【2011年度甘肃省科技功臣奖获得者简介】

程国栋1943年7月出生,上海市人,汉族,中共党员。目前为中科院寒区旱区环境与工程研究所研究员、冻土工程国家重点实验室首席科学家、学委会主任、博士生导师,中国科学院院士。现任国家基金委地学部主任、中国地理学会和中国生态经济学会副理事长,曾任中科院兰州分院院长、寒区旱区环境与工程研究所所长、国际雪冰委员会地下冰分会主席和国际冻土协会主席等职。     

张掖地区含水沙土冻胀放热的简单分析

应用混合法测量了张掖地区不同浓度沙土溶液制成的冻土的熔解热.发现:在1标准大气压、0℃温度条件下由沙土溶液制成的冻土的熔解热随着密度的增大而降低;拟合沙土溶液制成冻土的熔解热与含沙量的函数关系,发现冻土的熔解热基本不受混合物质微粒之间相互作用的影响,可以简化为水的熔解热乘以含水百分比,即冻土的熔解热随着含水率的增加而成正比例增加;建立较为理想的模型计算0.3m~3(表面积1m~2)冻土需要吸放的热量及该热量对本局域表面积1m~2上方近地1.5km高度空气层温度的影响,发现天然冻土在含水率很大的情况下需要热量大,产生温度的变化也大.而农用耕地需要热量较小,对气温的影响也比较小.可以认为,在张掖这种地下水位较高且以农业生产为主的地区,季节性土壤冻胀对局地气温会产生一定的影响,其对应对局地空气温度的改变量约为3℃.     

高速列车荷载下改良软土路基动力响应

为了研究改良软土路基动力响应规律,建立了考虑轨道不平顺的列车-无砟轨道-层状路基地基耦合动力学模型,采用傅里叶变换、动力刚度矩阵法对模型进行求解和验证。利用该模型研究了车速、轨道不平顺参数、改良层厚度及模量对路基动力响应的影响,并分析了不同条件下路基中竖向应力沿深度衰减规律。研究结果表明,改良层能够有效减弱软土地基顶面的竖向动应力,车速越大,其作用效果越明显。合理设置改良层的厚度和模量是控制软土路基动力响应的有效手段。     

季冻区路基冻胀与无砟轨道变形的映射关系及车辆动力响应（英文）

目的：季冻区路基冻胀对高速列车运行的安全性和舒适性以及轨道结构的服役性能具有较大影响。基于实测数据,本文旨在建立轨道-路基冻胀空间耦合静力学模型和车辆-轨道-路基冻胀空间耦合动力学模型,并采用傅里叶级数进行冻胀波形拟合,进一步探究季冻区高速铁路路基冻胀与轨道结构变形映射关系、层间离缝特征及路基冻胀对车辆动力响应的影响,以期为季节性冻土路基冻胀问题的防治及研究提供依据。创新点：1.采用傅立叶级数对实测数据进行拟合,并将其作为有限元模型的输入边界条件;2.提出将静力模型的计算结果作为动力模型初始条件的计算方法,简化计算过程,提高计算效率;3.从时域和频域探讨路基冻胀波长和幅值对车体振动加速度和轮轨力的影响。方法：1.采用傅立叶级数对现场实测数据进行拟合,并将其作为有限元模型的输入边界条件（公式(4)）;2.通过建立路基冻胀-无砟轨道结构静力与动力模型,分析轨道结构层变形映射关系及车辆动力响应。结论：1.冻胀位置对轨道垂向上拱变形及层间离缝影响较大;2.轨道结构各层最大垂向变形随冻胀幅值的增大而增大,且几乎呈线性变化;3.路基冻胀波长越大,对车体垂直加速度的影响越小;4.当冻胀波长一定时,车...     

冻土发育期不同埋深地温对气温变化响应的监测与分析——以大兴安岭地区松岭区为例

利用黑龙江大学寒区地下水研究所埋设于大兴安岭松岭区水文站内的寒区低温地温自动监测装置和1.5 m百叶箱,选择冻土发育期内实测的地温与气温数据资料,运用双变量分析法监测分析了该研究区内冻土发育期的地温对气温变化的响应关系。结果表明：(1)近5 d地表日平均气温与不同深度地温的相关系数最大为0.999,不同深度的地温对气温变化的响应具有一定的滞后性,且与过去时间气温的积累温度呈正相关;(2)50 cm和地表的土壤30 d的两要素相关性相对稳定,无论是进行5、8、11、15步长的滑动,都较为稳定;(3)气温表现出自相关不明显,滞时1 d后相关系数下降到0.4以下,地表温度负相关系数较高的时间在15 d左右,而其他土壤层温度在20 d左右,尤其是300 cm的土壤温度自相关在18 d左右。     

介质厚度对一维三元结构光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究各介质层厚度对一维三元光子晶体(CBA)m(ABC)m透射谱的影响,结果发现:在很宽的禁带范围内,仅出现一条透射峰,且随着m的增加透射峰越加精细;随着A、B、C各介质层厚度的增加,透射峰均向长波方向移动,三者厚度同时增加时透射峰移动速度最快,单层厚度增加时,增加C层厚度透射峰移动最快,B层次之,A层最慢;随着各层介质厚度增加,光子禁带向长波方向移动,各层厚度同时增加时主禁带移动的速度最快,单层厚度增加时,移动速度快慢依次为C层、B层、A层。随着各层介质厚度同时增加或是C、A单层增加,禁带加宽,但B层厚度增加禁带反而变窄。一维三元结构光子晶体的这些特性,为光子晶体设计不同频率范围的光学滤波器、反射器等提供指导。     

单层压电弯曲微执行器的非线性静态特性

采用偶应力理论对单层压电悬臂梁式微执行器在强外加电场作用下的非线性静态特征进行了研究.悬臂式执行器包括压电层、被动（弹性）层和2个电极层.首先,采用瑞利-里兹方法分析了在强外加电场作用下由于压电层电致伸缩效应引起的执行器非线性静态特性.其次,由于悬臂执行器的厚度在μm量级,存在变形尺度效应,采用偶应力理论对变形的尺度效应进行了分析.分析结果表明：悬臂执行器的非线性随着外加电场强度的增大而增大,当外加电场很大时,出现刚度软化现象;而且,执行器被动层和压电层厚度比的最优值不是通常采用的1.0.在微尺度下,由于微梁变形存在尺度效应,该厚度比的最优值应比1.0大.     

夯扩桩事故处理方法初探

混凝土端夯扩桩（简称夯扩桩）,是以端部夯扩头支承为主,侧摩阻力为辅的桩型。它以施工简便,单桩承载力高,施工周期短,节约造价等优点,近年来被广泛使用。然而,由于施工中质量控制不严等原因,以致有些工程桩断裂缩颈,产生了桩的质量事故。本文结合某工程较代表性的夯扩柱质量事故,初探夯扩桩的事故处理方法。 一、工程地质概况 某工程为五层框架结构综合楼,场地一般,土层情况自上而下为:第一层素填土,平均厚度0.80～1.0M;第二层为粉土,平均厚度为4.20M,静力触探指标Ps=3000～3670KPa,地基承截力f_k=140kPa;第三层为粉土,平均厚度为3.00m,Ps=2730～3430kPa;第四层为粉砂土,未钻透Ps=10460～11660kPa,fk=200kPa,在综合楼西端有一条大约15～220m宽暗河,暗河最深入4.5m,暗河道底部有淤泥或淤泥质土。     

基于多目标规划模型的高温作业服设计

本论文利用热能传递模型对高温环境下,经过防护服热传导进行研究。针对问题一,我们利用MATLAB拟合工具将附件2中所给的数据进行九阶拟合,得到基于外界温度75℃的前提下,假人的皮肤温度随时间简化的曲线以及函数关系式。通过对各层材料热量传递的速率相同的特性,建立了方程组。针对问题二,当环境温度变为65℃,我们在模型一热能传递模型基础上。通过问题二中的条件建立约束关系表达式,建立非线性约束模型,利用MATLAB求最优解的模型思路,求得最优解;得出Ⅱ层最优厚度。针对问题三,利用问题二中建立多目标非线性规划求最优解的模型,利用MATLAB解出Ⅲ和Ⅳ层的最优解。     

P-LaCe复合变质对过共晶Al-25%Si合金的变质效果

文章分别采用1.0%LaCe、0.8%P以及1.0%LaCe-0.8%P复合变质对Al-25%Si合金进行变质处理,研究不同变质剂对Al-25%Si合金的变质效果。经变质处理后,Al-25%Si合金中的初晶硅都有着不同程度的细化作用,0.8%P的变质效果为最佳,初晶硅由未变质的粗大的五瓣星状及其他较复杂形状转变为细的多边形状和板片状,平均晶粒尺寸由150μm～200μm细化至30μm～50μm,共晶硅以长针状分布,分布密度明显降低。单纯加1.0%LaCe处理后,合金中初晶硅形态上无变化,平均晶粒尺寸略有减小,共晶硅发生明显变化,从长针状变为颗粒状或短棒状,尺寸大幅减小。P-LaCe复合变质需控制好二者的添加量的配比,否则易产生过变质现象,降低变质效果。力学性能测试结果表明,经变质处理后的Al-25%Si合金的抗拉强度与硬度均不同程度增加,以0.8%P变质后的合金力学性能为最佳,与金相组织细化程度相对应。     

输入假说对留学生汉语写作课程设置及教学的启示

一直以来,学界都存在关于时外汉语写作课的课程定位、课型设置以及教学法的争论.针对目前写作课存在的一些问题.结合克拉申的输入假说,笔者认为,在要求学生写作输出之前,给予足够的输入,包括情境输入、素材输入以及话题输入.在课程设置及教学任务方面,结合实际生活需要,变被动写作为主动写作,调动学生写作的积极性,可以提高写作水平.     

寒区河道不同模式生态护坡抗水流冲刷试验研究

为改善和提高寒区河道护坡的生态功能,设计了5种生态护坡模式并进行现场试验区建设.通过流速为1.0～5.0 m·s-1有压恒定流连续冲刷试验,采集吸水性、水土流失率、糙率、破坏程度等试验监测数据,分析不同护坡模式抵抗水流侵蚀的能力.结果表明,生态护坡抗冲性能由强至弱依次为:环保草毯混种护坡、植生毯混种护坡、原土射干护坡、...     

东营凹陷西部沙四上亚段滩坝砂体厚度特征及其与产液量关系

综合运用岩心、录井、试油等资料,对东营凹陷西部沙四上亚段滩坝砂体厚度特征以及厚度与产液量的关系进行研究。东营凹陷西部沙四上亚段滩坝砂体单层厚度一般为0.5～3.5m,随着单层砂体厚度的增加,滩坝砂体储集性能增强,有效储层百分含量增大。日产液量随单层砂体厚度的增大而增大,并且二者具有良好的函数关系。东营凹陷西部沙四上亚段滩坝砂体有效厚度下限为1.5m,实施措施后各层产液量均有显著提高。     

隧道尺度对衬砌背后水压力的影响机理研究

为了明确高水压围岩隧道的隧道半径、复合衬砌厚度以及围岩、注浆加固圈、衬砌渗透系数的相互关系对隧道衬砌背后水压力的影响,本文利用渗流连续性方程与达西定律得到了衬砌背后水压力计算方法。通过分析发现：隧道尺度较小时,隧道半径增大可显著减小衬砌背后水压力;注浆层厚度的增大,增加了渗流路径长度,降低了衬砌背后水压力;随着复合衬砌厚度的增加,衬砌背后水压力逐渐增加,衬砌厚度小于0.8 m时,衬砌厚度对衬砌背后水压力影响较大。本文的计算方法以及分析结果可以为高水压下隧道的衬砌支护设计参数、围岩加固设计参数提供理论参考。     

高冷、热应力室内气候模拟实验台设计

为研究人体在高冷、热应力环境下的生理反应,建立了一套高冷、热应力室内气候模拟实验平台。该实验平台由气候室空气调节子系统、夹层空气调节子系统、辐射板子系统、监测监控子系统组成,实现对气候室内温度、湿度、环境热辐射等环境参数的调控,从而模拟生产、生活中的高温、高湿热环境和低温冷环境。根据实验需要,气候室干球温度可在-15~50℃调节,相对湿度在30%~95%调节,壁面温度可控制在10~40℃。结果表明:该系统的高温实验升温速度约0.54℃/min,低温实验的降温速度约0.22℃/min,气候室内风速0.1~0.5 m/s,温湿度控制精度满足设计要求。     

含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模磁场调控特性研究

基于磁流体的折射率磁场调控特性,利用传输矩阵法数值模拟了TiO2和纳米磁流体(水基Fe3O4)作为基元材料的一维光子晶体局域模的磁场调控特性.结果表明:具有(AB)NBB(AB)NA结构排列(N为正整数)的一维磁流体光子晶体的局域模波长会随着外加磁场强度的增大向短波方向移动,且最大调控量与周期数无关,折射率n c一定时,局域模波长随着介质层厚度的增大向长波方向移动;局域模的品质因子随光子晶体的周期数、介质层厚度的增大而增大.当光子晶体周期数一定时,局域模波长的调控量将随着介质层厚度的增大而增大.     

谈计算机网络教学

网络教学以建构主义理论为指导,将学生看成是知识学习的主动建构者。外界信息环境经过教师的组织、引导,学生主动进行建构,转变成自身的知识。这种开放性、创新性的教育思想和模式,有利于克服传统教学模式的弊端和同疾。     

陆水水库E-601型蒸发器和20m~2蒸发池观测值相互关系分析

在相同的外界环境里,使用不同的观测仪器设备得到的蒸发量数据会有不同。笔者采用陆水水库坝上站20m2蒸发池与E-601型蒸发器的同期观测资料,通过分析两种蒸发量观测值的相互关系,得出两者之间的折算系数和一元直线回归方程中的参数,从而为气候、下垫面流域相似且只配有E-601型蒸发器的站点折算系数的取用提供一定依据。     

大体积混凝土承台温度应力数值模拟与控制技术研究

大体积混凝土承台施工中,水泥水化热不均引起混凝土结构内外温差过大,由此产生结构裂缝影响结构的正常使用功能。为探明此类承台施工温度应力机理,基于理论分析、数值模拟及现场监测,结合跨海大桥工程实际,分析了承台温度场和应力场的变化规律,并提出温控技术及相关工程建议。研究结果表明:采用温控措施和未采用的两种情况下,承台温度均在浇筑后第三天达到峰值,但峰值相差大;在承台混凝土初凝阶段及时进行内部温控,可保证混凝土的施工质量;设置的5层、间距1.0m冷却水管,能较好地保证温控效果。承台现场温度监测成果和理论分析结果规律一致,表明理论分析科学、温控技术有效。本研究成果可为同类工程设计及施工提供技术参考。     

舞蹈通识课程教学实践探析

作为大学素质教育的重要组成部分,近年来许多高校开设了面向普通大学生的舞蹈通识课程。但由于课程设置方面的局限,此类课程不仅开放性和趣味性不足,而且缺乏理论指导。文章结合自身教学实践的成功经验,提出将动作分析、环境编舞和舞蹈即兴等教学方法引入舞蹈通识课程教学中,让学生从被动的接受者转变为主动的参与者,使课堂成为学生自我演绎、创造的平台。