装配式地下粮仓钢-混组合仓壁节点力学性能有限元分析

地下粮仓是构建绿色储粮新体系的重要技术支撑,结合工程实际提出了一种新型装配式钢板-混凝土组合地下粮仓。为了建立适用于装配式地下粮仓的有限元模型以模拟分析组合仓壁节点的力学性能,并通过有限元分析指导组合仓壁节点力学性能试验的开展,基于工程设计的钢板-混凝土组合仓壁及连接接头,采用ANSYS软件建立了仓壁及其节点1∶1足尺试件的有限元模型,模拟分析了无接头、有接头试件的受弯和受压性能,并开展仓壁节点抗弯、抗压试验对有限元模拟结果进行验证分析。结果表明:试件的钢板和混凝土由栓钉连接为一体,试验过程中二者未见剥离可共同工作,建模时钢板和混凝土共用结点以及接头钢板之间假定为刚性连接是适用的;同类试件挠度曲线、轴压荷载-位移曲线的试验结果与其有限元模拟结果基本一致,无接头试件和有接头试件弯曲跨中位移、轴压最大位移的试验值与对应的模拟值,相对误差分别在4%和10%以内;试验过程中试件未发生明显破坏和过大变形,应力总体上未超过工程设计允许值,数值模拟结果精度满足工程所需;有接头试件力学性能与无接头试件相近,设计的仓壁及其节点是安全、可靠的,其结构计算可以采用等同原理,即该装配式仓壁可等效为现浇一体的无接头仓壁。建立的仓壁节点有限元模型适用于新型装配式地下粮仓,研究结果为装配式地下粮仓有限元建模分析、结构计算提供参考,为组合仓壁节点试验的开展提供指导。     

江西鄱阳湖平原区农田土壤微量元素空间分异特征及其影响因素

【目的】开展土壤微量元素空间分异及其影响因素的分析,能更客观地阐明土壤微量元素变化的内在机理,对田间土壤肥力的有效管控和保障人类健康、保护土壤生态环境具有重要意义。【方法】在江西省丰城市鄱阳湖平原农田区,采用网格布点法布设283个采样点,每个采样点取0-20 cm表层土壤,对样点数据用三倍标准差法剔除异常值20个,实际利用样点数为263个,分析了土壤样品pH、质地、氮、磷、钾和硼(B)、锰(Mn)、钼(Mo)、硒(Se)、碘(I)、氟(F) 6种微量元素的含量。采用地统计学理论、方差分析、相关分析以及回归分析方法,对鄱阳湖平原区农田土壤6种微量元素的含量、空间分布特征及其影响因素进行分析。【结果】B、Mo含量均值处于丰富与上限值之间;Mn含量均值为330.24 mg/kg,处于缺乏水平;Se、I含量均值处于适量水平;F含量均值为474.59 mg/kg,处于边缘水平;6种微量元素含量均为中等程度变异,但各元素含量变异程度有所差异。B、Mn、Mo元素的最优插值模型为指数模型,Se、I、F均为球状模型。I元素的块金效应<25%,其他5种微量元素处于27.09%~41.77%。6种微量元素含量的空间分布格局差异较为明显,除Se元素不缺乏外,其余5种微量元素均处在缺乏水平。B、Mn、F含量均受到土壤类型、耕层质地的显著影响,Mn、Mo含量与坡度、pH间均达到极显著相关水平,Mn、Se、I含量与全磷含量显著相关,坡向与到河流的距离与6种微量元素含量未达到显著相关关系,其他影响因素仅对某些种元素表现出显著或极显著相关关系。在B、I含量的主要影响因素中,以耕层质地的影响最大;在Mn、Mo元素含量的主要影响因素中,以pH的贡献率最高;Se元素含量与土壤类型、全磷、坡度、高程之间达到显著或极显著相关水平,以全磷的影响程度最高;F元素含量与土壤类型、耕层质地、全氮含量相关显著,且全氮为主要影响因素。【结论】1)研究区域土壤B、Mo的含量总体较高,I、Se含量适量偏上,Mn总体上较为缺乏,F处于边缘水平;6种元素含量均为中等程度变异。2)土壤微量元素B、Mn、Mo的最优插值模型为指数模型,Se、I、F则为球状模型;除I具有强烈的空间自相关外,其余5种元素表现为中等程度的空间自相关。3)微量元素含量影响因素中,坡向、到河流的距离与各元素含量间未达到显著相关关系;B、I含量均受耕层质地的影响最大,Mn、Mo含量主要受pH的影响,Se含量主要受全磷的影响,F元素含量则主要受全氮的影响。     

基于振动台试验的Venlo型温室抗震性能分析

《农业温室结构设计标准》（GB/T 51424-2022）规定“抗震设防烈度为8度（0.30 g）及以上地区的农业生产用玻璃温室结构设计应计算地震作用”，为探究Venlo型温室的抗震性能及地震响应，对一形状规则的Venlo型温室其中1跨2开间制作缩尺模型进行振动台试验，研究模型结构的动力特性，以及在7度多遇地震（加速度时程最大值为0.035 g）、7度设防烈度地震（加速度时程最大值为0.10 g）、7度罕遇地震（加速度时程最大值为0.22 g）、8度罕遇地震（加速度时程最大值为0.40 g）及8度半罕遇地震（加速度时程最大值为0.51 g）作用下结构的加速度响应。结合ANSYS进行数值模拟分析，试验和有限元对照结果证明了采用有限元软件进行动力时程分析的可靠性。在此基础上，参考某Venlo温室工程结构设计，建立数值模型，按照规范对永久荷载、雪荷载和作物荷载进行组合，采用时程分析法，通过对温室结构单向输入AKT波、NGA波和人工波共3组地震波，分析其在8度半罕遇地震作用下的振型及有无地震作用下结构的内力、位移。结果表明，地震作用下Venlo温室结构的应力最大值为无地震作用下的1.24～2.12倍，其中人工波作用时的结构应力已超出材料屈服应力。同一组地震波作用时，将可变荷载考虑为作物荷载和雪荷载组合的b1工况与仅考虑作物荷载组合的b2工况分别施加于结构，所得柱顶位移数值相近，此时地震作用对柱顶位移起控制作用，柱顶位移最大值主要出现于外墙抗风柱。其次，人工波作用下结构柱顶产生的位移响应最大，最大值可达72.17 mm，已超过中国建筑抗震设计对弹性层间位移角1/250的要求。研究可为Venlo温室在地震作用下的安全设计提供理论参考。     

地下粮仓塑料-混凝土防水体系抗水压试验

地下粮仓具有节能、节地、低温和绿色环保等优点，但由于地下水的影响，防水防潮一直是安全储粮的技术难题，为此提出以聚丙烯塑料（Polypropylene Plastic，PP）作为内衬材料的塑料-混凝土防水体系，其中，塑料板与混凝土采用塑料栓钉连接。考虑不同栓钉间距200、300和400 mm，设计制作了3个用于地下粮仓的塑料-混凝土水压试件，进行了水压加载试验，分析了塑料构件在水压作用下形态、破环机理、内力和变形。试验结果表明：在水压作用下，塑料板内应力和位移都随水压的增大而增大，节点位置承受较大拉力且应力最大值分布不均，跨中位置承受应力较小且最大值分布均匀；塑料板内跨中位置的位移值随水压增大呈线性增加，节点位置的位移值变化较小。在试验分析的基础上，在10 mm厚塑料板和给定连接节点条件下，提出了塑料-混凝土防水体系优化设计措施，塑料-混凝土防水体系达到水压承载力时其破坏模式随栓钉间距的变化而不同，在栓钉间距为200 mm时，其水压承载力达到180 kPa时发生节点焊缝强度破环，此类构件可通过增强节点处焊缝强度提高塑料构件的整体水压承载力；在栓钉间距为300 mm时，其水压承载力达到80 kPa时发生塑料板破环，此类构件可通过增大板厚来提高构件的整体水压承载力；在栓钉间距为400 mm时，其水压承载力达到38 kPa时发生节点焊缝强度破环，此类构件可增大节点焊缝强度来提高构件的整体水压承载力，研究结果为地下粮仓的防水设计提供参考。     

土壤水盐运移的简化数学模型在水盐动态预报上的应用研究

对土壤水盐运移的确定性数学模型 ,采用数值模拟的简化法 ,实现对方程的求解。并引入水分运动原理、质量守恒原理 ,根据地下水、土壤水盐运动的特点 ,建立土壤剖面含水量分布的概化模型和土壤盐储量的预报模型。以期从土壤水盐运动的机制出发 ,提出一种应用简化数值模拟方法来预报土壤水盐动态的途径。同时为适应大面积田间土壤盐分预报的特点 ,希望不通过方程的求解来达到应用简化数学模型实现水盐动态预报的目的。所建简化数学模型可为田间大面积土壤水盐动态预测预报提供参考     

基于SaltMod模型的河套灌区解放闸灌域土壤盐分综合调控措施

为了探究河套灌区解放闸灌域土壤盐分的综合调控措施,以河套灌区解放闸灌域为例,基于SaltMod模型研究了灌溉水矿化度、咸淡水混合比例、排水沟深度以及渠道衬砌水平对作物根层土壤盐分的影响。结果表明:根层土壤盐分随着灌溉水矿化度的增大而增加,1.0 g/L的地表微咸水较适合本研究区灌溉;淡水(黄河水)和地下微咸水(矿化度为2.2 g/L)混合灌溉比为1∶1时,既增加了地下微咸水的利用且地下水埋深下降到2 m左右的相对稳定平衡状态;当排水深度在1.5~2.0 m,渠系利用系数达到0.7时,根层盐分显著降低,适当提高排水深度和渠系水利用系数可以有效减少高矿化度灌溉水对土壤盐分累积的影响。研究结果为河套灌区解放闸灌域制定合理的土壤盐分综合调控措施提供了科学的理论依据。     

喀斯特区地下水土流失机理研究

地下水土流失是水土流失过程中非常重要且常被忽视的部分,喀斯特地下水土流失机理涉及的领域很广,与地下岩—土—水—生物作用机理有着内在的关联性。研究表明,可溶性碳酸盐岩、湿热的气候、松散浅薄的土壤、脆弱的植被是导致喀斯特区地下水土流失的主要因素。喀斯特环境的二元结构是地下水土流失的实质,降雨是水土流失的主要外营力,土壤物理性质与碳酸盐岩构成的双层结构是造成地下水土流失的重要因素,植被是防治喀斯特区地下水土流失的关键。     

玉米果穗在自然通风过程中水分迁移的动力学分析

为了探索玉米果穗水分迁移规律,针对低温自然通风降水过程中玉米果穗的绝对水势、扩散系数及活化能的变化规律及影响因素进行了分析。结果表明:在低温条件下,玉米果穗通过仓储自然通风干燥至安全水分需要3到4个月的时间;随着环境温度的上升,空气与玉米的绝对水势均逐渐增大,玉米的绝对水势大于空气绝对水势,玉米水分下降,当两者间的绝对水势差值逐渐缩小时,仓内粮食的水分子没有足够能量从表面扩散到周围的空气中,玉米水分逐渐趋于平衡;各仓水势梯度明显,水分从西向东迁移,仓内迎风面水势值小,水分下降快,粮堆厚度对绝对水势有影响;玉米果穗的水分扩散系数范围为2.563×10-12~5.34×10-12 m2/s,粮食与空气的绝对水势差及粮堆厚度对水分扩散系数均有影响;Arrhenius方程可以描述玉米果穗水分扩散系数与温度的关系,玉米果穗水分扩散的平均活化能为35.76 k J/mol。研究结果将为粮食储藏与干燥过程的动力学研究提供理论依据。     

基于有限元的深水延绳式浮筏养殖装置抗风浪能力分析

由浮漂、网笼、主绳、桩绳以及锚固入海底的锚桩构成的延绳式深水浮筏养殖设施处于风大、浪高、流急的深水开放水域,受到复杂海况的作用,其结构的安全性与可靠性将直接影响到整个养殖生产的成败,在其结构设计时需要考虑海洋风浪流的影响,对其受力和运动特性进行研究,进而分析其抗风浪能力,为养殖设施结构的参数设计提供参考。该文基于有限元方法,通过对深水延绳式浮筏养殖装置的受力特性及其变形情况进行分析,建立筏架系统有限元分析模型,利用Broyden迭代法解有限元方程,计算了系统在不同浪级(即不同波高)海况下的筏架系统位移和桩绳的最大张力,对养殖装置的抗风浪能力进行了计算分析。以架设于獐子岛海域30 m水深的深水浮筏养殖设施为计算实例,结果显示,主绳长300 m的筏架系统在1.5 m/s流速的海域中,其桩绳最大张力为78.8 k N,横向最大位移为18.5 m,抗风浪能力为6~7级海浪(6 m波高);实测结果分别为72.7 k N、16.9 m,计算结果与实测值吻合良好。通过进一步的试验验证,该分析模型可为深水延绳式浮筏养殖设施的实际工程设计提供理论参考。     

喀斯特坡地裸露心土层产流产沙模拟研究

通过人工降雨探索表土剥离后喀斯特坡地侵蚀产沙特征及机制,为该地区开展地下水土流失研究及指导水土流失防治工作具有重要的理论和现实意义。试验采用钢槽装填土石模拟喀斯特地区表土剥离后坡地的"二元结构",通过人工模拟降雨揭示了雨强(30、50、80mm h~(-1))、坡度(10°、15°、20°、25°)和地下孔(裂)隙度(1%、2%、3%、4%、5%)对坡地土壤侵蚀的影响,并在此基础上进一步讨论了各因子对剥离表土后的坡地造成的影响。结果表明:(1)表土剥离后地下漏失的隐蔽性增强,小雨强的坡地土壤侵蚀容易被忽视,30、50 mm h~(-1)雨强条件下,仅当坡地坡度≥15°时地表出现径流,坡地侵蚀产沙以地下流失为主,地下产流量、产沙量随雨强先增大后减小。(2)喀斯特地区坡地土壤侵蚀治理不应只重视地表水土流失,更应关注垂直方向上的土壤侵蚀——地下漏失,低坡度(坡度≤15°)条件下,地表近乎无产流产沙,坡地侵蚀产沙集中在地下孔(裂)隙,而坡度为20°、25°的坡地,其地下产沙比重仍分别高达0.85~0.97、0.59~0.84。剥离表土后的坡地水土保持应从地表、地下两个方向进行,避免由地下漏失引起的岩溶塌陷。增大地下孔(裂)隙度能显著提高地下产流量和产流系数,并促进地下孔裂隙产沙量和产沙比重的增加。     

土壤崩解速率的一种修正方法

为了获得更为准确的土壤崩解速率测定及计算方法,以便客观评价土壤侵蚀程度,借助子洲县坡耕地原状土壤样品,通过土块在水中受力分析,对比了拉力计方法和修正拉力计方法计算的土壤崩解速率结果。结果表明,拉力计方法测定土壤崩解速率中土壤自身含水量对崩解过程有重要的影响。修正拉力计算法所得的土壤崩解速率与已有报道更为吻合,其变异性较未修正前有所减小。因此,建议在土壤崩解速率测定和计算应按以下步骤:（1）利用方形环刀在野外取原状土样并用塑料薄膜密封;（2）将土样带回实验室称重,垫上滤纸,用浅层水盘自下而上浸润土壤,直至土壤饱和;（3）将饱和的土样放置在一铁架台上去除重力水后再次称重;（4）轻轻移开方形环刀,将土样放置在拉力计的吊盘网板上测定;（5）计算需乘以校正系数k。     

江苏沿江夹砂土地下水位对棉花生长发育的影响

江苏省沿江夹砂土棉田地下水位对棉花生长发育的影响的研究表明 :棉田地下水位变动情况受距排水明沟的远近、沟河水位的高低、降雨和气候变化以及不同的棉田田面设置所制约。地下水位的变化对土壤的含水量、空气含量和温度状况有强烈影响。地下水位对棉花生长发育和产量的影响明显。     

考虑生态的灌区水资源区间两阶段随机规划模型建立与应用

在传统农业水资源优化配置研究中,往往因经济效益忽视了农业水资源复合生态系统中生态子系统对其他子系统有较大的影响。因此,该文以建三江地区为研究对象,通过概率分布函数和离散区间数的结合,构建区间二阶段随机规划模型,以解决农业水资源优化配置过程中农作物水量配置、生态需水、水质污染治理补偿、来水不确定、经济效益等问题。以2011年建三江地区作物的种植灌溉情况和农用化肥使用情况进行研究分析,得到生态子系统中在来水水平分别为低、中、高时地表水水质治理成本分别为[1 400.24×10~6,2 372.42×10~6]元、[1 033.44×10~6,1 850.26×10~6]元、[526.84×10~6,1 437.95×10~6]元,地下水分别为[253.07×10~6,501.71×10~6]元、[174.13×10~6,308.27×10~6]元、[57.62×10~6,138.54×10~6]元。该模型量化分析农业水资源复合生态系统中影响因素,为决策者提供了合理的决策区间,有效平衡农业水资源子系统与生态子系统之间的关系,为农业水资源合理配置提供了科学的依据。