混凝土冻融破坏的数值模拟研究

本研究以混凝土的质量损失率、强度损失率以及外观变化作为评判混凝土冻融损伤的重要指标,在试验的基础上采用ABAQUS有限元分析软件对冻融损伤过程进行数值模拟,探讨冻融循环次数对各强度混凝土的影响以及不同水灰比的混凝土抗冻性能的差别。对比分析表明:数值模拟的计算结果与试验结果相一致,可有效验证并解释试验结论,为混凝土冻融损伤的研究提供理论指导。     

黑龙江省冻融侵蚀分布及其特征

[目的]探究黑龙江省冻融侵蚀分布及其特征,为黑土区农业可持续发展提供科学依据。[方法]在对黑龙江省冻融侵蚀考察及影响因素分析的基础上,借鉴相关冻融侵蚀区分布界定方法以及层次分析法开展研究。[结果]黑龙江省冻融侵蚀分布在131°—122°E,53°—48°N范围内,侵蚀面积为3.29×104 km2,占该区土地面积的11.98%。其中,轻度、中度、强烈、极强烈侵蚀面积分别占总侵蚀面积的21.78%,42.32%,23.78%,12.12%。侵蚀强度由北向南递减。[结论]黑龙江省冻融侵蚀分布范围比较广,强度以中轻度为主;冻融侵蚀分布具有明显的地带性规律。     

东北季节性冻融农田土壤CO2、CH4、N2O通量特征研究

为了评估季节性冻融交替对土壤温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,监测了东北松嫩平原两种典型农田生态系统(稻田和玉米田)非生长季土壤CO_2、CH_4和N_2O通量变化。研究表明:三种温室气体排放在土壤冻结期、覆雪期、融雪期和解冻期具有明显的季节动态特征。冻结期和融雪期对温室气体排放贡献最大,这两个时期内稻田和玉米田CO_2排放量分别占非生长季总累积排放量的74.9%和68.6%,稻田CH_4排放占非生长季总排放的95.7%,尽管玉米田土壤CH_4以吸收为主,但在融雪过程中存在明显释放峰,短暂的融雪期内N_2O呈集中爆发性释放,稻田和玉米田N_2O通量峰值分别是冻结前的40倍和99倍,排放量占到总累积排放量的73.9%和80.7%,覆雪期土壤CH_4和N_2O存在弱的吸收。另外,土壤温室气体排放存在土地利用方式间的差异,表现在稻田土壤比玉米田(非生长季)具有更高的温室气体排放潜力。稻田土壤CO_2、CH_4和N_2O累积排放量均高于玉米田,表现为净排放(源),而玉米田土壤CH_4通量表现为净吸收(汇);稻田土壤CO_2和CH_4平均排放速率显著高于玉米田;除覆雪期外,其他时期内三种温室气体平均通量在两类农田之间也存在显著差异。总之,在评价季节性冻土区温室气体排放时需要重视土壤冻结和融化过程,同时需要考虑不同土地利用方式间的差异。     

影响根癌农杆菌EHA105感受态细胞转化效率因素的研究

通过对EHA105菌株48h不间断培养观察,绘制出其生长曲线图;同时用不同浓度的CaCl2溶液分别制备根癌农杆菌EHA105的感受态细胞,在转化过程中用不同的温度进行热激处理,统计分析阳性转化子个数,明确了采用冻融法将外源DNA导入农杆菌EHA105时的几个影响因素的参数。结果表明,当0D。值在1．0—1．5之间时,根癌农杆菌EHA105正处在对数生长期,活力最强;制备感受态细胞时,CaCl2溶液的浓度在6～10mmol·L-1之间,无显著差异,但以10mmol·L-1效果最佳,转化率达5．322×10^6·μg-1热激处理温度在20～37℃之间均无显著差异,但37℃处理时转化率最高,达5．550×10^6·μg-1。     

冻融-化学淋洗法协同修复重金属Cd和Pb污染黏性土

针对质地黏重、低渗透性黏性土的淋洗效率低下,该文提出冻融协同化学淋洗的修复方案,并以某冶炼厂受Cd、Pb污染场地黏性土为研究对象,选用乙二胺四乙酸二钠(ethylene diaminetetraacetic acid disodium salt,EDTA)为淋洗剂,进行了冻融-淋洗土柱的实证试验。结果表明,土体的反复冻融(冻胀-吸水、融沉-排水)破坏土体颗粒原有结构,有助于淋洗液与污染物充分接触,淋洗效果明显,经7次冻融后,Cd、Pb去除率分别达到77.24%、37.78%。采用改进的BCR(European Communities Bureau of Reference)连续提取法分析了土柱中Cd、Pb的赋存特征,经7次冻融后,土壤中弱酸提取态、可还原态、残渣态结合的Cd质量分数较淋洗前分别降低了41.46%、63.02%、26.33%,而土壤中可还原态和残渣态结合的Pb质量分数分别降低了32.32%、67.36%。冻融协同化学淋洗修复技术的淋洗剂用量远小于传统淋洗法,为今后利用寒区冻融交替现象,大规模对季冻区重金属污染土壤的异位修复提供了新的思路。     

荷载与腐蚀冻融耦合作用下再生混凝土耐久性能试验

现有的荷载与环境多因素研究大多是通过给试块设计安装一套夹具,然后拧紧螺丝或者用千斤顶对试块施加荷载（应力）,再用此带着夹具的试块进耐久性试验,此方法操作困难、繁琐,极易发生应力损失,使研究的准确性急剧降低。该文提出了一种具有操作简便、控制精准等优点的耦合作用机制,采用先加载再腐蚀冻融,且以此循环作用的方式来模拟混凝土真实工作状态,并对普通混凝土及再生混凝土在多因素耦合作用下耐久性能进行研究。该文试验加载制度分别采用0、40%、70%应力水平的重复荷载与25次腐蚀冻融交替2次,并对此耦合作用下再生混凝土与普通混凝土进行了宏观和微细观试验研究。试验结果显示：在宏观方面,随着应力水平的从0增加至70%,再生混凝土和普通混凝土的抗压强度损失率分别增加27.2%和100%,再生混凝土在多因素耦合作用下的耐久性能表现更佳,荷载会使普通混凝土和再生混凝土的劣化速度加快;在微观方面,在腐蚀冻融50次后,再生混凝土和普通混凝土的显微硬度损失率分别为8.1%和23.8%,环境扫描电镜（environmental scanning electron microscope, ESEM）结果也可以看出界面过渡区是混凝土中较薄弱的环节,且在冻融循环作用前,天然粗骨料界面过渡区处黏结强度和塑性变形能力较强,冻融循环作用后,再生粗骨料界面过渡区处抗冻融腐蚀能力更好。该结果为普通混凝土耐久性改进及再生混凝土的推广应用提供理论参考。     

冻融坡面土壤剥蚀率不同预测模型比较

为探究水蚀因子对冻融坡面土壤剥蚀率的影响,采用2个坡度(10°,15°)、4个流量(4.5,6.5,8.5,10.5L/min)和4个起始解冻深度(2,5,10,15cm),模拟野外径流冲刷试验。采用BP神经网络方法和逐步回归分析法,分析土壤剥蚀率和流量、坡度、起始解冻深度、流速、水流剪切力、水流功率与单位水流功率7个水蚀因子关系。结果表明:通过BP神经网络连接权关系分析水蚀因子对冻融坡面土壤剥蚀率影响顺序为水流功率单位水流功率起始解冻深度水流剪切力流量流速坡度。BP神经网络模型的土壤剥蚀率预测平均误差为2.848%(R~2=0.954);逐步回归模型的土壤剥蚀率预测平均误差4.820%(R~2=0.925);基于单一水蚀因子(水流功率)模型的土壤剥蚀率预测平均误差5.298%(R~2=0.867)。基于BP神经网络的土壤剥蚀率预测效果最好,为春季解冻时期冻融坡面不同起始解冻深度条件下土壤侵蚀预报模型的建立提供了新思路。     

冻融条件下土壤水分和速效磷垂直迁移规律

中国东北地区土壤普遍受到的季节性冻融作用会影响土壤中速效磷和水分的垂直分配。通过室内模拟冻融环境,分析了冻融循环条件下黑土速效磷和土壤水分的垂直变化。结果表明:多次冻融循环作用使土壤速效磷随着土壤水分由下层向表层迁移,经30次冻融循环作用后土壤最大含水率和土壤最大速效磷含量均出现在3 cm层;土壤初始含水率越高,冻融作用后向土壤表层迁移的速效磷含量越大,但随着冻融循环次数增加,土壤各层速效磷含量都有所下降,1次冻融作用后,土壤速效磷的最高含量为50.63 mg/kg,30次后最高含量为43.81 mg/kg,减少了13.5%;利用多元回归分析分别得出了冻融循环后土壤含水率和速效磷与初始含水率、冻融循环次数和土层深度的关系函数,相关系数分别为0.892,0.578。上述研究成果为季节性冻融区非点源污染及土壤盐碱化防治奠定理论基础。     

坎儿井隧洞井壁剥落破坏原因与防渗加固

暗渠隧洞剥落坍塌破坏是坎儿井消亡的主要原因之一。该文选取典型坎儿井,通过现场实测调研、室内试验研究了坎儿井井壁的水份分布特征、来源以及土性参数;基于滤纸法获取的增湿土-水特征曲线,进行了坎儿井非饱和稳态渗流有限元分析。研究表明:冬季坎儿井井壁水分来源主要是毛细水,0.6 m以下为暗渠毛细水强烈影响区,井壁土为冻胀性土;井壁严重剥落高度(1.0~1.5 m)与起始冻胀含水率高度(1.1 m)基本一致,冻融循环后低围压下有效粘聚力降低显著,可明确冻融是井壁剥落破坏的主要原因;基于防渗止水的井壁抗冻胀思路,提出了在隧洞纵深负温范围内进行局部防渗衬砌的工程加固措施,该措施具有井壁抗冻胀、施工维护简单、不破坏坎儿井这一历史文物原貌等优点,具有一定的理论和技术推广价值。     

冻结-高压湿热解冻对多种淀粉中支链淀粉断裂的影响

冻结和高压湿热解冻是含淀粉面团在食品加工过程的必要工艺,在此过程中淀粉球破裂、部分支链淀粉断裂成为直链淀粉,给面团和食品的物理性状控制带来许多不可预见的结果。该文通过研究加热时间、加热温度、冷冻时间和解冻时间对糊化后的小麦、甘薯、马铃薯和玉米淀粉中直链淀粉含量的影响,间接反映支链淀粉断裂情况,结合冻结解冻前后淀粉分子量分布、链长分布、光学和电子显微镜图谱提出了冻结-解冻过程不同淀粉中支链淀粉可能断裂方式。结果表明,4种淀粉中的直链淀粉含量先升高后下降,直链淀粉含量在4种淀粉的中达到峰值的时间分别为48,48,48,72 h。光学显微照片观察表明,冻融处理会导致更多凝胶化淀粉球的破裂。对于小麦支链淀粉,冻融解冻过程支链淀粉中侧链长度为5、6、7个葡萄糖残基的侧链对应3种可能的断裂方式:2+2+1、2+2+2及2+2+2+1;对于甘薯支链淀粉,支链淀粉中侧链长度为10、11和13个葡萄糖残基的侧链对应3种可能的断裂方式:3+3+4、2+2+3+4及2+2+2+3+4;对于马铃薯支链淀粉,支链淀粉中侧链长度为5和6个葡萄糖残基的侧链对应3种可能的断裂方式:2+3、2+4、3+3;而玉米支链淀粉中,支链淀粉中侧链长度为7、8、9个葡萄糖残基的侧链对应3种可能的断裂方式:2+5,3+5,和3+3+3(其中1表示1个葡萄糖;2表示含2个葡萄糖的麦芽糖、3表示含3个葡萄糖的麦芽多糖、4表示含4个葡萄糖的麦芽多糖和5表示含5个葡萄糖的麦芽多糖)。该论文结果为培育具有冻融稳定性的淀粉种子提供一种全新的思路,即通过基因方法控制植物减少容易断裂淀粉侧链的合成。