科学基金资助下中国西部地表过程研究重要进展

地球表层组成要素的演化过程及相互作用关系研究是当前国际学术界关注的前沿研究领域.中国西部地区既是开展地表过程研究的理想场所,又处于经济欠发达地区,稳定高端基础研究队伍对学科建设及区域可持续发展均至关重要.本文着重回顾分析了在国家自然科学基金资助下,中国西部地表过程研究在干旱气候与环境变化、冰冻圈变化及其与其他圈层的相互作用、沙漠化及其防治、生态水文过程与生态恢复等方向基础研究队伍的稳定发展、领军人才的不断成长以及所取得的具有国内外重要影响的研究成果.     

塔里木盆地南缘于田绿洲近50a来气候变化特征分析

基于于田气象站48 a(1960—2007年)逐月平均气温和降水量数据,借助小波分析、人工神经网络等方法研究了塔里木盆地南缘于田绿洲近50 a来在全球气候变暖的背景下气候变化的特征和总体趋势。结果表明,二维小波系数图可以清楚地显示出气候变化在不同时间尺度上的演变特征,并能对未来的气候演变趋势做出定性估计。小波方差图显示于田绿洲逐月平均气温存在4 a为主的短周期和以11~13 a为主的长周期;逐月降水存在以7 a为主的短周期和以准12 a、27 a左右为主的长周期。RBFN(Radial Basis Function Network)模型预测的结果显示,该区2008—2012年降水量的变化处于相对高值期,气温变化处于相对低值期。近50 a于田绿洲气候总体趋于暖湿。     

冻土融化体积压缩系数的经验确定方法

融沉变形破坏是多年冻土区建筑物冻害的主要原因之一,实际的融沉量是热融沉陷与压缩沉降量的叠加：冻土融化体积压缩系数是估算冻土融后压缩沉降变形量的关键计算参数。根据286个冻土原状样融沉压缩试验数据资料,对细砾土、砂土、粉土、黏性土、泥炭化黏性土和泥炭质土等6类土,分别提出了在0～100 kPa和0～200 kPa压力段两种条件下的体积压缩系数和干密度之间的线性、二项式和对数式回归分析方程式。在此基础上,给出了确定6类土体积压缩系数的经验数据表。此外,还指出了现有规范推荐方法和建议值所存在的问题     

变形加固理论的力学基础与工程意义

变形加固理论是弹塑性结构稳定性理论,建立基于塑性余能的结构稳定性判据并确定阻止结构失稳的有效加固力。变形加固理论的核心是最小塑性余能原理：结构总是趋于塑性余能最小的变形状态,即自承载力最大、加固力最小的变形状态。完善最小塑性余能原理的证明,并提出弹塑性结构稳定状态的最小余能原理。阐明变形加固理论对有限元法的发展：揭示了不平衡力与修正Newton-Raphson算法的物理内涵。将变形加固理论与刚体极限平衡法对比,阐明其工程意义是对设计中采用的作用-抗力体系的发展,加固完整描述了作用与抗力之差。     

中国城市经济网络结构空间特征及其复杂性分析

通过对当前城市体系研究进展和分析方法的阐述与总结,结合统计物理中复杂网络分析 工具,采用GIS、Matlab 和数据库等技术手段,构建城市联系网络,一定程度上突破了传统的等级 或位序城市关系研究,最后以2003 年和2007 年的Top1、Top5 和Top10 网络(城市联系强度的最大 值、前5、前10 名所连接的城市)为例证进行实证研究。研究表明：① 可将中国城市划分为北方城 市区、长江城市区、南部城市区３大城市区,形成了“三极多核”的空间格局。全国城市网络的联 系方向主要集中在环渤海地区、长三角地区和珠三角地区的主要城市(如北京、上海、广州)。但 是,从三大地区内部差异来看,环渤海地区城市等级性明显,长三角地区和珠三角地区呈现多核 化发展趋势,即城市网络化发展加强。Top10 网络反映各个城市前10 名的联系方向有所分散,即 呈现“最大联系极化、联系广度分散化”的发展趋势;② 从Top5、Top10 网络与随机网络、空间邻 近网络的对比来看,中国城市的实际网络既具有空间邻近网络这种规则网络的高聚类系数,又 具有随机网络所拥有的稀疏、长距离连接特性,表现为高聚类系数和短路径的双重特性,呈现 “小世界”网络特征;③ 从聚类系数的纵向变化看,2007 年比2003 年的城市网络连接更加分散, 区域的开放程度正在提高;④ 2007 年的平均路径长度稍有下降,说明全国城市网络中城市联系 更为紧密,连接通道增多。     

低围压循环荷载作用下饱和粗粒土的动力特性与骨干曲线模型研究

基床层是铁路路基的核心组成部分,一般为粗颗粒土,厚约2.5～3.0 m,长期直接承受行车荷载的反复作用,其在动载反复作用下的变形特性是评价路基工作性能的关键要素之一。为研究粗粒土在列车循环荷载作用下的应力-应变特性,开展了一系列应力控制的单向循环加载大型动三轴试验,模拟列车动载和路基粗粒料填筑实际情况,包括不同动应力幅值（模拟不同列车轴重）、不同围压（模拟不同埋深）的动三轴持续振动试验。结果表明,在循环荷载作用下,土体刚度变化与振动次数、围压关系密切。根据动应力幅值大小的不同,循环荷载作用下饱和粗粒土的动应变随振次的发展形态可分为3种类型：稳定型、破坏型和临界型。根据试验所得出的动应力-应变关系曲线特点,建立了含围压和循环振次的骨干曲线模型。与传统的骨干曲线模型相比,该模型能反映土体刚度随循环振次的变化,更能反映列车往复作用的实际情况;同时该模型能用于估算路基土体动强度,对铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计具有参考价值。     

磺酸基改性梳状有机硅聚醚破乳剂的制备及性能分析

在铂催化剂条件下,利用含氢聚硅氧烷(PHMS)、烯丙基磺酸盐(COPS-1)和烯丙基聚醚(Y-1)的硅氢化反应生成磺酸盐有机硅聚醚破乳剂(COPESO),采用红外光谱、GPC、粒度、界面张力和破乳性能测试等,对破乳剂进行结构表征,分析破乳性能的影响因素.结果表明:当反应温度为90℃、pH=3、COPS-1质量分数为5%时,对破乳剂引入磺酸基活性基可以得到性能优良多支链高相对分子质量的COPESO,其表面活性高,出水快,水色透明且界面齐,对乳液破乳效果高达94.8%.     

地幔对流与深部物质运移研究的新进展

现代固体地球科学已经认识到,地幔对流不再是少数动力学家的假想,它是地幔热动力系统的主要构架.地幔对流和板块运动驱动机理关系的研究已经从简单的主动或被动驱动的讨论转向对统一热动力系统的探讨.包括地幔热柱在内的地幔对流的深入研究不仅成为研究地幔热动力系统演化的主线,也成为研究大陆形成和演化驱动机理的主线.与此同时,以地震层析成像为主体的地震、地球物理观测资料和以地幔岩石化学组份为主体的地球化学观测成为认识地幔对流的强有力的工具.然而,地球化学和地球物理观测之间存在明显的差异,一些依赖于地球化学数据构思的新的热动力学框架对地幔对流的研究构成了强烈的挑战.     

重复荷载作用下粉性路基土累积塑性变形研究

为研究不同含水率、压实度和应力水平下路基压实粉性路基土累积塑性变形影响因素与变化规律,开展了系列动三轴试验。根据累积塑性应变随加载次数的变化规律,获得了不同含水率、压实度下粉土的临界动应力。研究表明,粉性路基土临界动应力随压实度的提高而增大,随含水率的增大而减小。为避免路面结构的破坏,路基土应力状态应控制在临界应力界限范围内。鉴于此,针对路基土临界应力范围内的试验数据,建立了路基土累积塑性变形预估模型。该模型考虑了应力和加载次数的影响。回归分析表明,该模型具有较高的决定系数,即模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立为基于力学经验法的路基累积塑性变形计算提供了参数。最后以典型水泥混凝土路面为例,获得了不同轴载、轴型作用下粉土路基累积塑性变形,为进一步研究路基累积塑性变形对路面结构的影响提供了思路。     

鞍山-本溪地区富铁矿分布规律及成因探讨

中国的“鞍山式”（沉积变质型）铁矿常以“大、贫”著称,但鞍山-本溪地区许多铁矿床中赋存有富铁矿,其中弓长岭铁矿中的富铁矿资源量超过亿吨.通过对鞍本地区“鞍山式”铁矿的分布特征、典型矿床富铁矿体特征的研究,提出了本地区变质改造形成的富铁矿分布在一条东西长85 km、南北宽25 km范围内的认识,并认为中生代花岗岩可能也参与了部分矿区富铁矿的形成过程.