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利用偏振取向任意可控的矢量光束实现椭球粒子的三维空间定向

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光学学报 2025年

作者：张笑河宁馨南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室横店集团得邦照明股份有限公司

本文提出了一种基于偏振取向任意可控的矢量光束实现椭球粒子在三维空间内精确定向的方法。首先，我们详细分析了偏振可控的紧聚焦矢量光束在焦场区域内的光强和偏振态特性。重点研究了椭球粒子在焦场范围内的光力和势阱分布情况，并分... 详细信息

本文提出了一种基于偏振取向任意可控的矢量光束实现椭球粒子在三维空间内精确定向的方法。首先，我们详细分析了偏振可控的紧聚焦矢量光束在焦场区域内的光强和偏振态特性。重点研究了椭球粒子在焦场范围内的光力和势阱分布情况，并分析了捕获势阱深度与椭球粒子空间取向之间的关系。研究结果表明：稳定捕获的椭球粒子在三维空间中的取向与紧聚焦焦场范围内的偏振方向一致，因此可以通过调节光束的偏振态实现对椭球粒子空间取向的精确控制。这项研究为光学操控技术提供了部分理论支持，并展示了其在微流体学、生物医学工程和纳米技术等领域的广泛应用前景。

关键词：光镊技术椭球粒子光场调控空间定向

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贺兰山东麓不同品种酿酒葡萄需冷量研究

干旱地区农业研究 2025年

作者：李娜张磊尚艳姜琳琳李阳徐蕊中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室宁夏气象防灾减灾重点实验室

以贺兰山东麓酿酒葡萄主栽品种赤霞珠、霞多丽、美乐,黑比诺和马瑟兰1年生枝条为试材,采用保鲜冷库冷藏结合苗床升温催芽的方式,设置土内催芽和扦插催芽,研究不同时长的低温处理与酿酒葡萄萌芽率的关系。采用经典的≤7.2℃模型确定其需... 详细信息

以贺兰山东麓酿酒葡萄主栽品种赤霞珠、霞多丽、美乐,黑比诺和马瑟兰1年生枝条为试材,采用保鲜冷库冷藏结合苗床升温催芽的方式,设置土内催芽和扦插催芽,研究不同时长的低温处理与酿酒葡萄萌芽率的关系。采用经典的≤7.2℃模型确定其需冷量。结果显示:在≤7.2℃温度范围内,随着冷藏时间增加,土内升温催芽和扦插升温催芽两种方式下各品种的萌芽率均增加。以萌芽率达到60%为阈值,土内升温催芽方式下赤霞珠、霞多丽、美乐、黑比诺和马瑟兰酿酒葡萄冬芽打破休眠的冷藏日数依次为16.9、1.4、5.3、16.8、10.0 d,需冷量依次为610、238、331、607、444 h。以萌芽率达到70%为阈值,其冷藏日数依次为32.5、7.5、17.6、25.8、25.8 d,需冷量依次为984、384、626、823、823 h。以萌芽率达到60%和70%为阈值,扦插催芽方式下5个品种的需冷量依次为1 178、413、1 205、593、1 212 h和1 356、598、1 442、710、1 308 h。各品种酿酒葡萄的需冷量在土内升温催芽方式下明显低于扦插升温催芽方式。在扦插催芽方式下,以萌芽率达到70%为阈值,中晚熟品种赤霞珠、美乐和马瑟兰的需冷量在1 300～1 450 h之间,明显高于早熟品种霞多丽和黑比诺590～710 h的需冷量。

关键词：酿酒葡萄需冷量萌芽率催芽方式 ≤7.2℃模型贺兰山东麓

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二维有自由面渗流问题的等几何分析求解

计算力学学报 2025年

作者：王闯江巍欧阳晔吴怡郑宏三峡库区地质灾害教育部重点实验室防灾减灾湖北省重点实验室三峡大学土木与建筑学院北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

采用传统移动网格法求解有自由面渗流问题时，自由面迭代修正引发的计算网格调整由于受有限元单元形状限制往往不便。借鉴等几何结构优化的思路，将自由面确定问题视为饱和区上界曲线的位置优化问题。针对二维问题将饱和区表征为NURBS... 详细信息

采用传统移动网格法求解有自由面渗流问题时，自由面迭代修正引发的计算网格调整由于受有限元单元形状限制往往不便。借鉴等几何结构优化的思路，将自由面确定问题视为饱和区上界曲线的位置优化问题。针对二维问题将饱和区表征为NURBS曲面，使用等几何分析求解渗流场，以自由面控制点水头值和纵坐标差异最小为目标进行优化，获得最终的自由面位置。通过将自由面控制点纵坐标修改为其水头值实现自由面的更新，渗流区域的NURBS曲面将自动重新生成从而完成计算网格调整。采用均质矩形土坝、均质梯形土坝、非均质矩形土坝等数值算例验证本文方法的有效性和实用性。结果表明：本文提出方法可有效求解二维有自由面渗流问题且具备良好的数值精度；同时可实现自由面修改后计算网格的实时快捷更新，克服传统移动网格法网格调整不便的局限性。

关键词：有自由面渗流问题移动网格法等几何分析优化

利用拉丁超立方与相关性采样的通风系统仿真不确定研究

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安全与环境学报 2025年

作者：曹鹏刘剑辽宁工程技术大学安全科学与工程学院矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室

为降低数字通风系统仿真不确定性给智能通风决策带来的安全隐患，基于巷道风阻系数获取过程中存在的不确定性，同时考虑相同支护巷道间的相关性，提出了一种结合全局模拟的拉丁超立方采样（Latin Hypercube Sampling，LHS）技术和关注... 详细信息

为降低数字通风系统仿真不确定性给智能通风决策带来的安全隐患，基于巷道风阻系数获取过程中存在的不确定性，同时考虑相同支护巷道间的相关性，提出了一种结合全局模拟的拉丁超立方采样（Latin Hypercube Sampling，LHS）技术和关注局部相关性的多维变量精确采样技术的数字通风系统不确定性分析方法。LHS随机模拟生成多维独立标准正态分布初始变量；利用乔莱斯基分解法分解风阻系数间协方差矩阵求得相关性变换矩阵；线性组合初始变量与变换矩阵生成具有相关性的风阻系数随机变量；随机变量作为数字通风系统的输入参数；解算风量和风压，统计仿真结果。结合实际生产矿井通风系统进行分析，结果表明：风阻系数的不确定性对数字通风系统仿真结果有显著影响；当不考虑相关性且风阻系数的变异系数为15%时，仿真风量和风压波动范围分别为0.62～73.88 m3/s和0.06～522.89 Pa，平均波动率分别为83.04%和243.85%；考虑相关性时，风量和风压波动率分别下降了75.58%和84.97%，个别分支风量的波动率减少了95.90%；进风区分支和角联分支仿真风量、回风分支和角联分支仿真风压波动性最大；角联分支风量波动率最大为1 115.09%，回风分支风压波动值最大为539.75 Pa。

关键词：安全工程矿井通风系统不确定性分析拉丁超立方采样参数相关性

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考虑误差异分布的赣江流域径流概率预报

水文 2025年

作者：蒋晓蕾沈静郭洛夫杰罗凤春付晓雷梁忠民扬州大学水利科学与工程学院水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室南京信息工程大学河海大学水灾害防御全国重点实验室河海大学

以赣江流域为研究对象，基于CN05.1降水数据和SWAT（Soil and Water Assessment Tool Model）模型，进行确定性径流预报，在此基础上，分析预报误差规律，采用考虑误差异分布的HRD（Heterogeneous Residual Distribution）方法，通过误... 详细信息

以赣江流域为研究对象，基于CN05.1降水数据和SWAT（Soil and Water Assessment Tool Model）模型，进行确定性径流预报，在此基础上，分析预报误差规律，采用考虑误差异分布的HRD（Heterogeneous Residual Distribution）方法，通过误差标准化模块和高斯变换模块消除流量对误差的影响，构建高斯误差的时间序列关系，估计误差的概率分布，进而实现径流概率预报。通过1963—2013年水文气象数据分析表明：（1）SWAT模型在外洲站的日径流模拟纳什效率系数在0.84以上，洪量误差和年平均洪峰误差均在10%以内，模拟精度较好；（2）HRD模型能够考虑流量级别对预报误差的影响，提供合理的概率预报结果，预报区间的覆盖率判定系数在0.66以上，且中位数预报和均值预报均优于SWAT模型预报结果，基准系数在0.64以上。研究可以为高精度径流预报提供新的思路，对流域水资源管理和防洪减灾具有重要的理论和实践意义。

关键词：赣江流域径流概率预报误差异分布性

冲击荷载下双裂隙砂岩渐进破坏特性及裂纹扩展机制研究

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岩石力学与工程学报 2025年

作者：张庆海许晓亮李建林武立华王小平时全三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室绥化学院陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室

为研究裂隙砂岩的动态渐进破坏特性及裂纹扩展机制，利用SHPB装置对预制双裂隙砂岩试件进行冲击压缩试验，借助DIC技术实时监测裂纹扩展和动态破坏过程，开展不同裂隙倾角下的岩样强度特性和破坏模式分析，揭示相应的裂纹应变演化机制... 详细信息

为研究裂隙砂岩的动态渐进破坏特性及裂纹扩展机制，利用SHPB装置对预制双裂隙砂岩试件进行冲击压缩试验，借助DIC技术实时监测裂纹扩展和动态破坏过程，开展不同裂隙倾角下的岩样强度特性和破坏模式分析，揭示相应的裂纹应变演化机制。结果表明：(1)通过试件表面裂纹白斑萌生捕捉确定起裂荷载，其在峰值荷载的70%～83%范围，二者均随倾角呈现先减后增的“U”形趋势。(2)通过试件破碎块数测定发现能量耗散率与破碎程度具有显著正相关性，45°和90°试件分别出现最低和最高的能量耗散率。(3)裂纹扩展过程中，拉伸裂纹通常先于剪切裂纹出现，前者分布与荷载冲击方向接近，后者整体出现在与冲击方向约50°～130°夹角的范围内；不同倾角下，试件呈现出“一”形劈裂拉伸破坏、“X”形拉–剪切混合破坏以及“纺锤”与“X”形复合破坏3种模式，共包含6种裂纹聚集形式。(4)冲击荷载下试件的渐进破坏过程划分为弹性变形、屈服变形和宏观破坏3个阶段，破坏过程主要由裂隙尖端应变集中因子Df和起裂时间所决定，Df曲线的斜率均方指数(K)可为裂隙岩体动力损伤速率的评价提供理论依据。

关键词：岩石力学裂隙砂岩裂纹扩展能量耗散 DIC技术破坏模式应变集中

渗流–应力耦合下砂岩广义应力松弛特性与流变破坏机制研究

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岩石力学与工程学报 2025年

作者：陈奕安赵光明许文松许江彭守建安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室

围岩长期强度的研究对地下空间稳定性评价有着重要的工程意义。利用自主研发的可视化三轴压缩伺服控制试验系统实现在渗流–应力耦合下砂岩的广义应力松弛试验。研究结果表明：在α=3和∞方向上试件发生破坏时，其产生较大应变的范围会... 详细信息

围岩长期强度的研究对地下空间稳定性评价有着重要的工程意义。利用自主研发的可视化三轴压缩伺服控制试验系统实现在渗流–应力耦合下砂岩的广义应力松弛试验。研究结果表明：在α=3和∞方向上试件发生破坏时，其产生较大应变的范围会逐渐向宏观断裂区域集中，并呈现出张拉–剪切破坏的趋势。采用指数型函数对破坏条件下砂岩的应变变化速率进行拟合，效果较好。试件渗透率随流变的进行呈现出先快速下降再缓慢上升的趋势。随着渗透水压的升高，流变后砂岩试件的孔隙率持续增加，分别为1.72%,3.52%和12.86%，断裂面整体破坏严重。在流变过程中砂岩中黏土矿物的水解与侵蚀作用加剧，造成矿物颗粒结构的松散，从而形成宏观断裂。同时，孔隙水压也会对矿物颗粒产生水解与物理作用，导致晶体上剥落大量的岩屑并附着于其表面。从断裂力学的角度来看，渗透水压的增大也会引起砂岩中裂纹的扩展速度加快，使得应力水平对砂岩广义应力松弛特性的影响越来越显著，导致在高渗透水压作用下砂岩更容易产生断裂。孔隙水压也会造成砂岩内胶结物质溶解破坏，脱离晶体表面并形成明显的裂纹，导致渗流–应力耦合下砂岩的破坏模式主要为沿晶断裂。

关键词：岩石力学广义应力松弛渗流–应力耦合流变特性断裂特征流变破坏机制

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考虑地震强度不确定性的车站韧性评估方法

岩土工程学报 2025年第1期47卷 164-172页

作者：张陈龙张东明黄忠凯黄宏伟同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

地铁车站作为地下交通的枢纽,是社会经济交流和人员交往的重要组成部分,但其同时也面临着诸多灾害风险。以前包括地震在内的灾害,会对地下交通网络造成严重后果,也对城市功能造成重大损失。因此,地铁车站等关键交通枢纽的韧性评估对于... 详细信息

地铁车站作为地下交通的枢纽,是社会经济交流和人员交往的重要组成部分,但其同时也面临着诸多灾害风险。以前包括地震在内的灾害,会对地下交通网络造成严重后果,也对城市功能造成重大损失。因此,地铁车站等关键交通枢纽的韧性评估对于提高城市安全性和维护其功能至关重要。提供了一个考虑地震强度不确定性的综合韧性评估框架,用于评估浅埋地铁车站在地震灾害下的鲁棒性和快速恢复能力。该框架方法利用有限元软件,建立相关地铁车站数值模型;然后,通过所选择的地震动展开大量数值分析,以便生成关于峰值地面加速度(PGA)的地铁车站易损性函数;接着利用蒙特卡洛模拟进一步量化地震动强度不确定性,并最终确定车站在各个损伤阶段的概率。最终,通过联立地铁车站损伤概率与经济损失关系,考虑地铁车站的恢复路径和可恢复性,完成韧性评估。本研究通过该韧性评估框架和所计算出的韧性指标R,评价和讨论了性能恢复模型和场地条件对车站抗震韧性的影响。这项工作可以帮助地铁网络基于韧性的设计和管理,以支持对地震灾害的适应,从而促进相关决策者关于资源的有效分配。

关键词：地铁车站地震韧性地震易损性地震动不确定性恢复模型

基于相似误差订正方法的宁夏冬季气温模式产品解释应用

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干旱区研究 2025年

作者：王岱马阳张雯李欣黄莹王素艳中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室宁夏回族自治区气候中心

冬季月和季节内频繁交替的冷暖事件增大了短期气候预测的难度和挑战性，加之气候动力模式对于宁夏冬季气温的预测水平整体不高，导致预测质量不稳定。动力与统计相结合的模式解释应用方法的发展，为预测质量的提升提供了有效的技术手段... 详细信息

冬季月和季节内频繁交替的冷暖事件增大了短期气候预测的难度和挑战性，加之气候动力模式对于宁夏冬季气温的预测水平整体不高，导致预测质量不稳定。动力与统计相结合的模式解释应用方法的发展，为预测质量的提升提供了有效的技术手段，也是省级短期气候预测业务亟需发展的重要方向。基于国家气候中心MODES二代产品的EC模式近30 a历史回算数据、宁夏19个国家气象站冬季逐月平均气温观测数据、NCEP/NCAR大气再分析资料等，采用相似误差订正方法，利用同期环流关键区信息对宁夏冬季月气温开展模式解释应用，旨在提高宁夏气候趋势预测准确率和客观化水平。结果表明：EC模式原始预测结果对宁夏冬季各月气温的预测技巧整体较高，尤其对于趋势和异常量级的把握能力较好；采用相似误差订正方案后，仍能有效提高EC模式对宁夏冬季气温的预测技巧，其中12月和1月预测技巧提高尤为明显，订正后PS、PC评分分别高于70%和64%。当1月平均气温为正距平、12月和2月为负距平时预测技巧提高更明显，气温偏低幅度越大提高越显著；模式误差大小对预报订正的效果无明显影响，即使在模式误差绝对值较大情况下，该订正方案仍能不同程度地提升冬季各月模式气温预测技巧。因此，相似误差订正方法可以在模式误差较大的情况下，进一步提高宁夏冬季气温趋势和异常量级的预报准确性，改进模式预报技巧的稳定性，在实际业务中具有良好的应用价值。

关键词：宁夏冬季气温相似误差订正方法模式产品解释应用