响应面法优化南极菌Psychrobacter sp.B-3的发酵产糖条件

为对南极菌Psychrobacter sp.B-3产胞外糖的发酵条件进行优化,以温度、pH、不同碳源、不同氮源、不同金属离子及海水配比作为唯一变量进行单因素实验,筛选出对产糖有显著影响的单因素取值范围;在此基础上,利用Plackett-Burman实验设计筛选出影响产多糖的3个主要因素,即酵母粉、陈海水配比和装液量.然后通过Box-Behnken实验设计及响应面分析法进行回归分析,得出了南极菌Psychrobacter sp.B-3发酵条件系统优化的结果为:酵母粉1.1 g/L,陈海水与自来水的配比为2:1,装液量为50％,蛋白胨6.0 g/L,接种量1.5％,培养时间64 h,BaCl20.03 g/L,温度10℃,转速150 r/min,pH为7.0.优化后发酵液中的糖含量由优化前的444 μg/mL提高到624 μg/mL,相比初始糖产量提高了40％.结果表明,响应面法可显著优化南极菌Psychrobacter sp.B-3液体发酵产胞外糖的条件.     

复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理研究

海洋工程中结构物除了受到自身重力作用外,往往还受到海风、海浪、海流等的作用,使得海床土体中的基础一般受到集中力、弯矩和扭矩的联合作用,这一受力状态称为结构物基础的复合加载模式。本文以复合加载模式下海床土体变形规律与失稳机理为研究对象,基于通用有限元分析软件Abaqus,采用数值计算方法,对海床土体的极限承载能力进行了详细的研究。结果表明,荷载分量大小与组合形式对海床失稳机理与极限承载能力具有较大影响,H-M荷载空间内破坏包络面具有非对称性。本文给出的土体失稳模式,能够较为合理地评估复合加载模式下海床土体的变形规律;给出的土体极限力矩荷载判别准则,能够较为合理地计算海床土体的极限力矩荷载。     

岩墙厚度对成矿作用的约束:以石湖金矿为例

根据透岩浆流体成矿理论,岩浆体是含矿流体的通道而不是来源,因而估算含矿流体注入岩浆体的能力是评价高位侵入体成矿潜力的有效方法。文中利用一维传热模型计算了石湖金矿区三类代表性岩墙(花岗斑岩、石英闪长玢岩和辉绿岩)不同厚度条件下的冷却时间尺度,同时估算了岩浆冷却过程中的粘度变化速率。假定岩浆侵位于约6 km,且完全固结时含矿流体才不能有效注入,石湖金矿区三类代表性岩墙的最小临界成矿厚度分别为3345 m(花岗斑岩)、822 m(石英闪长玢岩)和102 m(辉绿岩)。模拟结果与石湖金矿区矿体的产状一致,暗示模拟结果具有较强的实用价值。结合岩墙长度/宽度比值,进一步估算致矿侵入体的最小临界出露面积分别约为312～1 561 m2(玄武质岩体)、0014～0068 km2(石英闪长玢岩)和0011～0034 km2(花岗斑岩)。估算结果为野外地质找矿提供了一个定性的标准,对快速资源勘查具有参考价值。     

辽宁本溪晶花洞碳酸钙沉积物颜色多样性分析

辽宁本溪晶花洞发育于中奥陶统马家沟组(O2m)中厚层白云质灰岩中,洞内碳酸钙沉积物具有白色、黄色、肉红色、浅蓝色和黑褐色等多种原生色彩。在洞穴考察的基础上,通过对围岩和洞穴碳酸钙沉积物X荧光分析以及显微镜薄片鉴定,认为洞穴中白色的次生化学沉积物主要由质纯的CaCO3形成;浅蓝色、黑褐色的形成则多由沉积物含有铜、锶和锰、锌所致;而黄色、红色则为不同环境下铁、锰等变价元素所产生。      

致密砂岩水压瞬态致裂液化格子波尔兹曼及有限元数值研究

水压瞬态致裂液化在地应力测量、 地震破坏评估和机理研究、 油气(天然气、 页岩气)及地热资源开发等地学领域都具有重要的理论和应用价值。 自20世纪60年代至今在理论和实际应用方面取得了一些奠基性和开创性成果, 但鉴于问题复杂性, 瞬态致裂液化机理至今尚不清楚。 本研究应用格子波尔兹曼及有限元多孔介质流固耦合物理模型, 对地震波载荷作用下致密砂岩水压瞬态致裂液化过程进行数值模拟研究。 首先, 以鄂尔多斯盆地某油田延长组致密砂岩为例, 利用X射线CT断层成像技术, 应用基于量子力学第一性原理格子波尔兹曼方法, 建立致密砂岩数字岩芯模型。 进而, 推导格子波尔兹曼及有限元多孔介质流固耦合数值模型公式, 建立致密砂岩水压致裂液化物理模型。 最后, 应用地震波载荷边界和初始条件, 模拟瞬态致裂液化流固耦合过程, 讨论了地震波载荷幅值、 频率及作用时间对致密砂岩孔隙结构(孔隙度大小及连通性)、 致密砂岩破裂最大主应力之间关系, 得到了地震波作用下致密砂岩致裂液化准则。     

降雨过程中边坡临界滑动场

降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降,是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场,基于Fredlund提出的非饱和土抗剪强度理论,对边坡临界滑动场进行改进,提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法,能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算,分析降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响,并将计算结果与其他方法进行比较,结果表明临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面,计算的安全系数合理。     

垃圾体内部与衬里界面组合破坏稳定分析方法研究

垃圾填埋场沿底坡和背坡衬里界面发生平移破坏的工程实例较多,也有破坏面沿垃圾体内部和底坡的组合破坏形式,相应的计算分析方法有待完善。对组合破坏,根据垃圾体内部破坏面为库仑主动破坏面和组合破坏面上各点安全系数相同的假设,由刚体极限平衡条件,建立组合破坏的稳定计算方法。运用双楔体和组合破坏稳定分析方法对算例和Kettleman Hills填埋场工程实例进行计算分析。结果表明：双楔体法计算得到的最危险平移滑动破坏安全系数大于组合破坏最小安全系数;最危险破坏面是组合破坏面;对Kettleman Hills填埋场,组合滑动面也是可能的滑动破坏面。由此可见,组合破坏是垃圾填埋场可能的破坏形式之一,在进行垃圾填埋体滑动稳定分析计算时应进行组合破坏形式的计算分析。     

地震动作用下均匀土质边坡的临界转角分析

均质土坡变形的整体旋转角度（即转角）与其弧形滑动特征相协调,是比永久位移更为优越的土坡变形与稳定性表征量。地震动瞬态弹性变形应变能相当于土坡系统势能的动态随机性“涨落”,临界点（临界转角）作为系统本身的一个固有特性,不受地震动随机性“涨落”的影响,土坡滑动失稳的临界转角实质上对应着系统势能的突变点。基于均质土坡地震动失稳的特点,结合突变理论,给出了确定失稳临界转角的计算公式,发现其仅与滑带介质本构模型参数 、 和滑弧半径R有关,但在本质上体现了诸因素的影响而具有广泛适用性。     

空间面群目标几何相似度计算模型

本文针对空间面群目标提出了一种几何相似度计算模型。首先,利用拓扑关系概念领域图定义了面群之间的拓扑关系相似度;然后,对不同类型的面状目标选用合适的"降维"方法处理为"线群"目标,利用方向均值定义线群之间的方向关系即面群目标的方向相似度,以及利用"环形方差"定义线群目标之间的距离关系即面群目标的距离相似度。最后,结合面群的长度和平均长度、面积和平均面积,面密度及紧致度,建立了面群目标几何相似度计算模型,以对面群目标相似度进行整体度量。该模型综合考虑了空间面群目标的几何特征和空间关系特征,并对其作了适当的权重分配。从时间邻近度和尺度邻近度角度,本文设计了2个实验,结果表明,相似度计算结果与地物特征比较一致,符合人们的直观空间认知。     

黏弹性与弹性介质中Rayleigh面波特性对比研究

Rayleigh面波的频散特性可以用来研究地表浅层结构. 本文使用时域有限差分法来模拟复杂黏弹性介质中的Rayleigh面波,研究了Q值对面波频散特性的影响.文中采用旋转交错网格有限差分,以非分裂卷积形式的完全匹配层为吸收边界,推出了求解二阶位移-应力各向同性黏弹性波动方程的数值方法.为了检验数值解的精度,首先将简单模型的正演结果与解析解对比,验证了方法的正确性;然后模拟了横向缓变层状介质和含有洞穴的介质中的面波,对弹性和黏弹性介质中的面波的频散特性进行对比分析.模拟结果表明浅层Q值对面波的频散特性有显著的影响;强吸收情况下,高阶面波的能量相对低阶面波能量显著增强.