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• 2024年, 52卷, 第5期
  刊出日期：2024-10-25

    

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  泥沙性质对高速水流消失空化数的影响

  董志勇, 李 丹, 徐瀚冉, 黄桢蕾

  2024, 52(5): 473-478.

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  消失空化数是表征高速水流空化状态的重要判别数,水流含泥沙后对消失空化数的影响引起 了研究者的关注。利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,对不同含泥沙条件下与清水介质下 的水洞喉部(即空化区)消失空化数进行了试验研究。通过配制不同泥沙质量浓度、泥沙粒径、泥沙 颗粒级配和泥沙矿物成分等挟沙水流,调节分流阀门降低水流流速,由动态压力数据采集系统 (YE6263)实时测量空化区压强,直到压强由负压变为正压的临界压强(相应的消失空化数压强)。 研究结果表明:在不同泥沙质量浓度的条件下,循环式水洞喉部的消失空化数随泥沙质量浓度的增 加先增大后减小,与清水对比,表现出先促进后抑制空化的发生;在不同泥沙粒径的条件下,喉部消 失空化数随粒径的增大而增大,说明泥沙粒径的增大促进了空化的提前发生;在不同泥沙级配的条 件下,喉部消失空化数随小于某一粒径泥沙质量分数的增大而增大,表现出随着小于某一粒径泥沙 质量分数的增大越容易发生空化;在不同泥沙矿物成分条件下,喉部消失空化数随矿物成分摩氏 (Mohs)硬度的增大而增大,说明矿物成分硬度越大越促进空化的发生。
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  氯盐结晶作用下掺合料对海工HPC性能的影响

  孔德玉, 徐 立, 吴浩天, 曾法军, 周永元, 顾春平

  2024, 52(5): 479-486.

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  通过6mo1/L的NaC1溶液半浸泡和干湿循环实验,对海洋环境氯盐结晶作用进行模拟,研 究了氯盐结晶作用下矿物掺合料对海工HPC(高性能混凝土)性能的影响。结果表明:混凝土在氯 盐结晶作用下,相对动弹模量和抗压强度后期均呈现下降趋势,其中干湿循环的盐结晶破坏作用最 为严重;由于盐溶液毛细上升原因,混凝土在泛霜结晶区也产生明显的氯离子渗透。在28d等抗 压强度下,掺矿物掺合料明显有助于提高混凝土抗盐结晶破坏和抗氯离子渗透性能,其中干湿循环 90次后的混凝土,氯离子渗透深度仅约为空白混凝土的2/5。通过微观分析发现,盐结晶破坏主要 与混凝土中存在的大孔和毛细孔有关。
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  基于温度—应力试验的混凝土温度应力仿真

  赵志方, 王 哲, 朱敏敏, 赵志刚, 施 韬, 刘艳明

  2024, 52(5): 487-491.

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  为分析早龄期混凝土的温度变形和温度应力,使用ABAQUS有限元分析软件,考虑混凝土 的热膨胀系数和弹性模量随等效龄期的变化规律,通过现有的堆石坝面板混凝土温度—应力试验 测试数据建立温度—应力试验试件有限元分析模型,开展混凝土温度变形对应的温度场和应力场 的数值仿真研究。研究结果表明:使用等效龄期,考虑早龄期混凝土热膨胀系数、弹性模量的时变 性,可以提高温度应力场仿真模拟的精度,为实际工程提供更安全的设计依据。
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  基于核函数支持向量回归的盾构姿态预测方法

  薛 飞, 徐 建, 许迎顺, 吴 坚, 郭 平, 曾少翔, 肖方初, 李泽华

  2024, 52(5): 492-498.

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  盾构机在掘进过程中,常因盾构机姿态控制不良导致一系列工程事故。为满足盾构隧道施工 需求,需要找到一种能准确预测盾构姿态的方法,以达到合理纠偏的目的。提出了一种基于小波阈 值去噪和支持向量回归(SVR)的盾构姿态预测方法,利用箱型分析法筛选并清洗原始数据异常值, 采用小波阈值去噪对数据训练集进行降噪处理,有效地提高了模型的性能。以可决系数R2平均 绝对误差MAE作为评价指标,评估了4种核函数的SVR盾构姿态预测效果。依托杭州某盾构工 程,验证了该方法的有效性。研究结果表明:原始数据经过异常值清洗、小波阈值去噪后,线性核函 数SVR预测表现最好,刀盘水平姿态的R2和MAE分别达到0.930和8.180mm,盾尾水平姿态 的R2和MAE分别达到0.949和7.061mm。
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  盾构渣土原地资源化利用研究

  吴 坚, 邵红彬, 唐绍明, 梁 旭, 张亚鹏, 王 渤, 周雪涛, 陆泓波

  2024, 52(5): 499-506.

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  城市盾构工程渣土就地处理已成为亟待解决的工程难题。以杭州之江路输水管廊及道路提 升工程为背景,取现场废砂、废浆进行再利用为石灰基盾构同步注浆浆液配比试验。通过与现场原 配比浆液稠度和泌水率对比,分析了盾构渣土再利用为石灰基盾构同步浆液的可行性及配比方案。 研究发现:1)盾构泥水处理系统应对盾构渣土进行分级,将渣土分级为泥浆、细砂、石块,便于后续 再利用。2)泥水盾构渣土中的废弃细砂、废浆均可再利用为石灰基盾构同步注浆材料。废砂的使 用配比,应综合考虑废砂与工程用砂粒径分布、初始含水率的差异。废浆的使用,应综合考虑其相 对比重与其所含膨润土的含量。3)通过减少减水剂添加量,可显著增加盾构废砂、废浆分级再利 用配制出的石灰基同步注浆浆液的稠度,使其满足工程需要。研究结果表明:盾构废砂、废浆经分 级后可以再利用配制石灰基同步注浆浆液,为盾构废砂、废浆处理提供一定的参考。
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  面向不平衡数据的隧道围岩挤压变形预测

  张 明, 孔艳冬, 姚 琦, 杨成安, 杨则顺, 俞立恩

  2024, 52(5): 507-512.

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  为解决隧道围岩挤压变形预测中数据不平衡的问题,首先在经典Boosting框架的基础上引 入了权值采样,通过采样函数调整损失函数,强调正样本分类损失,提高整体识别率;然后利用已收 集的不平衡案例数据对算法进行验证,明确输入参数并在预处理后利用改进框架进行分类;最后分 析了不同采样函数对算法分类性能的影响,并将改进框架与其他分类器进行了对比。研究结果表 明:权值采样改进的Boosting框架实现简单,不对原始数据进行删改,不需要重新设计代价敏感函 数,稳定可靠;3种采样函数下改进框架的分类预测结果的各项评价指标排序为S3>S1>S2 ;与其 他分类器相比,采用改进的Boosting框架计算更为便捷,分类准确率高达93.45%,具有较强的分 类精度,可为隧道围岩挤压变形预测提供参考。
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  基于可浮动标准球体的机器人TCP标定方法研究

  徐建明, 徐彬彬

  2024, 52(5): 513-520.

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  机器人末端工具的工具中心点(TCP)坐标参数是机器人离线编程的基础。首先,提出一种基 于可浮动标准球体的机器人TCP标定方法,以已知半径的可浮动标准球体为标定目标,控制机器 人各关节的运动,TCP从多个不同姿态接触球体表面,根据接触状态信息及球体下降高度,构建目 标函数,针对球面接触点位置分析,提出接触点选取的准则;然后,通过设计双目视觉系统,识别定 位球心坐标,确定自适应邻域模式的粒子群算法所需的参数范围,完成目标函数的优化求解,获得 TCP参数,提出结合视觉定位功能引导TCP至规划点的在线标定策略;最后,对提出的方法进行 实验验证。验证结果表明:相较于传统接触式标定方法,所提出的标定方法精度有很大提高,可靠性也得到了进一步保证。
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  基于语言模型的蛋白质结构域边界预测方法

  张贵军, 汪乾梁, 彭春祥

  2024, 52(5): 521-529.

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  蛋白质结构域对于蛋白质结构和功能研究具有重要意义。针对目前从头预测蛋白质结构域 的方法普遍存在精度不高、耗费资源多等问题,提出了一种基于语言模型的蛋白质结构域边界预测 方法DomTransformer,该方法基于蛋白质结构分类数据库(CATH)、蛋白质结构预测关键评估 (CASP)竞赛数据,以及在AFDB(A1phaFo1dproteinstructuredatabase)基础上建立的域数据库等 共同构建数据集,搭建了基于Transformer网络架构和稀疏多头自注意力机制的网络模型,引入了 新的特征、接触数和域级MSA(Domainmu1tip1esequencea1ignment),通过直接预测结构域边界 来解决数据不平衡等问题。在独立测试集上的测试结果表明了DomTransformer的有效性。
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  高分子交联网络中纳米棒的扩散行为模拟研究

  陈玉龙, 任昊哲

  2024, 52(5): 530-536.

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  :采用分子动力学模拟研究了纳米棒在末端交联高分子网络中的扩散行为,建立了末端交联高 分子网络 纳米棒复合体系的粗粒化模型。模拟平衡后,通过均方位移表征了纳米棒的平动扩散行 为,发现纳米棒的运动存在很强的各向异性特点,平行于纳米棒长轴方向上平动扩散的平行分量随 着纳米棒长度的增加线性下降,D‖～L—1,其垂直分量的下降行为存在2个标度区间,纳米棒较短 时,D⊥～L—2,纳米棒较长时,D⊥～L—3。通过表征纳米棒的重取向自相关函数,获得纳米棒的转 动扩散系数,发现其同平动扩散的垂直分量一样,也存在2个标度区间,分别为DR～L—4和DR～ L—5,且总体满足DR～D⊥ L—2,表明纳米棒的垂直运动和转动扩散是相互耦合的。上述研究为高 性能橡胶纳米复合材料的设计和开发奠定了坚实的科学基础。
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  基于背部受压分区的小学生书包背板设计研究

  卢纯福, 吴婷婷, 冯 迪, 程 艺, 傅晓云

  2024, 52(5): 537-544.

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  针对小学生书包背板设计不合理引起的背部疼痛和脊柱侧弯的问题,提出了基于背部受压分 区的小学生书包背板三维造型设计。首先,通过对人体背部主要受压区域进行分区,记录受试者背 部各区域肌肉群在受压前后完成相应动作的表面肌电信号,分析目标肌肉群的适能性;然后,运用 人体测量学方法采集用户的标准背部数据(n=240),结合背部各区域肌肉群的适能性设计书包背 板的三维造型并制作样机;最后,召集受试者通过体压分布实验及主观评价对样机与竞品进行验 证。实验结果表明:斜方肌和背阔肌区域受压能力较好,竖脊肌区域受压能力较差。样机书包能够 把背负压力合理分配到背部分区上,有效避免因压力集中引起的不适和肌肉损伤等危害。
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  动物脂肪对白姑鱼鱼糜凝胶特性的影响

  何文佳, 徐 懿, 朱士臣, 姜 珊, 丁玉庭, 周绪霞

  2024, 52(5): 545-551.

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  通过研究动物脂肪对白姑鱼鱼糜制品凝胶色泽、质构特征、水分分布和流变学特性等的影响, 深入阐析脂肪的添加对鱼糜凝胶特性的作用机理。研究结果表明:鱼糜凝胶白度、硬度、咀嚼性、储 能模量(G')和损耗模量(G")等随着脂肪添加质量分数的增加显著提高。当脂肪添加质量分数为 6%时,鱼糜的凝胶特性达到最佳,此时凝胶白度、硬度和咀嚼性分别比空白组提高了3.3%, 30.6%和37.3%。拉曼光谱分析表明:脂肪的添加显著改善了鱼糜凝胶中蛋白质的稳定性,主要 体现在二级结构中β-折叠、β-转角和无规卷曲结构的增加和α-螺旋结构的减少(p<0.05)。冷冻电 镜扫描结果进一步表明脂肪的添加可以使鱼糜凝胶网络结构更加致密。综合分析各项指标可知: 当脂肪添加质量分数为6%时,鱼糜凝胶的品质最佳。
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  自然灾害人口综合风险评估 ———以宁波市奉化区为例

  曹飞凤, 杨嘉圳, 张丛林, 郑家城

  2024, 52(5): 552-560.

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  为评估自然灾害人口综合风险,加强多灾种风险防范,以人类生命体为承灾体,建立了基于危 险性、暴露度、脆弱性和防灾减灾能力的风险评估指标体系,利用改进的CRITIC法确定指标权重。 考虑不同灾害间的相关关系,引入风险系数并建立多灾种综合危险性的分析模型。以宁波市奉化 区为例,选取了该地区常见的6种自然灾害,评估多灾种人口综合风险。研究结果表明:单灾种的 危险性评估结果符合实际, 奉化地区主要受台风 洪涝灾害影响,岳林街道、锦屏街道、松岙镇和溪 口镇的多灾种人口综合风险指数较高。
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  微波强化过二硫酸盐降解橙黄G的作用机理

  陈红英, 郑贾娜

  2024, 52(5): 561-569.

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  以橙黄G作为反应体系的目标污染物,通过自由基鉴定、微波(MW)致热效应与非致热效 应、紫外光谱扫描、三维荧光分析、总氮(TN)和总有机碳(TOC)的测定等试验,探究微波强化过二 硫酸盐(MW-PDS)体系降解橙黄G的作用机理。研究表明:MW-PDS体系的主要自由基为硫酸 根自由基(SO— 4 ·)和羟基自由基(·OH),且SO— 4 ·起主导作用,SO— 4 ·和·OH的贡献率随pH 的升高分别呈下降和上升趋势。MW通过致热效应和非致热效应强化过二硫酸盐(PDS)降解污染 物的效果,致热效应能提高体系的温度,非致热效应可通过降低活化能加快体系反应速率,PDS在 MW辐射作用下高效吸收MW能并断裂自身O—S键产生具有强氧化性的SO— 4 ·来降解污染物。 MW-PDS体系具有反应时间短、药剂投量小和去除效率高的优势,在实际废水处理中也具有良好 的应用前景。
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  大孔树脂处理锂电池材料生产废水中油的研究

  孙建强, 张云霞, 王 凯, 曹 辉, 张安平

  2024, 52(5): 570-578.

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  聚乙烯和荧蒽联合暴露对土壤酶活性的影响

  马 云, 周彬彬, 张 杰

  2024, 52(5): 579-585.

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  多环芳烃(Po1ycyc1icaromatichydrocarbons,PAHs)是土壤中广泛分布的有机污染物,而微 塑料作为土壤中污染物的潜在转运载体,会影响有机污染物的环境行为,危害人类健康和生态环 境,因此,研究微塑料和PAHs在土壤中的联合毒性具有重要意义。研究了土壤中聚乙烯和荧蒽 对土壤酶活性的影响。研究结果表明:不同质量分数荧蒽使土壤脲酶活性提高了15.41%～ 19.02%,脱氢酶活性提高了51.50%～61.11%,蔗糖酶活性提高了8.19%～30.90%,说明荧蒽对 土壤酶活性有促进作用;聚乙烯使土壤脲酶活性增加了3.94%～18.52%,脱氢酶活性增加了 51.37%～99.74%,蔗糖酶活性降低了19.34%～33.42%,说明聚乙烯对土壤脱氢酶和脲酶活性 有促进作用,对蔗糖酶活性有抑制作用; 虽然聚乙烯 荧蒽联合均促进了土壤酶活性,但是聚乙烯减 弱了荧蒽对蔗糖酶活性的促进作用;蚯蚓显著提高了土壤酶活性。
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  水溶液中1,3,6, 8四溴咔唑的光降解研究

  周珊珊, 李超杰

  2024, 52(5): 586-590.

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  多卤代咔唑作为一种新型有机污染物,具有持久性、生物积累性和类二噁英毒性等持久性污 染物的典型特征。选取1,3,6, 8四溴咔唑为研究对象,通过紫外光照实验,探讨了助溶剂体积分 数、溶剂种类,以及1,3,6, 8四溴咔唑初始质量浓度和腐殖酸质量浓度等因素对1,3,6, 唑降解的影响。研究结果表明:1,3,6, 8四溴咔 8四溴咔唑在溶液中的降解过程R2大于0.953,符合一级 动力学规律。助溶剂乙腈的增加可加速1,3,6, 8四溴咔唑的降解;溶剂种类对1,3,6, 8四溴咔唑 的降解影响显著,有机溶剂使1,3,6, 8四溴咔唑降解半衰期骤减;初始质量浓度的增加使1,3,6, 8四溴咔唑降解速率减慢;低质量浓度的腐殖酸可促进1,3,6, 8四溴咔唑的降解,高质量浓度的 腐殖酸则抑制其光解。