DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 总结及讨论 4.1. 经济效益分析总结 从各类废弃生物质能源化利用的经济效益分析结果汇总来看，基于当前国家产业政策，秸秆生产成型燃料、秸秆直燃发电、秸秆气化发电、林业剩余物生产成型燃料、畜禽粪便生产沼气以及废弃油脂制生物柴油共6种能源化利用途径实现了盈利(见表10)。秸秆生产成型燃料的平均成本利润率最高，达46.59%；其次为畜禽粪便生产沼气、秸秆直燃发电和秸秆气化发电，成本利润率均为分别为41.88%、40.85%和38.89%；林业剩余物生产成型燃料，利润率为17.84%；废弃油脂生产生物柴油途径略有盈利，利润率为6.01%。另外4种废弃生物质能源化利用途径全都亏损，其中，秸秆、餐饮垃圾和污水污泥生产沼气亏损最多，平均成本利润率分别为−41.50%、−39.63%和−35.90%；秸秆生产燃料乙醇亏损较少，利润率为−18.17%。 Table 1 0 Summary of economic benefits of waste biomass conversions to energy (Based on per unit of energy product， without deducting state subsidies 原料类型 能源化产品 平均成本 平均收入 利润 平均成本利润率(%) 范围 平均 作物秸秆 燃料乙醇(元/t) 8824.17 7220.50 −5767.00~251.00 −1603.67 −18.17 成型燃料(元/t) 334.27 490.00 74.90~346.00 155.73 46.59 直燃发电(元/kW·h) 0.47 0.67 0.07~0.36 0.19 40.85 气化发电(元/kW·h) 0.42 0.58 0.11~0.26 0.16 38.89 沼气(元/m 3 ) 2.32 1.36 −2.36~−0.05 −0.96 −41.50 林业剩余物 成型燃料(元/t) 778.61 917.50 134.05~143.73 138.89 17.84 畜禽粪便 沼气(元/m 3 ) 1.07 1.51 0.25~0.61 0.45 41.88 废弃油脂 生物柴油(元/t) 5754.33 6100.00 −150.00~700.00 345.67 6.01 餐饮垃圾 沼气(元/m 3 ) 2.70 1.63 -1.07 −1.07 −39.63 污水污泥 沼气(元/m 3 ) 2.34 1.50 −1.28~−0.40 −0.84 −35.90 表10. 废弃生物质能源化利用经济效益汇总(基于单位能源化产品，未扣除国家补贴) 4.2. 国家财税补贴政策对实现盈利的作用 在可盈利的能源化利用的6条途径中，废弃油脂生产生物柴油、秸秆和林业剩余物生产成型燃料这3条途径获得国家财税补贴政策支持最少或者几乎没有，依靠市场发展已成了相对完整的体系。但是，因此存在扩大规模难、亏损风险大的问题，处理废弃物的量有限，给国家可再生能源贡献比例很小，远没有实现应有的潜力。另外3条途径依靠国家补贴才能盈利。在畜禽粪便生产沼气项目上，国家对工程建设进行了补贴，在秸秆直燃发电和秸秆气化发电工程上，国家统一执行标杆上网电价(0.75元/kW·h)。如果执行当地电价0.318元/kW·h，华北地区装机容量1~3 MW生物质气化发电项目与火电相比没有竞争力 [ 45 ]。 秸秆、餐饮垃圾和污水污泥生产沼气、秸秆生产燃料乙醇共4种途径均表现不同程度的亏损。餐饮垃圾和污水污泥生产沼气能源化途径已有研究很少，产业化发展还需要很多探索。秸秆生产燃料乙醇产业途径一是受制于原料收储运费用高，二是生产所需降解酶的价格高，使得盈利性很差。秸秆制沼气技术工艺还处于起步阶段，产气率较低，导致盈利较低 [ 46 ]。 4.3. 技术创新和优化原料收集对提升经济效益有重要作用 当前多数废弃生物质能源化途径技术成熟度不高，相比较看，秸秆直燃发电技术成熟度较好，是当前我国大规模利用秸秆的理想选择。但是，秸秆直燃发电技术工艺还面临一定的问题，如锅炉容易形成结焦等。与直燃发电相比，气化发电的工艺流程方案还很不成熟，燃气净化流程复杂，尤其是脱除烟气中焦油等杂质成分的成本高，尚缺乏工程经验，因而其大规模工业应用仍需时日 [ 47 ]。另一方面，原料成本是非常重要的影响因素，在很大程度上直接影响经济效益，几乎所有相关研究都强调合理规划秸秆收集半径，以保证原料供应充足。需要强调的是，在当前国家政策支持下，技术和运营管理水平对废弃生物质能源化是否盈利有重要作用。例如，废弃油脂生产生物柴油几乎没有国家财政补贴，不少企业通过提高技术创新和管理水平能实现盈利；虽然多数畜禽粪便生产沼气在国家补贴下才能盈利，但是，有实例分析表明，一个存栏1260头的养牛场建立的畜禽粪便沼气工程，沼气用来发电，沼液和沼渣作为肥料使用，即使不计国家补贴，内部收益率仍达7.92% [ 48 ]，高于火电行业的基准内部收益率6% [ 45 ]。 4.4. 建议 首先，能源化利用是废弃生物质循环处理最有效的途径，国家相关政策制订顶层设计要立足于发挥废弃生物质能源化产业巨大的环境效益潜力。第二，建立长久稳定的财税扶持政策，抵消一部分本应由财政支付的环境治理成本，生物质能源产业在市场上才有平等的经济竞争力，才能实现其环境效益。第三，生物质能作为一种新兴绿色产业，亟待加强科学研究及技术创新，形成大批有自主知识产权的关键技术。虽然原料资源量大，但是很分散，政府和行业协会应该组织研究，形成完善的生物质原料收储运体系。第四，制订全国废弃生物质区划，结合各区域的农业发展，建立“生态能源农业示范区”，形成完整循环产业链。
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user: 摘 要 本文研究了含硅、铝添加剂对生物质锅炉受热面积灰腐蚀的影响及其机理，分析了影响添加剂作用效果的主要因素，并探讨了含硅、铝添加剂中Si和Al的最佳比例。研究表明，添加剂中的Al、Si在燃烧中与碱金属元素和氯元素发生化学反应，生成高熔点的化合物，减少了灰中腐蚀成分的含量，从而抑制了生物质的积灰和腐蚀；当添加剂中Si/Al为1，或者Ca:A1:Si的摩尔比为1:2:1时，添加剂对腐蚀的抑制效果最佳。 关键词 :生物质燃烧，锅炉受热面，添加剂，积灰，腐蚀 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着化石能源的日益短缺和人类对环境污染问题认识的不断提高，生物质作为一种可再生能源，在可持续发展中有着更加突出的位置。我国的生物质资源十分丰富，尤其是农作物秸秆，统计结果显示，2015年我国农作物秸秆资源量为10.4亿t，能够收集利用的可达9.0亿t，这些秸秆资源迫切需要被能源化利用 [ 1 ]。 秸秆与煤等矿物质燃料在成份上有着显著的不同，钠、钾等碱金属元素和氯元素含量高，其中碱金属含量达1%以上，氯含量达0.2%~0.3%，而且干燥基挥发分高(约60%~80%)，灰分和热值低，元素组成中高氧低硫，体积能量密度低 [ 2 ]。由于钠、钾等元素性质比较活跃，在高温环境下极易生成KCl、NaCl和HCl等物质，在生物质锅炉中，碱金属氯化物会凝结和沉积在管壁温度约350℃的炉膛水冷壁管壁上，与管壁表层的氧化膜(Fe 2 O 3 层)发生氧化还原反应，从而导致锅炉受热面的积灰、结渣和腐蚀等问题。生物质在燃烧过程中形成的绝大多数碱金属盐不会被烟气带走，而是形成灰，沉积在锅炉受热面上 [ 3 ]。这些碱金属盐本身的熔点较低，并且当多种碱金属盐(K 2 SO 4 、K 2 CO 3 、KCl、Na 2 SO 4 等)与碱土金属盐(CaSO 4 、MgSO 4 等)共存时，将形成熔点更低的共晶体，加剧受热面的积灰和腐蚀 [ 4 ]。 影响锅炉受热面积灰腐蚀的因素有很多，最主要的是Cl元素和碱金属元素的含量，生物质燃烧时，Cl释放到气相会加速受热面的腐蚀，腐蚀速率与积灰的化学组成有关，其它碱金属化合物如K 2 CO 3 也会引起腐蚀，生物质中的S可以对腐蚀起到抑制作用，另外腐蚀性物质的反应特性与温度有很大关系，因此烟气和受热面温度对腐蚀也有影响 [ 5 ]。目前主要通过以下措施来抑制生物质锅炉受热面的积灰腐蚀：水洗或酸洗燃料、生物质与煤混烧、喷涂耐腐蚀材料和加入添加剂 [ 6 ]。其中，在燃料中加入添加剂既避免引入新的污染源，又容易在实际燃烧中操作，是一种行之有效的方法，受到了国内外学者的关注。 国内外研究的添加剂大多是以Al和Si两种元素为主要组成，本文拟对含硅、铝添加剂对抑制生物质锅炉受热面积灰腐蚀的作用机理、作用效果进行分析探讨，并考察添加剂中Al和Si两种元素的最佳比例，为抑制生物质锅炉运行过程中受热面积灰、结渣和腐蚀提供理论依据和应用指导。
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user: 3. 硅铝添加剂 由以上分析可以看出，Al 2 O 3 和SiO 2 单独作为添加剂存在一定的缺陷：SiO 2 虽然可以降低灰中的Cl含量，但同时会降低灰的熔点；而Al 2 O 3 虽然在降低灰的沉积和减轻腐蚀方面效果显著，但Al化合物添加剂的制备工艺复杂，经济性差。两种添加剂在实际的应用中都有局限性，目前国内外的生物质电厂及研究机构中使用的添加剂大多是同时包含Al和Si这两种元素的硅铝添加剂，主要有高岭土、造纸污泥、埃洛石、粉煤灰和硅藻土等。表1为几种添加剂在生物质燃烧过程中发生的化学反应 [ 11 ] [ 16 ] [ 17 ]。 Table 1 Reactions of Si-Al additives in combustio 添加剂种类 反应方程式 序号 高岭土 Al 2 O 3 ⋅ 2SiO 2 ⋅ 2H 2 O + 2KCl → 2KAlSiO 4 + H 2 O + 2HCl Al 2 O 3 ⋅ 2SiO 2 ⋅ 2H 2 O + 2KCl + 2SiO 2 → 2KAlSi 2 O 6 + H 2 O + 2HCl (11) (12) 造纸污泥 Al 2 Si 2 O 5 ( OH ) 4 + 2KCl → 2KAlSiO 4 + H 2 O + HCl Al 2 Si 2 O 5 ( OH ) 4 + K 2 SO 4 → 2KAlSiO 4 + 2H 2 O + SO 2 (13) (14) 埃洛石 Al 2 O 3 ⋅ 2SiO 2 + 2KCl + H 2 O → 2KAlSiO 4 + 2HCl Al 2 O 3 ⋅ 2SiO 2 + H 2 O + 2KCl + 2SiO 2 → 2KAlSi 2 O 6 + 2HCl (15) (16) 粉煤灰 2KCl + Al 2 O 3 + 2SiO 2 + H 2 O → 2KAlSiO 4 + 2HCl 2NaCl + Al 2 O 3 + 2SiO 2 + H 2 O → 2NaAlSiO 4 + 2HCl 2K 2 SO 4 + 2Al 2 O 3 + 2SiO 2 → 4KAlSiO 4 + 2SO 2 + 2O 2 2Na 2 SO 4 + 2Al 2 O 3 + 2SiO 2 → 4NaAlSiO 4 + 2SO 2 + 2O 2 (17) (18) (19) (20) 硅藻土 2KCl + 1 / 2O 2 + SiO 2 → K 2 O ⋅ SiO 2 + Cl 2 2KCl + H 2 O + SiO 2 → K 2 O ⋅ SiO 2 + 2HCl 2KCl + H 2 O + 2SiO 2 → K 2 O 2 ⋅ SiO 2 + 2HCl 2KCl + H 2 O + 3SiO 2 → K 2 O 3 ⋅ SiO 2 + 2HCl (21) (22) (23) (24) 表1. 硅铝添加剂在燃烧过程中的反应 3.1. 高岭土 高岭土是一种常见且广泛应用于工业中的粘土矿物，其晶体化学式为2SiO 2 ·A1 2 O 3 ·2H 2 O，其理论化学组成为46.54%的SiO 2 ，39.5%的A1 2 O 3 ，13.96%的H 2 O。Llorente等 [ 18 ] 分别将高岭土，石灰石，白云石，氧化铝和二氧化硅作为添加剂进行了实验，结果发现高岭土抑制腐蚀的效果远远好过氧化铝和二氧化硅。 马孝琴，骆仲泱等 [ 19 ] 对以高岭土为添加剂的秸秆燃烧沉积物进行了分析，发现沉积物颗粒呈球形，直径约5~30 μm，球形颗粒之间被黏结物黏在一起，沉积物颗粒与纯秸秆燃烧生成的沉积物颗粒形状相似，只是小球的直径与黏接物的粒度都相对较小，局部生成的黏接物比纯秸秆燃烧生成的还多，因此高岭土做添加剂并不能减少黏接物。高岭土作为添加剂时燃烧生成的灰粒表面硅、铝和钾的摩尔分数相当，高岭土与钾的反应基本上是按照K/Si = K/Al = 1 (摩尔比)的比例进行，生成物中大部分为高熔点硅铝酸盐KAlSiO 4 (熔点1540℃)，另外还有少量钾是以K 2 SO 4 形式存在 [ 20 ]。 3.2. 造纸污泥 Matúš等 [ 21 ] 探究了造纸污泥作为生物质燃料添加剂的可能性，造纸污泥中含有高含量的方解石和高岭土，成分组成为56.4%的灰分，27.7%的CaO，3.2%的Al 2 O 3 ，4.7%的SiO 2 ，能够提高生物质灰的熔点，同时发现污泥中的纤维素成分还能改善生物质燃料颗粒的物理和机械性能，当小麦秸秆燃料中加入的造纸污泥添加剂含量在20%左右时，基本不会产生烧结和结渣。 3.3. 埃洛石 埃洛石是一种的低硬度的高铝硅酸盐粘土矿物，化学成分为45.8%的SiO 2 ，37.3%的Al 2 O 3 ，0.5%的Fe 2 O 3 以及微量的CaO和MgO，燃烧温度达到550℃以上时会发生相变，可以与碱金属形成高熔点化合物，其化学组成与高岭土的化学组成相似。Mroczek等 [ 22 ] 分别在小麦秸秆、油菜秸秆、油菜和谷物秸秆混合物、向日葵壳颗粒等几种生物质原料中加入埃洛石作为添加剂，通过检测发现，反应后的沉积物中KCl和NaCl的含量减少，表明埃洛石添加剂可以有效的抑制腐蚀。埃洛石的添加对抑制灰分的烧结和提高软化温度有着积极作用，这种作用受添加剂粒度的影响，添加剂粒度越小，效果越好 [ 23 ]。 3.4. 粉煤灰 粉煤灰存在于燃煤电厂的烟气中，是从电厂排放的烟气中捕集下来的细灰。燃煤电厂粉煤灰的主要组成成分为SiO 2 、A1 2 O 3 、FeO、Fe 2 O 3 、CaO、TiO 2 等，具体化学成分含量因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所变化，我国电厂粉煤灰的成分中SiO 2 约占43%~56%，Al 2 O 3 约占20%~32%，Fe 2 O 3 约占4%~10%。 Coda等 [ 24 ] 以冷杉和农业废弃物的混合物作为原料，加入粉煤灰作为添加剂进行了实验，发现生成物中不仅含有硅铝酸盐，还含有铝的氧化物和其它化合物。由于粉煤灰中含有大量的灰，抑制腐蚀的效果不如单独的Al添加剂，但粉煤灰价格低廉，来源广泛，可以作为生物质锅炉的添加剂。 朱文斌 [ 25 ] 研究了4种不同粉煤灰作为添加剂对对覆盖麦秆灰的15CrMo的腐蚀影响规律，含添加剂的试验组腐蚀增重量与未采用添加剂的对照组对比发现，腐蚀反应受到不同程度的抑制。粉煤灰中含有较多的二氧化硅和氧化铝，化学性质比较稳定，腐蚀性比较小。加入粉煤灰添加剂后，灰中的碱金属氯化物被粉煤灰捕集，转化为其他熔点较高或腐蚀性较低的物质，如硅铝酸盐等。随着碱金属元素被固定，碱金属氯化物中的氯以Cl 2 或HCl的形式逃逸到空气中，积灰中残存的Cl含量大大减少使腐蚀大大减弱。
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user: 4. 添加剂中硅铝比例 Al和Si对于降低生物质灰中Cl的含量都具有一定的效果，高岭土、粉煤灰等硅铝酸盐添加剂加入到燃料中进行燃烧时两种元素共同作用从而抑制生物质灰的腐蚀，如何控制Al和Si两种元素的比例，使添加剂的作用效果达到最大，是硅铝酸盐添加剂及复合添加剂研究的主要方向。 高岭土作为添加剂时，会在燃烧过程中生成高熔点的KAlSiO 4 和KAlSi 2 O 6 从而减缓腐蚀。当添加剂中Si元素含量较高时，反应产物会向K 2 Si 2 O 5 和K 2 Si 4 O 9 转化，其反应方程式如下所示： 2SiO 2 + K 2 O → K 2 Si 2 O 5 (25) 4SiO 2 + K 2 O → K 2 Si 4 O 9 (26) 而K 2 Si 2 O 5 (熔点1015℃)和K 2 Si 4 O 9 (熔点850℃)是低熔点的化合物，这种共晶体化合物存在于灰中并不能抑制锅炉受热面的积灰和腐蚀。 当添加剂中Al元素含量较高时，KAlSi 2 O 6 会转化为KAlSiO 4 ，其反应方程式如下所示： 2KAlSi 2 O 6 + Al 2 O 3 + K 2 O → 4KAlSiO 4 (27) KAlSiO 4 比KAlSi 2 O 6 更稳定，加入适当的Al有助于生成更多高熔点的KAlSiO 4 ，能够提高灰熔点，但铝化合物添加剂的制备造价太高，而加入过多的Al对腐蚀的抑制增强并不显著，且当加入的Al超过一定程度时，并不参与反应。 粉煤灰作为添加剂时，由于其含有一定的钙镁元素，当Si含量高时发生反应生成K 2 Si 2 O 5 ，Ca 3 Si 2 O 7 ，MgOCa 3 O 3 Si 2 O 4 ，Ca 2 SiO 4 等硅酸盐，与添加剂中的Si和Al接触，会优先于K结合生成硅铝酸钙，从而使与碱金属结合的硅铝元素减少。所以调节添加剂中的硅和铝的比例至关重要。 朱文斌 [ 25 ] 将麦秆灰和粉煤灰按不同比例掺混进行了燃烧实验并对元素占比做了分析，结果显示随着Na、K元素的减少和Al、Si元素的增加，腐蚀逐渐减轻，但是腐蚀效果并不是受Al和Si的质量百分数控制，并非Al和Si元素的含量越高，添加剂的效果越好，Na和K的含量也会对其造成影响，当(Al + Si)/(Na + K)的摩尔比较大时，相同的时间内腐蚀增重量减少。且随着硅铝比由2:1逐渐逼近到1:1时，硅、铝元素对碱金属的捕集效果越来越强，与纯麦秆灰相比，添加二氧化硅和氧化铝作为添加剂后，受热面的金属腐蚀效果都得到一定的改善，但铝元素的效果优于硅元素，Si/Al为1左右时，添加剂的效果最好。 赵青玲，王梅杰等 [ 26 ] 将CaO、Al 2 O 3 和硅藻土按一定比例均匀混合，制成复合添加剂，加入到玉米秸秆中进行了实验，测定灰样的灰熔融性后发现，Ca、Al、Si的摩尔比为1:0:2时灰熔点最低，当Ca、A1、Si的摩尔比为1:1:1时灰熔点最高。而后又对每组实验后的灰样进行了元素检测，结果显示：灰中K的含量随着Al所占比例的增大而增大，随Si所占比例的增大而减小，原因是Al会和生物质中的KCl及SiO 2 反应，生成高熔点的硅铝酸盐，从而降低腐蚀程度，而当SiO 2 的量过高时，剩余的SiO 2 和生物质中的K反应生成K 2 SiO 3 (熔点976℃)，K 2 SiO 3 熔点较低会在受热面上凝结加重腐蚀，其反应方程式为： 4SiO 2 + K 2 CO 3 → K 2 O ⋅ 4SiO 2 + CO 2 (28) 同时还发现灰中K的含量随着Ca所占比例的增大而减小，这是由于Ca和K相比更容易与Al、Si发生反应，降低了添加剂的固钾能力。
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user: 5. 结语 本文主要探讨了含硅、铝添加剂对生物质锅炉受热面积灰腐蚀的影响及其作用机理，分析了影响作用效果的因素，并对有关硅铝添加剂中的最佳硅铝比进行了分析探讨，得到如下结论： 1) 添加剂加入到生物质燃料中，通过与碱金属元素和氯元素发生化学反应，生成高熔点的化合物，提高灰的熔点，同时减少灰中碱金属元素和氯元素的量，从而抑制生物质锅炉受热面的结渣和腐蚀。 2) 添加剂的比例、反应温度以及生物质种类都会影响添加剂的作用效果。一般来说，添加剂比例越大、温度越高，抑制腐蚀的效果越好；添加剂对稻秆和麦秆燃烧导致的腐蚀有明显抑制效果，而对玉米秸秆燃烧导致的腐蚀抑制效果较差。实际应用中常采用一些同时包含硅、铝的添加剂，如高岭土、造纸污泥、埃洛石、粉煤灰和硅藻土等。 3) 当添加剂中的硅铝比为1时，抑制腐蚀的效果很好。在添加剂中加入一些含钙的物质，使Ca:A1:Si的摩尔比为1:2:1时，添加剂的作用效果也很好。还可以将现有的几种添加剂以一定比例混合或掺混其它含硅、铝的物质，但需要结合实际的运行情况，以便得到合理的掺混比例。
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user: 摘 要 随着经济的发展和景观、造型对结构工程有越来越高的要求，通过常规软件对异型结构进行计算会存在较多限制，主要受软件的模块或者模型限制，无法对变截面或异形结构进行计算。本文通过研究模拟，介绍通用有限元模拟岩体水平约束、梁单元模拟抗滑桩(或桩板墙)，并通过spa2000及midas Civil软件模拟计算与理正岩土进行对比，验证本文提出的岩土体节点刚度计算方法的正确性和可靠性。 关键词 :通用有限元，抗滑桩，桩板墙，计算 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 常规软件对异型结构进行计算会存在较多限制，无法对变截面或者复杂的异形结构进行计算，需要借用通用有限元软件进行计算，而通用有限元中岩土与结构之间的约束模拟是计算的关键技术，本文通过案例结合现行《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)、《建筑桩基技术规范》(JCJ 94-2008)等规范，介绍通用有限元如何模拟岩土体对水平受荷结构的约束，采用spa2000及midas Civil软件模拟抗滑桩计算与理正岩土进行对比，以验证本文所提出的岩土体对水平受荷结构的节点弹簧刚度计算方法的准确性和可靠性，经验证本文所述的土体节点刚度计算模拟方法与现行规范要求一致，计算结果准确可靠。
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user: 2. 通用有限元模型建模技巧 1) 滑坡推力分布模拟：桩上滑坡推力均布荷载q的计算 q = P × L / h (式-1) 式中：P——桩后滑坡推力剩余下滑力的水平分力(kN/m)； L——抗滑桩中心间距(m)； h——抗滑桩的悬臂端长度(m)。 2) 岩质地基弹簧刚度系数模拟 通用软件中弹簧模拟，建议每延米分4 (或8段，越细越精确)，节点劲度系数K si ，由于第1个节点与最后第i个节点与中间节点( 2 ， ⋯ ， i − 1 )单元长度差异见图1，导致他们的弹簧刚度系数差异。 K s i = K ∗ B P / n ，其中 i = 2 ， ⋯ ， i − 1 (式-2) K s i = K ∗ B P / ( 2 n ) ，其中 i = 1 ， i (式-3) 式中：K si ——第i个节点等效节点刚度(kN/m) K——岩体抗力系数(kN/m 3 )； n——每延米节点分段数； B P ——桩的计算宽度(m)。 桩的计算宽度B P ，参考《铁路路基支挡结构设计规范》(TB10025-2019)第13.2.8条 [ 1 ]，方桩 b > 1 ， B P = b + 1 (由于铁路上为尽量发挥桩的抗弯刚度，常用人工挖孔方桩)。 图1. 岩质地基弹簧刚度系数换算计算模型 《铁路路基支挡结构设计规范》(TB10025-2019)第13.1.2条 [ 1 ] 桩的截面尺寸应根据滑坡推力的大小、桩间距以及锚固段地基的横向容许承载力等因素确定。抗滑桩的截面形状宜为矩形。桩最小边宽度不宜小于1.25 m。 参照《建筑桩基技术规范》(JCJ 94-2008)第5.7.5条 [ 2 ]： 矩形桩 b ≥ 1 时， B P = b + 1 (式-4) 圆形桩 b ≥ 1 时， B P = 0.9 ( d + 1 ) (式-5) 矩形桩 b < 1 时， B P = 1.5 b + 0.5 (式-6) 圆形桩 d < 1 时， B P = 0.9 × ( 1.5 d + 0.5 ) (式-7)
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user: 3. 项目概况 某二级路，土质滑坡，土层厚度6 m，滑面为岩土界面，嵌固岩层为泥岩，单轴极限抗压强度6.7 Mpa，滑坡推力为300 kN/m，抗滑桩悬臂段为6米，嵌固段为5米，桩中心间距为5米，桩采用C30砼，截面为1.5 m × 2 m (宽 × 高)，嵌固段(中风化泥岩)岩体水地基系数K = 60 MN/m 3 (滑坡推力按矩形分布计算)，桩结构由滑坡推力控制，按照《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)表H.0.1-2 [ 3 ] 滑坡推力为偶然荷载，其分项系数取1.0。 按(式-1)，本模型桩上均布荷载 q = 300 × 5 / 6 = 250   kN / m 。 本案例midas和sap2000模型按照每延米4个节点进行划分，则节点的弹簧刚度系数按(式-2)： K s 1 = K s i = 60000 × 2.5 / ( 2 × 4 ) = 18750   kN / m 。 按(式-3)： K s 2 = K s i − 1 = 60000 × 2.5 / 4 = 37500   kN / m 。
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user: 4. 各软件计算结果对比分析 4.1. 理正抗滑桩计算结果 最大弯矩距离顶面6.682 m为5025.088 kN∙m，见图2； 最大剪力距离顶面6.0 m为1500 kN，8.955米1760.714 kN (反向)，见图3； 桩顶最大位移为50.35 mm，嵌固点位移15.4 mm，见图4；土反力图，见图5。 4.2. SAP2000计算结果 最大弯矩距离顶面6.75 m为5026.815 kN∙m，见图6； 最大剪力距离顶面6.0 m为1500 kN，8.875米1766.25 kN (反向)，见图7； 桩顶最大位移为50.7 mm，嵌固点位移15.4 mm，见图8。 4.3. midas计算结果 最大弯矩距离顶面6.75 m为5026.81 kN∙m，见图9； 最大剪力距离顶面6.0 m为1500 kN，8.875米1766.25 kN (反向)，见图10； 桩顶最大位移为50.73 mm，嵌固点位移15.43 mm，见图11。 图2. 弯矩图(kN∙m) 图3. 剪力图(kN) 图4. 位移图(mm) 图5. 土反力图(kN) 图6. 弯矩图(kN∙m) 图7. 剪力图(kN) 图8. 位移图(mm) 图9. 弯矩图(kN∙m) 图10. 剪力图(kN) 图11. 位移图(mm) 4.4. 各软件计算结果对比(表1) 对比发现3种软件计算结果基本吻合，弯矩、剪力和位移的出入都在0.5%以内，桩顶位移位移本身很小，桩顶位移相对误差0.7%，但绝对误差也不大，这些出入是单元划分精度导致的出入，对于结构设计而言，精度是满足要求的。 Table 1 Comparison of calculation result 软件类型 比较项目 理正结果 SPA2000结果 midas结果 数字结果 与理正相对误差 数字结果 与理正相对误差 最大弯矩(KN∙m) 5025.088 5026.815 0.03% 5026.81 0.03% 最大剪力(KN) 1500 1500 0.00% 1500 0.00% 反向最大剪力(KN) 1760.714 1766.25 0.31% 1766.25 0.31% 桩顶位移(mm) 50.35 50.7 0.70% 50.37 0.04% 嵌固点位移(mm) 15.4 15.4 0.00% 15.43 0.19% 表1. 计算结果对比表
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user: 5. 结论 本文结合现行《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)、《建筑桩基技术规范》(JCJ 94-2008)等规范，采用spa2000及midas Civil软件模拟抗滑桩计算与理正岩土进行对比，验证本文所述的土体节点刚度计算模拟方法与现行规范要求一致，计算结果准确可靠，掌握了通用有限元节点刚度换算方法，可以对复杂异形结构进行计算，以解决常规软件不能解决的结构计算问题。
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user: 摘 要 随着社会的发展与科技的进步，我国出现一种新兴的能源——光伏发电。目前，已在我国西北沙漠及戈壁地区建立了一批光伏发电厂，对沙区生态建设具有重要意义。本文针对沙区的气候条件和光照及植被观测资料进行分析，结果表明，1 m 2 光伏电池板转换的太阳能相当于民勤沙区270 m 2 沙漠植被利用的太阳能；光伏发电不占用耕地及其它的土地资源，在不违反国家耕地红线的原则下有效保护国家土地资源；此外，在沙区地区存在多风现象，光伏发电可通过风力发电，消耗沙区出现的风沙流及沙尘暴的动力源，减少沙尘暴的发生；起到沙障的作用，降低风速。因此，光伏发电作为新型能源在沙区生态建设中具有重要作用。 关键词 :光伏发电，沙区，生态效应 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 我国沙区面积广阔，植被覆盖度低，出现风沙流及沙尘暴的频率较高，严重影响生态建设的顺利进行；而沙区地区光照资源较为丰富，在沙区上发展新型能源——光伏发电产业，不但具有良好的经济效益，同时可展现出优质的生态效益，这样有效地调节了地表的热力平衡，还能降低沙尘暴和风沙流强度及发生频率，是经济效益及生态防护达到双赢的一项产业 [ 1 ] [ 2 ]。近年来，随着相关产业政策的出台和各项技术的突破，光伏行业得到了迅速的发展。但是，目前光伏行业存在产能迅速扩大、国内市场尚未启动，产业链中间强、两端弱，专业化、国际化人才短缺，价格恶性竞争加剧等问题，我国的发电站由于诸多因素会呈现出不稳定的形态，那么需要深入分析其问题，加以改善，而光伏发电技术的出现可解决了这一难题。本文针对光伏发电的新型能源在沙漠戈壁的发展中扮演向上的角色进行了简要的分析，为我国实施生态环境保护提供新的发展思路。
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user: 2. 光伏发电的内涵 2.1. 介绍光伏发电 所谓光伏发电是机密结合了生伏特效应的相关理论，在运用太阳能，设计师用科学的思路吧太阳光直接的转成电能，这样的过程称之为新型技术 [ 3 ]。 这要说起世界上的第一个发电站，那是起源于上个世纪60年代的法国出现了第一座以太阳能发电为基础的发电站，就这样太阳能发电向全世界招手。就目前来说，世界上最大的光伏发电区域属于欧盟，它的光伏发电量高达全球的80%。日本在全世界也是太阳能发电大国，由于日本在政策上大力支持每家每户购买一些家用的光伏发电装置，不断提升日本的光伏发电量。相继美国也发布了一些扶持光伏发电新型能源的产业，就好比美国加州只要是居住在商业建筑及公用建筑屋顶上安装太阳能的家庭及企业都可获得国家政府的相关福利以及资金补贴 [ 4 ] [ 5 ]。 2.2. 探寻我国光伏发电的过程 上个世纪80年代初，我国萌发了光伏发电，那时的太阳能电池的年产量约在10 KW以下，价格较为昂贵。上个世纪80年代开始，我国开始重视光伏产业的运行并且给予了一定的政策和资金进行支持，促进了太阳能电池工业的有序发展，大大提高了太阳能电池工业的地位。在此基础上，我国朝着先进国家看齐，购买了一些发电的设备，最为主要的是太阳能电池生产线。在2000年的时候，我国的太阳能电池生产能力不断上升，高达6.5 MW。相继2007年时，通过国家《可再生能源中长期发展规划》条例发布之后，我国立马有了新的光伏发电的目标。希望在2011年，太阳能发电机容量高达300 MW，争取在2020年达到1800 MV。根据我国目前的自然条件来看，河西走廊的光能和风能资源丰富，2014年我国在以河西走廊为主的沙区地区新建多个光伏产业园区，不断将光伏发电作为电力发展的必要途径，目前它的发电量位居全国第一，有“陆地三峡”的称号 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]。
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user: 3. 沙区的简介 我国西北地区沙区面积宽广，出现沙尘暴和风沙流频繁较高，严重制约我国经济发展；2012年，一场强沙尘暴给吐鲁番地区带来高达5540亿元的巨额经济损失。虽然沙区地区光照资源较为丰富，但区域内大面积土地闲置，干燥沙面的沙粒比热小，具有明显的增温效应 [ 10 ]。目前，我国光伏发电的重点转向沙区地区，如我国第一个光伏发电的示范项目在甘肃河西走廊地区展开，不但有利于减少火电厂二氧化碳及其粉尘排放，而且在沙区地区可达到防风固沙的效果。目前国内外针对光伏发电的在生态建设中所发挥的重要作用研究较少，因此，急需根据光伏发电在沙区的应用对其生态效益进行分析 [ 7 ] [ 10 ] [ 11 ]。
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user: 4. 光伏发电作为新型能源在沙区发展的有利条件 4.1. 面积广阔的沙区 我国的沙区地区的面积较为广阔，大多的沙漠处于我国的西北、内蒙古等干旱地区。根据各项研究数据来看，我国的荒漠化土地面积占其他面积的九分之一，其沙化土地面积每年以缓慢的形式上升 [ 12 ]。同时我国的戈壁总面积较多，它占全国总面积的14.12%，戈壁主要分布在我国内蒙古、新疆、宁夏、甘肃等地区，尤其是新疆，它的戈壁面积是最大的，已经占据全国戈壁总面积的一半 [ 9 ] [ 13 ] [ 14 ]；甘肃的东、北、西三面被腾格里、巴丹吉林及其库姆塔格三大沙漠包围，荒漠化土地面积高达19.213 × 10 4 km 2 ，戈壁和沙漠相伴分布，降水量200 mm以下，生态环境较为脆弱。 4.2. 充足的太阳照射 我国沙区的太阳辐射比较丰富，分布状况为西北高东南低，其中新疆北部和甘肃、西藏、青海、宁夏的大部及其内蒙古的中西部的太阳辐射是我国最高的区域，辐射高达1700 KWh/m 2 [ 15 ]；根据数据调查来看，甘肃、新疆、西藏等地区的太阳辐射最高，它一年的太阳总辐射指已经到达4800~6500 KW h/m 2 。主要太阳总辐射等值线效果见图1： 图1. 太阳总辐射等值线效果图 4.3. 拥有丰富的风能资源 我国沙区地区的风能资源丰富，尤其是内蒙古、华北、东北以及甘肃和新疆北部、东南沿海及其云贵高原等多个地区。总而言之，我国的风力资源极为丰富，在世界的领先位置，在河西走廊和省内一些山口地区，那里的风能特备优质，它具备得天独厚的条件，为此修建一个风电基地是极为现实的，推动光伏发电的前行 [ 16 ] [ 17 ]。
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user: 5. 光伏发电在沙区中的生态意义 5.1. 有效调节沙区中热力平衡 根据我国各项数据观察结果来说，在同一时刻、同一地点时，在同一高度的沙面上空气温度始终会高于灌木上空。就相当于，沙面上方20 cm处，此时的温度在21.3℃，而普通地区的温度为19.02℃，说明沙区高度较灌木同一高度平均气温高，导致这一现象出现是砂粒的比热容较小。特别是在我国沙漠戈壁地区极其容易形成沙尘暴，其中沙面的热力不均匀是其一个重要的原因。在春季气温开始上升时，此时的沙面将大量的太阳辐射反射到近地面空气中，最终影响沙漠地区的气温；一旦沙漠地区受到空气热膨胀向上运行，气压降低，当气压梯度较大，风速就越大，大风掠过干燥裸露的沙面时，此时扬起沙尘会造成风沙流及沙尘暴的出现 [ 18 ]。沙面不同地植被有不同的反射率(见表1)： Table 1 Reflectivity of different ground cover on sand surfac 地被物 日照强度 (10 3 Lux) 垂直反射 (10 3 Lux) 法线反射 (10 3 Lux) 平均反射(%) 沙丘部位 重复数 裸露沙面 128.0 16.1 19.2 13.7 顶部、腰部 6 小麦 136.0 5.0 5.0 3.6 苗高15cm 1 耕地 78.0 10.0 11.0 13.5 耕作地 1 地照 136.0 14.0 17.0 11.2 耕作地 1 表1. 沙面不同地被物的反射率 光伏发电是利用接收太阳能，然后将太阳能转化为电能，从而实现光能转换。相关研究数据表明，太阳能和应用材料的结合，实现了19.21%的太阳电能转换率，运用了硅墨太阳能电池转换率可高达20%；光伏发电在一定程度上可消耗沙漠地区多余的太阳能量，就比如科学的运用晶硅型太阳能电池转换效率可以大大提高发电量 [ 19 ]，这样一来，有效利用转化率来保护四个季节的植被光能利用效率，不断提升沙漠地区年光能的利用效率和质量。 5.2. 将光伏发电在运用于沙区中 现如今，生物治沙成为植物治沙的重要部分，植物通过光合原理和蒸腾条件下，能够吸收和消耗一些太阳辐射，不断调节沙漠近地面的热力平衡。这时，需要我们针对光伏产业在沙漠戈壁地区如何防沙固沙进行探讨，分析其过程的生态学意义，需要进行深入探讨。 植物可以通过光合作用及其蒸腾方式有效调节气温的，例如：我国长白山自然保护区的森林较为茂密，它的投影盖度就是100%。由于沙漠地区的降水量稀少，0~5 cm一般是干沙层，含水量不足0.4%；0~30 cm的沙层含水量约为1%左右。由于沙区地区生长的植物自身有许多适应干旱的特征，因此一些植物到了夏季高温时会自动减少蒸发适应干旱天气，因此植物的蒸腾耗水量较少 [ 20 ]。 5.3. 光伏发电起到沙障作用 由于各个地区的地理位置、地形条件、风速等参数不同，在光伏发电中对于太阳能电池板的安装倾斜角度以及偏转角度的大小选择不同。一般情况下，倾斜角度越大时，地区的纬度较高。在我国的西北沙漠戈壁地区主风向特别明显，通过光伏电池和支架的设置，有效起到沙障的作用。基于此，我们结合光伏电池板在一定程度上能够产生小面积的径流，将沙漠戈壁地区的稀少降水进行有效的集中，增加局部降水深度；更能实现光伏电池支架的挡风阻沙作用 [ 21 ] [ 22 ]。
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user: 6. 小结 综上所述，我国的沙漠戈壁面积范围广、面积达，主要分布在光照资源极为丰富的西北地区；光伏产业的开发和应用，可以大大提升沙区的经济效益，改善地表的热力平衡，有效预防沙尘暴和风沙流的出现。我国沙区地区是地表热力不均匀，利用光伏发电可以将沙区地区的光能转化为电能。也可将沙区地区的风能转化为电能，是目前我国防沙治沙措施中机械治沙是最为优质的措施。 总之，沙区地区降水稀少，发展光伏发电新型能源成为未来防沙治沙的新思路，在沙区上具有广阔的应用前景，应该加快启动国内市场、优化竞争环境、建立应对国际市场风险的机制、建立人才培养体系，以提高行业的国际竞争力，并发挥良好的生态效益。
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user: 摘 要 本文依据作者的地震地热说理论与工作方法，结合李四光的地质力学理论，编纂了《北半球表面露出的主要构造带及上地幔的地震柱构造简化图》的草图。该图的初步结果表明，大地构造体系是地壳继承性运动和强迫性运动的舞台与表演体；地震地热说建立的地震柱构造，发现壳内强震与火山喷发的能量来源于上地幔深部的热能积累，从而为地球的地学灾难性变化找到了强大的能源支撑；作为上地幔深部热能积累过程的表征，地震柱构造内部壳下地震的活动趋势性变化为地质灾难的预测提供了大致时间域和大致地域的判断依据；通过大量的地震地热说震例积累，对几十年来已经拥有的地震前兆资料去粗取精、去伪存真，工作做好了，壳内强震与火山喷发等地质灾难都是可以预测的。本文结果提供了一个重要的实用工具，它的经验积累与逐步完善，可能为地学灾难的预测研究带来光明的前景。 关键词 :地震地热说，地震柱构造，构造体系，简化图，北半球 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 地震灾害能否预测，是人类所面临的重大难题之一(图1)。20年前，作者开始从事地震地热说的研究，逐渐形成了一整套相关的理论与工作方法 [ 1 ] - [ 25 ]，似乎能为人们带来某种崭新的理念。为适应研究工作进展的需要，遂决定编纂《北半球表面露出的主要构造带及上地幔的地震柱构造简化图》，将上地幔的地震柱构造和地幔柱，与地质力学的大地构造体系归置于同一张底图上，紧密结合在一起，用于壳内强震与火山喷发的预测研究，寻找预测的突破口。当然，此图可能还会具有更为广泛的用途。现就有关事项加以说明。
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user: 2. 资料 2.1. 地震目录 地震目录取自北加利福利亚地震数据中心(Northern California Earthquake Data Center)的ANSS复合地震目录(ComCat)，时段1963~2019.10，共计包括全球M4+地震记录463，179条(图1(a))。网址包括https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/ (2004年以前)和 https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/#site-sectionnav (2004年及以后)。 2.2. 火山目录 火山目录取自Smithsonian Institution 新生代以来的火山1246座，其中已知最后喷发时间为1960~2019.10的334座，北半球189座(图1(b))。网址为：http://volcano.si.edu/index.cfm。 图1. 全球地震和地震柱构造的分布。(a) 全球地震与地震柱构造(1963~2019.10)；(b) 全球火山喷发与地震柱构造(1960~2019.10) 2.3. 热点目录 热点目录取自Don L. Anderson (Seismological Laboratory， California Institute of Technology)所编制的热点71座，其中北半球已知坐标位置的24座(图1)。网址为： http://www.mantleplumes.org/CompleateHotspot.html。 2.4. GPS观测地壳年度运动矢量图 作者曾从http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html网站获得1999、2000、2001、2007和2010年的年度运动矢量图，如图2所示，但因其网址已经变更，未能获得新的资料。好在这5张图虽然跨度12年，但基本格局一致，年度间只有不大的变化，故以2010年的年度运动矢量图作为基本参照使用。 图2. 全球GPS年度成果图及地表运动模式示意图(据http://sideshow.jpl.nasa.gov网页(2010)改编) 2.5. 地球自转运动的相关参数 地球自转参数由IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service)网站获得，包括1962~2019.12.19地球的极移、地球自转角速度UT1-UTC (UT1-TAI)、日长LOD (length of day)，以及地球的黄经章动dPsi和倾角章动dEpsilon的资料，网址https://www.iers.org/IERS/。 2.6. 北半球表面露出的主要构造带简化图 《北半球表面露出的主要构造带简化图》取自李四光《地质力学概论》(1999年第二版) p. 136的大幅面插页图 [ 26 ]。该著作最早发表在1940年前后，后续多次再版，1999年第二版为扩编版，原著依旧版。该书的第二章，地质力学的方法，即相当于该图的说明书，极为珍要。
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user: 3. 编图方法及结果 本文所编制的图名为《北半球表面露出的主要构造带及上地幔的地震柱构造简化图》，是在李四光《北半球表面露出的主要构造带简化图》的背景上添加了北半球1963~2019.10的M7+地震(区分壳内与壳下)、1960~2019.10的活火山、地震柱构造及其影响区、地幔柱热点，以及GPS观测的地壳年度运动趋势矢量(示意)，得以构成北半球上地幔的地球动力学大致图像，如图3所示。 图3. 北半球表面露出的主要构造带及上地幔的地震柱构造简化图(据李四光《地质力学概论》1999年第二版p. 136插图改编) 该图囊括了地质力学和地震地热说的全部精华，并包含地幔柱热点以及GPS观测的地壳年度运动趋势的最新地学成果，适用于在掌握地震柱构造内的壳下地震活动动态的情况下，在北半球根据上地幔的地球动力学模型判断未来壳内强震与火山喷发的可能地域乃至相关构造体系，对重大地学灾害事件预测研究的有力工具。 目前，该图还只是一个框架草图，需要随着地震地热说预测研究经验的积累而不断优化。
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user: 5. 结论 李四光先生的地质力学，是中华文化的瑰宝。本文只是在巨人的理论基础之上做了一些引申。 1) 大地构造体系是地壳继承性运动和强迫运动的舞台和表演体，地质力学从地质学和物理学、构造力学相结合的角度给予了充分的理论解释； 2) 地震地热说建立了地震柱构造，发现壳内强震与火山喷发的能量来源于上地幔深部热能积累，从而为地球的地学灾难性变化找到了强大的能源支撑； 3) 作为上地幔深部热能积累过程的表征，地震柱构造内部壳下地震的活动趋势性变化为地质灾难的预测提供了大致时间域和大致地域的判断依据； 4) 通过大量的地震地热说震例积累，对几十年来的地震前兆资料去粗取精、去伪存真，工作做好了，壳内强震与火山喷发的预测研究将会具有光明的前景。 为了实现上述目标，本文的编图工作初步提供了一个重要的实用工具。当然，这张草图还必须在今后的实践之中不断积累经验，不断完善，以致规范化。
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user: 重要申明 本文特别申明：《北半球表面露出的主要构造带及上地幔的地震柱构造简化图》是在李四光《地质力学概论》1999年第二版p. 136大幅面插图的基础上编纂的，因此图3中的大地构造带黑白底图、构造带图例及图例说明，版权属于原作者。
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user: 摘 要 本文研究了一类分数阶非线性伪抛物方程的弱解问题。首先通过能量方法讨论得到方程解的先验估计，然后利用Galerkin方法构造近似解序列来证明方程弱解的存在唯一性。 关键词 :先验估计，Galerkin方法，弱解 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 我们考虑分数阶非线性伪抛物方程的以下初始边值问题 u t + ( − Δ ) α u t + ( − Δ ) α u − μ ( ∇ u ) Δ u + ( 1 + σ ( ∇ u ) ) u = f ( x ， t ) ， (1) u ( x ， t ) | x ∈ ∂ Ω = 0 ， (2) u ( x ， 0 ) = u ˜ 0 ( x ) ， (3) 其中 t > 0 ， x ∈ Ω ， Ω ⊂ R 是有界光滑域，T和 α 是正常数， 是满足后面指定条件的给定函数。 伪抛物线方程 u t − u x x t = F ( x ， t ， u x ， u x x ) ， (4) 由Coleman等人于20世纪60年代发现，用来模拟不稳定的简单剪切流的特殊运动状态 [ 1 ]。伪抛物线方程用于各种领域，例如均匀流体通过裂隙岩石的渗漏 [ 2 ] (三阶项的系数表示岩石的裂隙程度，其减小程度对应于增加裂纹的程度)，非线性色散长波的单向传播 [ 3 ] [ 4 ] (其中u是振幅或旋度)，种族迁移的描述 [ 5 ] (其中u是人口密度)。由于伪抛物线方程的广泛应用，它们引起了数学家的极大关注，例如讨论了解的存在性、渐近行为、正则性和衰减性 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]。 描述小振幅长波在非线性色散介质中的传播过程时，经典的伪抛物线方程通常必须考虑耗散机制，以便准确反映实际情况。但是，引起波衰减的机制非常复杂，人们对其了解不多。在这种情况下，人们可能被迫依赖耗散的临时模型 [ 10 ]。在对平面波的单向传播进行建模时，需要在模型中增加非线性和色散的耗散，如下式 u t + u x + u u x − v u x x − u x x t = 0 ， (5) 其中 v > 0 是固定常数。方程(5)有时被称为Benjamin-Bona-Mahony-Burgers (BBMB)方程，它是Benjamin-Bona-Mahony (BBM)方程 [ 3 ] 和Burgers类型耗散项 [ 8 ] 的结合。最近，许多科学家开始注意到出现在工程学和物理学中的三级流体流动数学模型框架中的BBMB方程 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]。T.Aziz等人研究了以下的BBMB运动方程 ρ u t = μ u y y + α 1 u y y t + 6 β 3 ( u y y ) 2 u y y − φ k ( μ u + α 1 u t + 2 β 3 ( u y ) 2 u ) ， (6) 其中 y > 0 ， t > 0 ，u表示速度分量， μ 表示粘度系数， α 1 和 β 3 是材料常数 [ 11 ]。方程(6)适用于带有多孔介质的刚性板上非定常流动三级流体的数学模型。后来，在 [ 14 ] (可以看作 [ 11 ] 的延续)中，作者在如下改进的非定常流动三级流体方程中证明了解的存在性，唯一性和指数衰减 u t + α ( − Δ ) u t + ( − Δ ) u − μ ( ∇ u ) Δ u + ( γ + β σ ( ∇ u ) ) u = f ( x ， t ) ， (7) 其中 α = β = γ = 1 ， μ ∈ C ( R ; R ) ， σ ∈ C 1 ( R ; R ) 和 y ( ∫ 0 y z σ ′ ( z ) d z ) ≤ y 2 σ ( y ) ( y ∈ R ) 。 分数耗散算子 ( − Δ ) α 可以看作是Levy稳定扩散过程的无穷小生成器。与微积分方程相比，它可以更准确地描述某些物理现象 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]。因此，越来越多的科学家致力于分数阶微分方程的研究 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]。 基于以上工作，我们研究了分数阶方程(1)-(3)的弱解的存在性和唯一性。
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user: 摘 要 为了防治水稻白叶枯病菌这种世界性细菌病害对水稻育种的不利影响，水稻中的不同的抗病基因的挖掘对水稻的遗传育种起着至关重要的作用。而白叶枯病菌为了应对这种压力也在不断的进化。因此，研究白叶枯病菌的致病机理对防治水稻白叶枯病同样重要。本文通过对白叶枯病菌的侵染途径及其分子机理进行概述，为其他治理白叶枯病的研究提供借鉴。 关键词 :白叶枯病菌，致病机理，侵染途径 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 水稻白叶枯病(Bacterail blight)是由水稻白叶枯病菌(Xanthomonas campestris pv. Oryzae)所引发的一种世界性细菌病害，是稻黄单胞杆菌的白叶枯致病变种。它发生范围广、流行速度快、危害大、突变性高，给世界各地水稻种植生产造成了巨大损失，现今除在亚洲等地流行外，在非洲、美洲也都有发生。白叶枯病发生于水稻的各个生育期，通过侵染植物的维管组织，在整个植物中繁殖传播。其病原菌的形态特征主要表现为两端钝圆，并呈短杆状(如图1所示)。经革兰氏染色结果显示为阴性，且在菌体外部存在一层呈黏胶质的多糖，此多糖的作用是为了保护病菌细胞能在外界胁迫等不良条件下生存。病菌产生的胞外多糖黄原胶还能够堵塞受感染的维管组织，从而导致快速萎蔫 [ 1 ]。 图1. 水稻白叶枯病病菌
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user: 2. 白叶枯病菌的侵染途径 白叶枯病菌对水稻的侵染是一个逐渐蔓延的过程，首先白叶枯病菌可以利用水稻的气孔或者是当水稻发生创伤而产生伤口时入侵到水稻组织中，在进行大量增值的时候是发生在维管束中。由于在维管束中大量增值，导致维管束发生堵塞，植物的营养无法得到供给，就会使得水稻叶片的枯萎，最终由于叶片的枯萎导致水稻产量的严重下降。同时为了抵抗植物的先天免疫系统，白叶枯病菌还会合成很多有毒、致病的因子如酶、毒素、激素等来抑制水稻的先天免疫以便自己的生殖。另一方面，黄原胶和脂多糖这两种物质也是在白叶枯病菌侵染的过程中合成的，为了有利于病原菌的侵染和扩散，通过分泌产生的黄原胶这种物质便可以促进胼胝质在水稻细胞壁表面积累，这样更有助于病原菌在水稻细胞表面的吸附 [ 2 ] [ 3 ]。
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user: 3. 白叶枯病菌的主要分泌系统 蛋白质分泌在细菌与环境及其他生物的相互作用中起着关键作用。为了抑制植物的免疫反应，病原菌会分泌很多与植物免疫反应相关的蛋白质。当植物的免疫被抑制的同时，病原菌的毒性也能够得到提高。然而，由于植物细胞表面存在细胞壁，要实现蛋白质从细菌体内转运到植物细胞内的跨膜转运是比较困难的，为了实现蛋白质的跨膜转运，细菌已经进化出复杂的分泌系统。而白叶枯病病原细菌是一种黄单胞杆菌，黄单胞杆菌可以利用自身的多种分泌机制进行侵染，而其中的III型分泌系统(T3SS)是和致病性密切相关的，很多已经确定功能的基因都和分泌系统密切相关。T3SS自25年前被发现以来，由于其在致病力中的中心作用而备受关注。研究发现T3SSs跨越了三层细胞膜，即细菌内膜、细菌外膜和真核宿主细胞膜，使细菌能够将效应蛋白传递到宿主细胞中，它们能够影响宿主细胞的细胞功能从而有助于细菌的存活和定植。分泌的效应蛋白在数量和功能上各不相同，这反映了与特定宿主的共生或致病性相互作用时需要不同的效应蛋白。尽管存在这种多样性，T3SSs的结构和分泌机制仍然非常保守 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。 T3SSs存在于革兰氏阴性细菌病原体和共生体中，主要作用是负责蛋白质的转运，类似于一种分子注射器。T3SSs能够形成穿过细菌细胞膜和宿主细胞膜的通道，使细菌能够将许多效应蛋白注入宿主细胞细胞质，并与多种宿主建立相互作用。 T3SSs在进化上与鞭毛有关，许多与鞭毛组装有关的重要的结构和部件都是高度保守的。这些高达数百万道尔顿的复合体结构的组装和功能需要20多种蛋白质 [ 4 ]，但是这些蛋白在不同的细菌中被赋予了特有的名称，这使得跨物种的比较变得更加困难。分泌和细胞移位(Sct)前缀被认为是T3SSs保守组分的统一命名，并已被广泛采用 [ 6 ]。T3SSs横跨细菌内外膜和宿主细胞膜，包括胞浆ATP酶复合物、胞质环(C环)、内膜出口装置、基底(位于细菌内外膜内，包围内杆和针)等亚结构，以及位于宿主细胞膜中的易位孔。基底是一系列的环状结构，嵌在细菌的内外膜中 [ 6 ] [ 7 ]。SctJ和SctD在内膜形成同心环，分泌素SctC在一些T3SSs中由一种叫做前导蛋白的小脂蛋白引导形成外膜环。出口装置位于基底部，由SctR、SctS、SctT、SctU和SctV五种膜蛋白组装而成。出口装置的正下方是由SctQ形成的C-环和由ATP酶-SctN、茎秆蛋白SctO、定子蛋白SctL和辅因子SctK组成的ATP酶复合物，这些组成部分构成了底物募集和分泌的分选平台 [ 8 ] [ 9 ]。内杆通过“套筒”结构连接到内膜环，有助于将针固定到基体上。针头从细菌表面伸出，在一些T3SSs中被SctA针尖复合体覆盖。尖端复合物有助于转运子SctE和SctB在宿主细胞膜上组装易位孔；这在细菌胞质和宿主细胞胞质之间建立了一个管道，从而实现效应蛋白的直接传递。针头的长度由SctP蛋白控制，SctU和SctW调节分泌层次，这是蛋白质底物分泌的时间顺序 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]。此外，许多分泌蛋白质需要同源伴侣来分泌 [ 14 ] [ 15 ]。一种有功能性的T3SS，包含基底体和针，也被称为“针复合体”，相当于鞭毛的弯钩基体复合物(HBB)。整个T3SS装置也被称为“注射体”。而效应蛋白最终将通过这个注射体浸染进入植物细胞，从而扰乱植物的防御系统。