和盲蝽科为上海地区的优势科。区系分析表明,上海地区林地蝽类昆虫以东洋、古北区共有种最多,有35种,占59.3%。其中主要的害虫为:悬铃木方翅网蝽(Corythucha ciliata),樟脊冠网蝽(Stephanitis macaona),梨冠网蝽(S. nashi),麻皮蝽(Erthesina fullo),茶翅蝽(Halyomorpha halys),斑须蝽(Dolycoris baccarum)。     

基于时间序列MODIS-VCF数据的云南省森林覆盖变化及破碎化分析

【目的】分析云南省2000—2016年森林分布及森林破碎化模式,评估现行森林经营政策的有效性,总结有关森林经营政策执行的经验和教训。【方法】以250 m分辨率MODIS-VCF(vegetation continuous fields, 植被连续场)产品及其衍生数据为基础数据源,利用单一像元位置上森林覆盖随时间的变化而拟合趋势线,通过对斜率、截距及该像元位置上森林覆盖率的方差进行阈值化操作,判定该像元上森林变化类型。在此基础上,利用3×3移动窗口分析技术提取窗口内森林面密度及森林连接度指数,并借助渗透理论将窗口中心森林像元归并为内部、孔洞、边缘、斑块、过渡或未确定等破碎化类型之一。最后,将典型区域的生物多样性动态与森林破碎化成分进行了关联性分析。【结果】2000—2016年,云南省森林面积呈波动增加态势,其中森林持续覆盖增加的区域占云南省总面积的比例约为30.57%。高覆盖变化主要分布在云南省西部和南部,低覆盖变化分布在北部、东部和中部。分析研究期内森林破碎化成分的占比发现:内部森林所占面积比例由2000年的50.03%增长到2006年的57.32%, 再略降到2011年的56.33%,最后升到2016年的63.32%; 孔洞森林面积占比则由29.41%下降到2006年的27.81%,2011年小幅升至28.36%, 再降到2016年的24.54%。边缘森林、斑块森林、过渡森林也与孔洞森林的变化趋势一致,基本上呈现逐渐下降的态势。【结论】在退耕还林、集体林权制度改革等政策推动下,云南省森林面积整体增加,森林破碎化程度降低。2006—2011年森林覆盖略微减少,热点地区森林破碎化程度增加,这同时影响到区域野生动物的数量下降和分布趋于紧缩。     

桂花表型变化的环境依赖特征

【目的】揭示桂花(Osmanthus fragrans Lour.)的表型分化程度和地理变异规律。【方法】通过聚类分析、方差分析、相关性分析等方法研究26个桂花居群叶表型及9个桂花居群花表型变异情况及与地理-气候环境因子的相关性。【结果】桂花叶表型性状存在相当程度的变异,叶片8个性状变异程度各有差异; 根据方差分析结果,居群间变异占75.04%, 居群内占13.28%,居群间的变异是主要的变异来源。以地区而言,平均变异系数为19.08%,变异系数最大的是湖北桂花镇居群(29.73%),而贵州夫子坝居群最小(13.68%)。就花表型而言,花序数目及花梗长变异离散程度最大。桂花与经纬度、温度季节性变化方差、最热月最高温度等7个环境影响因子存在显著或极显著相关性。叶先端角度呈现由西向东减小的趋势,花瓣性状呈现由南到北逐渐变大的趋势。聚类分析结果可以明显将26个群体分成3组。【结论】桂花表型数量性状的变异相当丰富,且与地理-气候环境因子的相关性较密切,研究结果可以为桂花种质资源的保护和利用奠定基础。     

木材加工产业集聚、共聚与劳动生产率效应

【目的】了解中国木材加工产业集聚、共聚水平与演变趋势,揭示提高劳动生产率的关键集聚类型,为优化木材加工产业区域布局提供理论参考。【方法】利用产业集聚和共同集聚指数对1998—2016年木材加工两位数产业集聚水平和1998—2013年木材加工三位数产业集聚和共同集聚水平进行测度,同时以三位数产业集聚和共同集聚指数作为解释变量,控制人均固定资产价值,计量和解释产业集聚和共同集聚对产业劳动生产率的影响。【结果】木材加工两位数产业集聚水平整体呈上升趋势,具体4个三位数产业集聚水平变化各异; 木材加工三位数产业集聚和共同集聚对木材加工两位数集聚水平的影响系数分别为0.342 9和0.763 2; 三位数产业集聚和人均固定资产价值对产业劳动生产率影响显著,而三位数产业共同集聚对产业劳动生产率影响不显著。【结论】木材加工两位数产业集聚主要是由三位数产业共同集聚支撑,而产业劳动生产率的提高主要是由三位数产业集聚驱动,通过三位数产业集聚带来的规模经济和知识溢出效应,能够有效地促进木材加工产业的提质增效。     

不同经营模式下杨树人工林土壤溶解性有机碳的吸附行为

【目的】溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)与土壤有机质的其他组分之间可以相互转化,虽然所占比例较小,却是陆地生态系统中最为活跃的有机碳库,影响到整个土壤有机碳组分之间的动态平衡。采用序批式平衡试验,以杨树凋落物为DOC的来源材料,对不同经营模式(农林复合、杨树桤木混交、杨树纯林)下杨树人工林土壤对DOC中的吸附作用进行研究,以期为不同经营模式下杨树人工林土壤碳库的有效管理提供参考。【方法】供试土壤采自江苏省泗洪县陈圩林场的3种不同经营模式[农林复合(农林)、杨树桤木混交(混交)、杨树纯林(纯林)]样地,每个样地选取5个采样点,用土钻分别采集0～10、≥10～20、≥20～30 cm土层的土壤,对应土层采集的土壤混匀风干后,过2 mm筛用于吸附试验。同时采集该林场的杨树叶凋落物制备DOC母液。采用序批式平衡试验,借助原始物质吸附等温线方程(“IM”方程,可以反映土壤对可溶性有机碳的吸附特性)对不同经营模式下杨树人工林枯落物中溶解性有机碳(DOC)在土壤中的吸附行为及其影响因素进行研究。序批式平衡试验:称取5.00 g土壤于50 mL离心管中,按照1:4的固液质量比加入DOC溶液(质量浓度分别为0、50、100、200、400 mg/L)20 mL,加入NaN₃溶液(熏蒸过的土壤不添加),并用KCl溶液调节离子强度,然后于恒温(设置25 ℃和15 ℃)条件下,在200 r/min转速的水平振荡机上振荡2 h后,用12 000 r/min的高速离心机低温(4 ℃)离心20 min,0.45 μm滤膜抽滤,TOC仪测定滤液DOC含量。【结果】DOC吸附试验表明,IM方程拟合度良好,R²均在0.810 9～0.999 3之间。各模式下不同土层土壤对DOC的吸附趋势相同,即无外源DOC加入时,土壤存在DOC净释放,但随着外源DOC浓度增加,土壤对DOC的吸附量增加,且两者之间存在极显著线性关系。3种林地土壤吸附DOC的量存在显著性差异(P<0.05,F_2,6=73.789),且受外源DOC加入量的影响。DOC加入量≤200 mg/L时,各林地土壤吸附的DOC量从大到小表现为:纯林>农林>混交; 而DOC加入量为200～400 mg/L时则表现为:农林>纯林>混交。在农林模式中,0～10 cm土层土壤吸附DOC的能力与≥10～20 cm、≥20～30 cm土层土壤存在显著差异(P<0.05,F_2,6=2.713),而在混交林和纯林模式中,3个土层土壤吸附DOC的能力差异不显著(P>0.05,F_混,2,6=1.198,F_纯,2,6=1.483)。此外,在试验所设条件下,土壤对DOC的吸附受熏蒸作用的影响,而温度对土壤吸附DOC的能力没有明显影响。15 ℃和25 ℃两种温度下,3种模式林地土壤对DOC的吸附能力无明显差异,而熏蒸后土壤吸附DOC的能力比未熏蒸土壤的大,m和K_d值比未熏蒸土高出0.128 9～0.199 0和1.64～1.87(m为IM方程的回归系数,K_d为DOC在土壤中的分配系数,两者均可衡量DOC对土壤的亲和力)。【结论】土壤吸附DOC的量与试验中加入DOC的量呈极显著线性关系,原始物质吸附等温线的参数可以反映出土壤吸附DOC能力的强弱。3种林地土壤吸附DOC的量存在显著差异,熏蒸后土壤吸附DOC的能力比未熏蒸土壤的大。在试验所设温度范围内,温度对土壤吸附DOC的能力未发现有明显影响,还需进一步研究。