DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 正交试验结果与极差分析 正交试验的正交性和综合性减少了繁杂的试验次数，表5为本试验所设计的四因素三水平数据处理结果。A (水灰比)因素在第i水平下试验数据和值的平均数为K Ai ，其数据的变化就可以大体代表A因素在不同水平下对该性能试验数据的影响结果，所以R A (因素A的极差)可以看作是A因素的水平变化对该物理性能影响程度的大小，R A 越大说明A因素影响程度越大。 Table 5 Orthogonal test results of permeable brick 因素 抗压强度/MPa 开口孔隙率/% 透水系数/(cm·s − 1 ) K 1 K 2 K 3 R K 1 K 2 K 3 R K 1 K 2 K 3 R A 16.8 27.9 26.4 11.1 5.8 2.7 5.2 3.1 0.036 0.021 0.022 0.015 B 25.6 17.9 27.6 9.7 3.3 4.7 5.7 2.4 0.018 0.041 0.020 0.023 C 23.3 20.0 27.9 7.9 5.6 4.3 3.7 1.9 0.022 0.039 0.017 0.022 D 16.7 15.8 38.7 22.9 4.8 4.7 4.2 0.6 0.013 0.022 0.043 0.031 表5. 透水砖正交试验结果 注：A、B、C和D分别为水灰比、骨胶比、骨料级配和骨料种类；K i 为第i水平下该因素所做试验的数据之和的平均数，极差R是K i 最大值与最小值的差值。 由表5可知，在抗压强度试验中，骨料种类的极差最大，说明骨料种类对再生透水砖抗压强度影响程度最大，其中采用废弃混凝土作为骨料时的抗压强度K值为38.7 MPa，是废旧砖作骨料透水砖抗压强度K值15.8 MPa的2.45倍，这与成高立 [ 15 ] 试验研究结果相同，其它对透水砖抗压强度影响显著因素依次分别为水灰比、骨胶比和骨料级配，图2为不同因素不同水平下抗压强度变化图，由图2可知，随着水灰比的增加，抗压强度先增大后减小，随着骨胶比的增加抗压强度先减小后增大。根据试验结果，最优水灰比为0.3，骨胶比为5，骨料粗细比例为7:3，骨料为废旧混凝土效果最佳。 图2. 不同因素下透水砖的抗压强度 根据表5，各因素对透水砖开口孔隙率影响显著程度依次为：水灰比 > 骨胶比 > 骨料级配 > 骨料种类。图3为不同因素影响下透水砖的开口孔隙率，从图3可以看到，透水砖的开口孔隙率随着骨胶比的增大而增大，随着骨料粗细比例的减小和骨料种类的变化而减小。另外，骨料种类对开口孔隙率的影响最小。 图3. 不同因素下透水砖开口孔隙率 各因素对透水砖透水系数的影响程度顺序为：骨料种类 > 骨胶比 > 骨料级配 > 水灰比，由图4可知，透水系数随着水灰比的增加而减小，极差值最小，说明水灰比对透水系数影响较小；随着骨胶比和骨料级配的水平变化呈先增大后减小的趋势，且骨料种类对透水系数影响最大。 图4. 不同因素下透水砖的透水系数 3.2. 影响因素分析 抗压强度和透水系数是透水砖主要性能指标，其中骨料种类对抗压强度影响最大，其原因主要是废旧混凝土破碎而成的骨料与新水泥砂浆之间物理契合性高，而且新水泥砂浆可能会引起旧水泥砂浆产生新的水化反应，提高骨料之间的摩擦强度而提高混凝土的抗压强度，水灰比和骨胶比主要对骨料之间粘结的强度有影响，由此可知：再生混凝土透水砖的抗压强度主要受骨料与水泥砂浆粘结强度的影响。 从图3和图4可以看出，在本试验中开口孔隙率与透水系数没有表现出相关性，可能是因为开口孔隙率高不代表透水砖内的连通开口孔多，如前所述，开口孔受到水灰比及骨胶比的影响显著。这是因为在其他因素不变的情况下，胶凝材料的减少使水泥砂浆与骨料之间结合界面的厚度发生了变化，并且骨料之间可能由原来的通过水泥砂浆的面接触粘结发展为通过点接触粘结，生成了新的空隙，从而提高了开口孔隙率；而骨料粗细比例的减小提高了拌合物中细骨料(2.5~5 mm)的相对占有率，进一步降低了骨料之间的空隙，并且骨料表面的部分开口孔也会因骨料彼此间接触面积的增加以及水泥砂浆的填充而变为闭口孔。 3.3. 数据的方差分析 为进一步确定在极差分析中各因素对透水砖各项性能的影响是否显著，对试验数据进行了方差分析，结果如表6所示。 Table 6 Analysis of variance of permeable brick performanc 因素 A (水灰比) B (骨胶比) C (骨料级配) D (骨料种类) 误差E 抗压强度 平方和S 217.6 157.4 108.7 1023.5 109.0 自由度f 2 2 2 2 2 均方和V 108.8 78.7 54.3 511.7 54.5 F比 2.0 1.4 1.0 9.4 开口孔隙率 平方和S 162.0 8.7 2.9 0.6 0.6 自由度f 2 2 2 2 2 均方和V 8.1 4.4 1.5 0.3 0.3 F比 27.0 14.5 4.9 1.0 透水系数 平方和S/10 −5 42.2 97.4 64.1 126.5 42.2 自由度f 2 2 2 2 2 均方和V/10 -5 21.1 48.7 32.1 63.3 21.1 F比 1.0 2.3 1.5 3.0 表6. 透水砖性能方差分析 由表6可知，透水砖抗压强度中F比最大值F D = 9.4，开口孔隙率试验中F比最大值F A = 27，与显著水平临界值F (2，2)0.10 = 9.0和F (2，2)0.05 = 19.0相比，抗压强度试验中F D = 9.4 > F (2，2)0.10 = 9.0，说明在0.10的水平上(90%可信度)骨料种类对抗压强度试验的影响显著；在开口孔隙率试验中F A = 27.0 > F (2，2)0.10 = 9.0且F A = 27.0 > F (2，2)0.05 = 19.0，由此可见，水灰比对开口孔隙率的影响无论在0.10水平上还是0.05水平上(95%可信度)都具有显著性，而F B = 14.5只大于F (2，2)0.10 ，可以确定水灰比为开口孔隙率的主要影响因素；在透水系数试验中，骨料种类为最大影响因素，但得到的F比都小于F (2，2)0.10 ，因此各因素在0.10水平上都不具有显著。
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user: 4. 结论 1) 影响再生混凝土透水砖抗压强度的主要因素为骨料种类，且与骨料和水泥砂浆粘结强度大小有关，不同骨料种类的再生骨料与砂浆之间的粘结能力不同。为使透水砖达到良好的抗压强度，宜采用废旧混凝土作为骨料，且本试验范围内，最优水灰比为0.3，骨胶比为5，骨料级配为7:3。 2) 开口孔隙率的最大影响因素是水灰比，骨料种类是影响透水系数的关键因素，开口孔隙率大小与透水系数无直接关系。骨料种类、水灰比和骨胶比是影响再生混凝土透水砖抗压强度、开口孔隙率与透水系数的主要因素，且抗压强度与透水系数有较好相关性。 影响再生混凝土透水砖使用的主要指标为抗压强度和透水系数，本研究得出骨料种类是影响两种指标的关键因素，且都在第三水平(废旧混凝土作为骨料)达到最大值，因此，宜将废旧混凝土作为骨料制备透水砖，并对影响其性能的主要参数进行深入分析。
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user: 摘 要 针对隧道穿越滑坡影响区的现象，以某高速公路某座隧道为例进行技术探讨，介绍了隧道工程概况及滑坡区域基本工程地质条件。以隧道结构力学性状分析、监测与控制为基本思路，布置针对临时应急斜支撑的监测措施。综合使用工程地质因素定性分析法与警戒界限法进行监测成果分析，研究引起斜支撑应力波动的影响因素，分析评价了温度对临时斜支撑应力的影响程度，减小甚至规避了监测数据表面缺陷，并针对临时斜支撑拆除的可行性提出了合理化建议。从施工期应急整治完成至今，该隧道已安全运营5年，实践证明，对临时应急支护结构进行力学监测是必要的，对监测成果数据深层次分析是科学的，值得类似工程借鉴。 关键词 :隧道，滑坡，应急支护，可拆除性，监测 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 随着公路、铁路、水利水电等基础设施建设工程的持续发展，人类对地下空间的研究、开发和使用愈发强烈，相应的地质问题也愈发突显，滑坡问题就是其中的首要地质问题。在山区道路工程建设过程中，路基工程面临的滑坡等地质问题屡见不鲜，人类对其已经研究积累了丰富的诊治经验。对长大隧道来说，涉及地质问题更为复杂，尤其在勘察期间受各种主客观因素的制约，单纯依靠施工前的勘察报告，很难对隧道开挖面前方的复杂地质条件可靠把控。而对于隧道洞身段穿越滑坡(及影响区)的地质问题，因其隐蔽性强、相互位置关系复杂而成为制约隧道安全与滑坡稳定的隐秘陷阱 [ 1 ] [ 2 ]。 隧道穿越滑坡影响区的施工过程中，一旦认识不清，措施很难得当，极易诱发坡体变形，进而产生失稳破坏，酿成工程事故甚至重大工程地质灾害。在对地质情况未明晰掌握的情况下，隧道结构破坏与滑坡失稳风险的发生概率剧增，变形异常甚至局部破坏几乎不可避免，为此，常常不得不进行应急抢险加固。而在应急抢险过程中，难免会采取一些临时加固措施。应急抢险效果如何，临时支护措施能否拆除、何时拆除，终将成为摆在工程建设者面前的一项难题，必须有理有据，慎重决策。为了解决这一难题，在应急抢险中，应忙而不乱，尽力创造条件，对主要应急支护结构实施力学监测。对监测数据去粗取精以提高可靠度，挖掘处理数据背后的内涵信息，深入分析隧道结构的受力性状、滑坡的发育特征及其与隧道的相互关系，通过这样的严“诊”才能使得工程处“治”有的放矢、对症下药，做到经济技术双重优化 [ 3 ] [ 4 ]。 本文即以某穿越古滑坡体的隧道施工应急抢险工程为例，重点从监测角度分析了临时应急支护结构的可拆除性，为工程处治提供了决策依据，更指出了隧道施工应急抢险过程中应急监测工作的重要性和监测数据深层次分析的必要性。
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user: 2. 滑坡影响区隧道工程地质概况 研究对象为四川某高速公路隧道。隧道左线长978 m，右线长1029 m。某滑坡位于一近正北向斜坡上，隧道洞身前半段大约600米范围位于滑坡体区域内。滑坡呈“W”形发育，滑坡所处斜坡整体坡度21˚左右，上陡下缓，中下部发育缓坡平台，滑坡总体长度约600 m，宽度400~900 m，前宽后窄，地表大部分被垦为耕地，其中水田约占一半，该斜坡为村委驻地，斜坡上修建有大量民房和一所小学(图1、图2)。 图1. 滑坡鸟瞰图 图2. 滑坡与隧道线路相对关系平面示意图 根据多次勘察成果分析，该滑坡属覆盖层(土质)滑坡，为巨型顺层岩质古老滑坡，具多级滑动、地表分区等特征，现状基本稳定。根据现场调查及勘探资料，该滑坡的滑面为顺层的基覆界面，且该地夏季雨量较大，在暴雨作用下，斜坡前缘土体软化，发生开裂和滑动，纵横较宽，滑体平均厚度约20~30 m，为大型覆盖层滑坡。该滑坡平面上呈圈椅状，滑体主要由第四系堆积土体组成，自重固结作用较好，结构稍密；滑体上为农田。该滑坡在隧道施工前期呈稳定状态。 在纵剖面上，隧道左右线均不同程度的位于滑坡体内，其中左洞ZK12+512~ZK12+835段全断面皆处于I区滑坡体内；右洞K12+506~K12+720段左上侧处于I区滑坡体内。隧道受滑坡影响区范围大约658 m (左洞ZK12+512~ZK12+170) (图3)。 图3. 滑坡与隧道(左线)洞身相对关系剖面示意图
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user: 3. 滑坡与隧道结构变形破坏现象 1) 滑坡分区特征 滑坡共分为两个大区(I区和II区)，I区位于ZK12+840之前段(西侧)，该区滑坡主滑方向约354˚，前后长约980 m，宽约330 m，占整个滑坡平面面积约53%，滑体平均横坡坡度18.5˚，发育两级平台；II区滑坡位于ZK12+840~ZK13+160段(东侧)，该区主滑方向358˚，滑体前后长550 m，平均宽度405 m，占整个滑坡平面面积约47%，滑体平均横坡坡度17.8˚，坡体上发育一级平台，滑体最大厚度达65.5 m，平均厚度30 m，整个滑坡方量达1100多万方，属巨型深层岩质顺层古老滑坡。 2) 滑坡变形体变形破坏现象 隧道开挖通过滑坡I区时，形成开挖临空面，引起右侧土体变形、地表开裂以及隧道开裂变形，地表上主要在I区滑体的隧洞右侧形成周界明显的变形体。 3) 隧道变形破坏现象 某年10月13日，左洞ZK12+829~ZK12+817段二衬及仰拱斜向开裂，10月15日开始发现右洞K12+540~K12+720段右侧拱腰及左侧拱脚有纵向裂缝，最大裂缝宽度3 mm。右洞拱顶偏右侧及左侧拱脚位置亦开始出现裂缝，拱顶裂缝以纵向为主，拱脚位置纵向和横向、放射状皆有。10月18日，裂缝有发展延伸趋势，拱顶纵向裂缝已连通，左侧拱脚位置出现了更多放射状、纵横向裂缝。10月21日，拱顶裂缝基本贯通，其它位置裂缝继续呈发展趋势。
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user: 4. 应急支护措施及监测布置 隧道右洞二衬开裂段主要采取“套拱 + 临时斜撑 + 横撑”的应急加固措施。为了掌握临时斜撑的受力情况，了解加固效果和隧道结构稳定性状态，以及随着后期基底注浆、骑缝锚杆、钢纤维喷射混凝土套衬等加固措施的陆续完成，斜撑的可拆除性等，临时布置了针对斜撑应力的监测措施(图4)。即在临时钢管斜撑跨中处上下表面分别布置1个表面应变计，通过表面应变计与斜撑的同步变形和受力来反应斜撑的应力情况 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。 图4. 应急斜撑监测布置示意图
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user: 5. 应急监测分析 5.1. 由果索因基础分析 1) 左洞下导开挖产生轻微的切脚作用引起后方坡体产生局部滑移趋势和势能，体现在右洞的反应是挤压收敛变形和斜撑压力增加。左洞开挖打破了原有的平衡状态，若要达到新的平衡势必发生一定规模的变形或应力调整。右洞应力突变最大的斜撑SS1 (K12+560)与左洞下导开挖位置连线方向与原滑坡潜在主滑方向(大约为10˚)基本平行。综上推测认为，左洞的下导开挖不一定是影响应力量值的主要因素，但却对应力初始调整起着“先导”作用 [ 8 ] [ 9 ]； 2) 隧道顶部上方地表6月3日开始进行的大规模清方作业也有一定影响，清方施工对原有平衡状态存在扰动，使得洞内斜撑受力产生微小的波动。在6月4日~6月5日的测试中发现，当拱顶上方在清方时测试数据显示为应力增加，当停止清方时测试数据显示为应力呈平稳~下降状态。但是在6月5日晚上9:50测试中，清方作业依然在进行中，而测得数据显示，应力有较明显下降。在接下来的观测中，应力还在不断减小，因此我们推测，洞外清方对斜撑应力也有影响，但作用程度并不强，或者可以理解为洞外清方对于斜撑受力敏感程度低 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]； 3) 前几日降雨也可能是影响因素，因为右洞K12+575左右位置出现点、线状出水现象，这是在之前数月内没有的。雨水从地表渗入隧道上方，而隧道排水系统排水需要一定的时间，积水与含水量增加的同时，对隧道结构也为会产生加载挤压影响，最后反应为洞内的受力增加，但这不能解释应力的波动原因。综上分析推测，降雨加载对斜撑应力增加也会产生影响，但作用程度不明显。 4) 考虑到物的热胀冷缩性质，温度的变化也可能是引起应力发生变化的影响因素，洞内斜撑采用的是Q235钢管，直径160 mm。因为考虑到只是应力在一个区间内波动，早上低，中午高，晚上低，而其他变形监测数据却呈现基本平稳状态，所以开始从材料上考虑应力变化的可能性。斜撑所用钢管材质的线膨胀性对温度反应是较敏感的，钢管受热要产生膨胀变形，固定端头阻止其变形就会导致压应力增加 [ 13 ]。 5.2. 单位温差(1℃)产生的膨胀应力估算 该隧道右洞临时斜撑钢管所用材质为Q235普通碳素钢，即指这种材质的屈服值在235 MPa左右。 热膨胀系数Thermal Expansivity (符号α)，一般是指线膨胀系数，单位是1/K，是随温度变化的一个材料热学性能参数。热膨胀系数在较大的温度区间内通常不是常量。温度变化不是很大时，α就成了常量。当温度在20℃~100℃时，Q235钢热膨胀系数在(10.6~12.2) × 10 −6 /K，当温度小于20℃时，Q235钢热膨胀系数比前者甚小，可以相对忽略，此处就以经验值进行估算，并取Q235钢弹性模量E = 206 GPa。 假设温差 Δ T = 1 ℃ ，按两端约束条件按固定端考虑，由广义虎克定律知应力变化量： Δ σ = ε ⋅ E (1) 轴向线应变： Δ σ = ε Δ l l (2) 轴向线伸长量： Δ l = α ⋅ Δ T ⋅ l (3) 即应力变化量： Δ σ = ε ⋅ E = α ⋅ Δ T ⋅ E (4) 代入数据得： Δ σ = ( 10.3 ~ 12.2 ) × 10 − 6 × 1 × 206 × 10 3 = ( 2.2 ~ 5 ) MPa (5) 即温度每上升或下降1℃，应力增加或减小2.2~2.5 Mpa。 5.2. 温差效应分析 1) 简易计算 [ 7 ] 以距离洞口最近第一个斜撑下缘的表面应变计SS1所得监测数据为例，按式(5)计算所得结果如表1所示。 Table 1 Computation sheet between temperature and stress for emergency diagonal bracin 时刻值 温度 T/℃ 温差 Δ T /℃ 温差引起应力变化量估算值/MPa 应力变化量实测值 Δ σ /MPa 温差贡献率/% 2016-05-28 09:12 18 +6 +(13.2~15.0) +21.9 +(60.3~68.5) 2016-06-03 19:02 24 2016-06-05 18:50 26 −4 −(8.8~10.0) −9.4 −(94.0~96.0) 2016-06-05 21:50 22 2016-06-05 21:50 22 −1.5 −(2.2~2.5) −1.8 −(120.0~139.0) 2016-06-06 00:50 20.5 表1. 应急斜撑温度与应力关系计算表 注：表格中“+”代表增加，“−”代表减小。 综上分析大致可以粗略了解，5月28日09:12~6月3日19:02时间段内，温差对斜撑应力突变的作用较小，而其它阶段斜撑应力变化几乎都是由温度变化引起。 2) 温度与斜撑应力关系的时程趋同性分析 在同一个图表内分别绘制SS1 (K12+560)、SS2 (K12+580)、SS3 (K12+600)、SS4 (K12+620)等四个断面的温度时程曲线和斜撑应力时程曲线，如图5所示。 图5. 各断面斜撑应力与温度时程曲线 为了更明晰的了解温度与斜撑应力的趋同性，在常规监测频次的基础上进行了加密观测。继续以第一个斜撑下缘的表面应变计SS1为例，截取局部时段(2016年6月3日至2016年6月7日)加密监测数据进行分析，绘制了局部时段的斜支撑应力时程曲线(图6)。 由图6分析可知，斜撑应力时程曲线和温度时程曲线趋同性颇高，尤其自6月4日13:25开始，趋同性最高，这一点也从一定程度上反应了自此时间段后的斜撑应力波动变化主要受温度控制。 图6. 局部时段的斜撑应力与温度时程曲线 5.3. 临时斜撑的拆除可行性分析 该隧道斜撑为应急抢险阶段的临时加固措施，终归是要拆除的，但何时可以拆除，一方面要了解其它加固整治措施的效果发挥情况，另一方面要掌握临时斜撑初始、历史及当前的受力情况。在前文关于温度影响研究的基础上，对温度影响进行过滤后，得出如表2所示的拆除分析建议表。 Table 2 Analysis and calculation table for emergency diagonal bracin 仪器编号 桩号 初始安装稳定后 (2015-11-02 9:08) 温度过滤后应力历史峰值 温度过滤后应力现值 (2016-07-06 19:31) 拆除评估建议 应力 (MPa) 温度 (℃) 发生时间 温度 (℃) 应力代表值 (MPa) 温度 (℃) 应力代表值 (MPa) SS1 K12+560 0.047 13 2016-01-04 16:31 9 −37.6 24 −19 低于历史峰值， 需进一步监测论证 SS2 K12+580 -0.813 13 2016-06-20 12:40 23 −34.2 24 −27 低于历史峰值， 需进一步监测论证 SS3 K12+600 1.067 13 2016-01-24 12:56 2 −77.2 23 −46 低于历史峰值， 需进一步监测 SS4 K12+620 0.777 13 2016-12-04 16:25 9 −18.2 24 0 基本无受力， 可拆除 备注 受力正值表示受拉，负值表示受压。 表2. 应急斜撑拆除分析计算表
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user: 6. 结语 综上所述，斜撑应力的变化，是在变形体及斜撑等支护结构自身客观条件的基础上，因多种外界因素影响而产生的，外界因素的工况组合关系及其造成的影响非常复杂，无法一一量化，但透过一些数据的分析处理，可以获晓其总体规律。总体规律为：1) 左洞下导开挖是产生应力较大幅度调整的“先导”；2) 温度变化是导致斜撑应力较大规模波动的“直接因素”；3) 上部清方施工与降雨是斜撑应力不规则波动变化的“影响因素”。 关于当前情况是否可以进行斜撑拆除，建议可首先拆除SS4，其它位置的临时斜撑，尚需继续保持监测，根据监测指标变化情况做进一步评估。 综上亦能说明，在隧道应急抢险工程施工过程中，针对关键部位、关键工序、关键支护构件布置应急监测措施是非常有意义的，同时针对监测数据进行深层次的挖掘分析也是极其必要的。基于此，能使工程处治有理有据，安全风险受控。
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user: 摘 要 吊点的确定是结构整体吊装工程中的一项关键性技术问题，合理的吊点布置是桁架吊装能够安全顺利进行的重要保障。外界环境、起重设备的起重能力、结构本身的结构形式以及工程实际经济条件等因素都会对吊点的确定产生一定的影响。本文以太原水上运动中心终点塔的钢结构屋面桁架吊装工程为依托，综合考虑施工现场情况和屋面桁架的力学性能，在ANSYS参数化建模和MATLAB编程的基础上，为避免单目标优化带来的局限性，将多目标粒子群算法应用于屋面桁架的吊点优化中，实现了结构吊装方案的优化，从而达到指导施工的目的。 关键词 :施工力学，多目标粒子群算法，整体吊装，吊点优化 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 近年来，国内外建筑结构愈发趋于大跨度、超高层和异形，而复杂的结构形式以及地质特点不仅对结构设计提出了更高的要求，还必须严格把控结构在施工过程中产生的内力和变形，所以施工阶段结构的力学性能分析成为研究的热点和难点。结构吊装中出现的吊点优化问题便是施工力学研究涉及的优化控制范畴 [ 1 ]。为得到最佳的吊装方案，学者们提出了许多行之有效的方法：重庆大学张小明 [ 2 ] 应用有限元法引入函数满意法和能量法对钢桁架起吊高度和吊点布置进行了优化；大连理工大学陈博文 [ 3 ] 结合粒子群算法和有限单元法将最小应变能作为优化目标对海洋平台甲板吊点进行优化；大连理工大学李瑞等人 [ 4 ] 通过吊点适应度评估和粒子群算法优化了船体分段吊装中的吊点位置；江苏科技大学李二虎等人 [ 5 ] 将改进后的遗传算法融入到了船台分段吊装顺序优化的分析模型中等。可以明晰，智能优化算法应用于工程实际优化问题正在成为目前优化设计分析的一个发展趋势。智能优化算法受启发于自然界中的各种自然现象和生物的群体行为，通过群体寻优和逼近来得到最优解，对目标函数和约束条件的要求宽松，具有很高的优化效率，非常适合处理较为复杂的优化问题。但是使用其优化吊点布置多采用单一标准作为优化目标，多目标优化涉及较少。而大多数实际工程采用单目标优化往往并不能很好地实现方案优化，最终都会归结于多目标优化，智能进化算法的提出和发展完善为多目标优化问题提供了新的求解思路，相较于传统方法更具优势，本文在确定吊点高度时，就引入了多目标粒子群算法。
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user: 2. 多目标粒子群算法 2.1. 粒子群算法 粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization， PSO)同遗传算法、模拟退火算法、神经网络算法和蚁群算法一样，是一种进化计算技术(evolutionary computation)，由Eberhart博士和Kebbedy博士于1995年发明 [ 6 ] [ 7 ]。PSO算法启发自鸟群捕食行为，其概念简明、实现方便、具有较强的全局搜索能力且收敛速度快，因而很快被成功应用于各个工程领域。但是PSO算法本身存在一定的局限性，在处理多峰值优化的情况时，可能会陷入局部最优，无法判断求解结果是否实际最优，使用中需要采取各种措施来加以避免。 PSO算法的基础是信息的社会共享，通过种群迭代搜寻全局最优解。种群中的一个粒子相当于鸟群中的一只鸟，拥有位置(position)和飞行速度(velocity)两个自身特征，在D维空间内追随最优的粒子进行搜索。所有的粒子都由优化目标函数(objective function)来决定的其适应度(fitness)。粒子们知道自己目前为止发现的最好位置(pbest)，也就是粒子自己的飞行经验；还知道目前为止整个群体发现的最好位置(gbest)，即同伴的飞行经验。粒子的飞行速度和当前位置便是根据自身经验以及种群交流进行动态调整： p o s i ， j ( g e n + 1 ) = p o s i ， j ( g e n ) + v e l i ， j ( g e n + 1 ) gen为当前迭代次数，最大迭代次数设为maxgen；w为惯性权重；c 1 、c 2 为学习因子，一般取c 1 = c 2 = 2；r 1 、r 2 为0到1之间均匀分布的随机数； j = 1 ， 2 ， ⋯ ， D 。 由于较大的惯性权重便于全局搜索，较小的惯性权重有利于局部精确搜索，所以采用线性递减权重法，让惯性权重从最大值wmax线性递减到wmin： w = w max − g e n × ( w max − w min ) max g e n 2.2. 多目标优化问题 2.2.1. 多目标优化的数学模型 设有 m ( m ≥ 2 ) 个目标函数： f 1 ， f 2 ， ⋯ ， f m ，在给定n维决策变量 X = ( x 1 ， x 2 ， ⋯ ， x n ) ， X ∈ R n ，满足不等式约束条件 g i ( X ) ≥ 0 ， ( i = 1 ， 2 ， ⋯ ， k ) 和等式约束条件 h i ( X ) = 0 ， ( j = 1 ， 2 ， ⋯ ， j ) 时，同时达到最小，即为多目标优化 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]。对于目标函数极大化的问题亦可以转化为极小化求解。数学模型表示如下： { min F ( X ) = min { f 1 ( X ) ， f 2 ( X ) ， ⋯ f m ( X ) } s t . g i ( X ) ≥ 0 ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， k h i ( X ) ≥ 0 ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， l (k，l为正整数) 单目标优化与多目标优化有着本质的区别。单目标优化的最终结果是唯一确定的最优解，而多目标优化中的各个目标函数之间往往相互制约，存在冲突和无法比较的现象，一个目标达到最优可能是以牺牲其他目标的最优为代价的，这种情况是无法折衷和避免的。所以多目标优化一般得到的不是唯一确定的解，而是一组最优解的结合，称为Pareto最优解集。求解多目标优化问题的过程实质上便是寻求Pareto最优解集的过程。 2.2.2. Pareto最优解 Pareto最优解集是Pareto最优解(Pareto optimal solutions)的集合，构成了Pareto前沿(Pareto front)。Pareto最优解又可称为非支配解(non-dominated solutions)或非劣解，是决策向量空间内不受任何其它决策变量支配的决策变量 [ 8 ] [ 11 ]。支配关系即Pareto占优(Pareto dominate)，定义如下： 设决策空间内的两个决策变量a和b，当且仅当 ∀ i ∈ { 1 ， 2 ， ⋯ ， n } ， f i ( a ) ≤ f i ( b ) ，且 ∃ j ∈ { 1 ， 2 ， ⋯ ， n } ，f j (a) < f j (b)，称a支配b。 2.3. 多目标粒子群算法 多目标粒子群算法使用粒子群算法来实现多目标优化，同PSO算法一样，多目标粒子群算法中的粒子也共享信息，向全局最优和自身最佳记忆的方向发展，自1999年 [ 11 ] 首次应用以来，已经研发了多个版本。本文采用Coello等人 [ 12 ] 提出的基于Pareto支配思想的多目标粒子群算法(Multi-Objective Particle Swarm Optimization， MOPSO)。该算法用外部存储库来保存每次迭代后寻得的非劣解，执行时将存储空间划分为超立方体，并使用这些超立方体作为一个坐标系统定位粒子，其中每个粒子的坐标是根据其适应度定义的。在确定每个超立方体的适应度后，通过轮盘赌方法选择超立方体，全局极值从选出的超立方体中随机确定。 多目标粒子群算法程序中，第 i ( i = 1 ， 2 ， ⋯ ， N p ) 个粒子的速度更新公式如下： v e l ( i ) = w v e l ( i ) + c 1 r 1 [ p b e s t ( i ) − p o s ( i ) ] + c 2 r 2 [ R E P ( h ) − p o s ( i ) ] w为线性递减的惯性权重，递减公式同标准粒子群算法；c 1 、c 2 为学习因子；r 1 、r 2 为0到1之间均匀分布的随机矩阵；pbest(i)为第i个粒子的历史最佳位置，pos(i)为第i个粒子当前的位置，REP(h)为从外部存储库中选择出的全局极值。 多目标粒子群优化算法的编码程序相较于其他多目标进化算法而言更为简单，涉及的参数较少，易于控制，运行过程中可以同时处理多个目标函数，实现并行求解，具有较快的收敛速度，广泛适用于多种实际工程优化问题。
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user: 4. 结语 1) 本文对ANSYS参数化建模、多目标粒子群算法和MATLAB算法编程等进行了深入研究，以系统总能量最小和绳索内力最小为优化目标，首先通过应变能遍历法确定了绑扎点的位置，然后基于多目标粒子群算法确定了起吊时吊点的高度，最终得到屋面桁架的吊点布置优化方案。结果满足设计要求，并使结构内力和变形都处于较小的状态，达到了方案优化的目的。 2) 离散的绑扎点位置可以通过ANSYS表参数很好地表征，避免方案择优中的重复建模，减轻工作负担，提升优化效率。但是当可行方案数目过多时，ANSYS做循环计算所用的时间会随之拉长，且极耗内存，这对电脑硬件设备的性能提出了较高的要求。 3) 基于Pareto占优的MOPSO算法将多目标优化融入粒子群算法中，解决了标准粒子群算法只能处理单目标优化问题的局限，使得粒子群算法的应用范围更加广泛。但是多目标粒子群算法只能得到一组尽可能靠近Pareto前沿的解的集合，每次的求解结果也不尽相同，如何控制多目标粒子群算法求解的精度仍是一个亟待解决的难题。
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user: 摘 要 文章以二能级的核自旋系统为例，对负热力学温度的基本概念、研究方向以及其研究的现状，作了较为详细的讨论和介绍。首先，文中从统计力学的角度，给出了二能级核自旋分布的严格数学解；在此基础上的研究表明，为确定系统热力学性质例如玻耳兹曼熵，重要的是系统的最概然分布。研究还表明，系统的负温度并不比绝对零度冷，而比无限大的正温度状态更热。其次，文章指出除能量必须有限条件外，系统能处于热平衡的负温度状态，还必需满足的一个重要条件是： τ 核 自 旋 − 晶 格 ≫ τ ≫ τ 核 自 旋 ，其中 τ 核 自 旋 是核自旋系统与核之间经过相互作用，达到热平衡所需的弛豫时间；而 τ 核 自 旋 − 晶 格 是系统与整个晶体通过相互作用，发生能量传递而建立热平衡所需的特征时间。再次，本文在熵增加原理基础上，发展了负温度热力学；研究确认，在负温度系统中，第二类永动机是可以制成的；热力学第二定律的开耳文表述必须改变。在负温系统中功是不能自发地转化为热的，而热却能自发地转化为功，而不产生其它影响。最后，在考虑到可能存在的负温度状态后，热力学第三定律的不可达原理应充实扩展为：通过有限数目手续的操作，既不可能使凝聚系冷却到正绝对零度(+0 K)，也不可能使系统加热到负绝对零度(−0 K)。 关键词 :负热力学温度，二能级核自旋系统，最概然分布，负温度热力学 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 上世纪50年代，Pound，Purcell，和Ramsey等人 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 在实验研究纯LiF晶体核自旋系统的磁性时，观测到了该自旋系统的负热力学温度状态。迅速反转磁场以产生自旋系统的负温度状态，是Pound等人实验的基本特征，所以也可把这种方法称之为迅速反转磁场法。由于这种方法简捷可行，至今它仍然是获得负热力学温度的重要方法之一。上世纪末，还有人 [ 4 ] 将这种方法推广应用于纯金属中核磁性的研究。Pound等人的工作发表后，缘于负温度系统所具有的奇特的热力学和统计物理学性质，引起了全球物理学界的广泛关注和研究 [ 5 ]。 近期的研究工作表明，不仅在晶体的核自旋系统中能实现负热力学温度状态，在一些更为宽广和饶有兴趣的领域里，也找到了负温度的踪影。例如实验证明 [ 6 ] [ 7 ]：用超高真空与环境严格隔离和温度低于pK的超冷量子气体，在磁场和相干激光形成的光学晶格的联合作用下，气体原子可以经历排斥的超流，莫特(Mott)绝缘体和吸引的超流等三种不同的状态，Braund等人以发生量子相变来解释上述三种状态的转变；他们认为，假如说排斥超流态的原子处于低能量、正压强和正温度状态的话，则吸引超流态时的原子就处于高能量、负压强和负温度状态，而莫特(Mott)绝缘体是量子气体中发生正温度正压强状态向负温度负压强状态转变的桥梁。上述文献还指出，在超冷量子气体中发生的相变，对于现代精密测量、新材料设计的量子模拟以及一些化学新领域的发展都会有实际应用的价值。此外，Yun Soo Myung的研究 [ 8 ] 揭示，在一定条件下，宇宙空间中的暗能量流体是可以处于负温度状态的。如果这一研究结果，能得到天文观测的进一步证实的话，则有可能为负温度物质作为一种新能源的应用，开辟出一个崭新的远景。另外，还有些学者 [ 9 ] 正在探索点涡旋运动负温度状态的可能性。所有这些有关负热力学温度的新研究和进展，为进一步深入开展负温度状态的研究，开辟了广阔的前景。
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user: 摘 要 生物分类的意义在于阐明不同物种之间的进化关系，遗传因素是物种形成的内因，环境因素是物种分化的外因。植物学二界分类系统表明橘和枳分属于柑橘属和枳属，这是植物分类学界普遍接受的观点。然而，“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳”的古语容易让老百姓误认为二者是同一物种。本研究通过文献综述梳理了橘和枳的起源和演化脉络，分析了环境因素对橘与枳在淮河流域乃至全国地理分布特点的影响；通过实地考察和形态学比较，描述了橘与枳五个明显的形态学差异；利用ITS序列分析了橘与枳的亲缘关系。本研究表明：橘和枳起源于同一个物种，两者的差异是在物种分化后，由于对环境的适应性不同而形成的；二者均属于真正柑橘组植物，但分属于其中的柑橘属和枳属，是不同的物种。该结果为学界和老百姓对橘和枳的进一步认识提供参考，也为理解遗传和环境因素共同影响物种分化提供帮助。 关键词 :柑橘属，枳属，地理分布，形态特征，物种演化 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 “橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳”一句，源出于《周礼·考工记》：“橘逾淮北而为枳，今江南小看枳橘，江北有枳无橘”，也是枳的最早记载。后见于《晏子春秋内杂篇下》中《楚王欲辱晏子指盗者为齐人晏子对以橘》 [ 1 ]，后人将这段话提炼为成语“南橘北枳”，认为南方的橘子移栽到北方之后变成了枳。从现代科学的角度来看，橘和枳都属于芸香科(Rutaceae)植物，然而，由于芸香科植物异花授粉的特性和长期的人为引种选择，科内物种分类界限不清晰 [ 2 ]，尤以柑橘属及其近缘属植物为甚。生物分类是生物学研究的基础，为了厘清橘和枳之间的关系，使人们正确认识二者关系，作者将从橘和枳的起源及演化、地理分布、形态学和基于ITS序列的系统发生树构建四个方面具体分析橘和枳的关系。
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user: 2. 橘和枳的起源和历史演化分析 橘和枳的差异是不同物种的表现还是同一物种在不同环境下生长的结果？这需要从橘和枳的起源和历史演化等方面进行分析。从橘和枳在生物学分类的地位上看，橘和枳分属于芸香科植物的柑橘属(Citrus)和枳属(Poncirus)，两者具有一定的亲缘关系。有关柑橘属和枳属的历史演化，不同的分类学家给出的结果不同。有人认为橘和枳的关系很远，在很早就分开了；也有人认为枳是柑橘属内某个生活力较强的种由南向北传播过程中演化出来的一个“新种”，其落叶性是向北扩展时对寒冷冬季的适应而在后天获得的性状，橘与枳的关系很近 [ 3 ]。为了了解两者的演化历史，作者根据前人的研究对芸香科植物的历史演化过程进行了总结(图1)，从图1中可以看出，芸香科植物在62.7万亿年前就已经存在，柑橘亚科起源于中新世中期(12.1万亿年前)到渐新世中期(28.2万亿年前) [ 4 ]，柑橘族和黄皮族植物约在24.96百万年前出现分化，柑橘亚族真正柑橘组与原始柑橘组和近似柑橘组约在19.21百万年前分化，真正柑橘组中枳属约在14.19百万年前首先分化出来，柑橘属与其它四个属在11.24百万年前分开 [ 5 ]。有关枳的描述最早见于《周礼》的记载，1763年林奈把枳作为柑橘属的一个种，定名为Citrus trifaliata L.。随后美国植物学家认为枳具有落叶性、三出复叶以及分布区域(主要分布在长江以北)，明显不同于真正柑橘组的其它五个属的植物特征，于1838年建立了新属—枳属，确定枳的种名为P. trifaliata (L.) Raf.，这一研究很快得到世界植物分类学家和柑橘学家的普遍认可。1914年把枳属从柑橘属中独立出来，恢复其属的地位，认为枳属是真正柑橘类的一个古老分枝 [ 6 ]，是真正柑橘类最原始的物种。分子标记研究也支持枳属为单系起源，远离柑橘属，如庞晓明等用SSR标记分析了柑橘属及近缘属植物的亲缘关系，结果表明枳属与橘属关系较远，枳属从柑橘属衍生而来的可能性极小 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]。因此从芸香科的进化历史可以看出橘和枳有着共同的祖先，两者在几百万年前就出现了分化。从共同祖先继承来的表型，显示出了形态的相似性，物种分化形成了各自独立的种群，为了适应各自的环境，产生了具有一定差异的两个物种。 图1. 芸香科植物的历史演化关系
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user: 3. 橘与枳的地理分布 3.1. 橘与枳在淮河流域的分布 古语中晏子所说的“南橘北枳”，说明橘和枳在地理上的分布具有一定的差异。中国南北的分界线主要是指淮河 [ 3 ]。淮河是中国地理上的南北分界线，两边的气候是不同的。从橘与枳在淮河流域的分布图上看(图2)，橘大部分生长在淮河以南，生长范围较集中，如江苏南部地区的南通、无锡；浙江湖州、宁波和上海等长三角地区。长三角地区的气候属亚热带，较适宜橘的生长，且对橘的商业需求量大，大量的野生橘或栽培橘生长于此。另外，安徽毫州也是重要的产橘之地。毫州市地处淮南淮北分界线，从地理上划分，毫州市北部属淮北地区，南部属淮南地区，但毫州市南北均有橘的分布(图2(A))。枳的生长范围相对较分散，淮南淮北都有分布，如淮河以北的山东日照、泰安、威海；淮河以南的江苏宿迁、安徽滁州等近淮河地区，但在长三角地区很少发现。另外，枳还可以生长在环境较恶劣的山区，如湖北西部山区、河南伏牛山南坡等，而橘却很难在这些恶劣的环境中生长(图2(B)) [ 12 ]。总体来看，枳在淮河的南北均有分布，并不遵循枳生淮北的规则。但是橘在淮河流域的分布几乎没有跨越淮河，而是集中分布在长三角地区，从这个角度说“橘生淮南”有一定的道理。 图2. 橘和枳在淮河流域的主要分布图。(A) 橘在淮河流域的主要分布图。橘严格分布在淮河以南地区，以东部湿润地区为主；(B) 枳在淮河流域的主要分布图。枳在淮河南北均有广泛分布，且可在中部较干燥地区生长 3.2. 橘和枳在全国的分布 我国是柑橘类植物的起源中心，具有丰富的柑橘资源及悠久的栽培历史 [ 13 ]。从全国分布来看，橘和枳的分布特点是：橘在淮南的分布要明显多于淮北，而枳在淮河的南北均有广泛的分布(表1)。橘主要生长在南方，产地主要在秦岭南坡以南、伏牛山南坡诸水系及大别山区南部，向东南至台湾，南至海南岛，西南至西藏东南部海拔较低地区 [ 3 ]。相比之下，枳在全国范围内分布更加广泛，南北地区都有分布，其产地主要有山东(日照、青岛等地)、河南(伏牛山南坡及河南南部山区)、山西(晋城、阳城等地)、陕西(西乡、南郑、商县、蓝田等地)、甘肃(文县至成县一带)、安徽(凤阳县、屈家湾等地)、江苏(泗阳、东海等地)、湖北(西北部山区及西南部地区)、湖南(西部山区)、广东(北部栽培)、江西、浙江、广西、贵州、云南等省区 [ 3 ]。总体来看，橘在淮南的分布明显多于淮北，遵循“橘主要分布于淮南”的规律，而枳在淮河的南北均有分布，并不遵循“主要分布于淮北”的规律。 Table 1 Main geographical distribution of citrus and poncirus in Chin 淮河以南 The south of Huaihe River 淮河以北 The north of Huaihe River 地区Area 分布情况 Distribution 地区 Area 分布情况 Distribution 地区 Area 分布情况 Distribution 安徽省 Anhui Province 江苏省 Jiangsu Province 甘肃省 Gansu Province 云南省 Yunnan Province 江西省 Jiangxi Province 陕西省 Shaanxi Province 福建省 Fujian Province 上海市 Shanghai 湖北省 Hubei Province 贵州省 Guizhou Province 湖南省 Hunan Province 山西省 Shanxi Province 广西壮族自治区 the Guangxi Zhuang Autonomous Region 浙江省 Zhejiang Province 山东省 Shandong Province 广东省 Guangdong Province 台湾省 Taiwan Province 河南省 Henan Province 海南省 Hainan Province 四川省 Sichuan Province 重庆市 Chongqing 表1. 橘与枳在全国各地的主要分布表 注： 代表橘； 代表枳。 3.3. 橘与枳的分布差异与其对环境的适应性相关 橘与枳在淮河流域的地理分布的差异，主要与橘与枳对环境不同的适应性相关。橘的生长对温度、日照、水分、土壤等环境条件要求很高 [ 3 ]，其在淮河流域靠南分布表明其对环境的选择性较高，难以北迁。橘能够生长在北方的陕西省，其主要生长地也分布在汉中、安康这样位于秦岭南坡的陕南地区。陕南地区虽地处淮河以北，但位于秦岭之南，气温和湿度和淮南地区相差不大，可为野生橘的生长提供合适的环境 [ 14 ]。枳对环境适应性很强，容易向南迁移，且对低温有较强的耐受力，能耐−26℃的低温 [ 15 ]，存活的温度范围很大，是芸香科植物中抗寒性最强的品种 [ 16 ]。由此可见，橘和枳以抗寒为主的环境适应能力差异决定了其地理分布上的差异。
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user: 4. 橘和枳的形态观察 古语中的观点认为橘和枳是“叶徒相似，其实味不同”，说明其表型具有一定的相似性。《中国植物志》中的分类方式显示橘和枳自亚科级别以上均相同，都属于被子植物门(Angiospermae)、双子叶植物纲(Dicotyledoneae)、芸香目(Rutales)、芸香科。从属级别以下出现差异：橘归属于柑橘属，而枳归属于枳属。《中国植物志》中虽对两个物种的形态分别做了一些描述，但未对形态学差异进行系统比较分析，作者根据相关文献描述的形态差异，在2018年11~12月分别于淮河以北的安徽宿州市和淮河以南的上海市多处实地观察了橘和枳的代表种柑橘(Citrus aurantifium)和枳(Poncirus trifoliata)的形态特征，并总结出了五个相对显著的形态学差异，它们分别是落叶性、叶形、果实形态、花瓣质地、茎有无刺(图3)。结合资料和实地观察发现：橘树在12月时仍然保持常绿，且有明显茎干形态，为乔木；而枳树枯黄，植株矮小，无明显主干，为灌木。橘叶较厚，革质并有蜡状质感，为单身复叶；枳叶较小而薄，为指状三出复叶。橘的茎干无刺，较粗；枳的茎干具刺，较细。橘的花较大，花瓣厚实；枳的花朵很小，约2 cm，且花瓣很较薄；橘果实较大，大约7~10 cm，表面光滑；枳果实较小，大约3~6 cm，表面有绒毛分布，不光滑。古语中的观点认为橘和枳是“叶徒相似，其实味不同”，而作者认为其叶形初看起来相似，实则不同；两者的果实味道也不同，橘果实酸甜可口而枳果实极苦。 图3. 橘与枳的形态学特征
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user: 5. 橘与枳ITS序列比对分析 为了更清晰地显示枳属与柑橘属关系，作者在NCBI数据库上下载了芸香科柑橘亚科六个属的ITS序列，并利用Mega软件构建这6个属的系统发生树(图4)。其中黄皮属(Clausena)和九里香属(Murraya)属于黄皮族，酒饼簕属(Atalantia)属于柑橘属中的近似柑橘组，枳属，金柑属(Fortunella)和柑橘属属于柑橘属中的真正柑橘组。由图4可知，如果把黄皮属定为根，最先分出来的是九里香属，随后是酒饼簕属(支持率99%)，真正柑橘组的枳属、金柑属和柑橘属聚成一支(支持率100%)。在真正柑橘组内，枳属、金柑属聚成一支，柑橘属单独聚为一支(支持率100%)，这一结果与前人的报道有所不同。之前的研究显示，真正柑橘组包括6个属，金柑属、柑橘属、枳属、澳砂檬属(Eremocitrus)、澳枳檬属(Microcitrus)和多蕊橘属(Clymenia) [ 6 ]，枳属先分开，柑橘属和金柑属的亲缘关系更近。也有学者认为真正柑橘组只包含金柑属、柑橘属、枳属和多蕊橘属4个属 [ 17 ]，属与属之间的关系并不清楚。真正柑橘组内最早确定的属是柑橘属，于1753年由林奈确定；1838年由Rafinesque-Schmalts订立枳属；其余4个属澳砂檬属、金柑属、澳枳檬属及多蕊橘属由Swingle分别在1914、1915和1939年确定 [ 18 ]。真正柑橘组内6个属的关系，有些学者认为真正柑橘组的直接祖先首先发生一次分裂形成两个类群。其中一群是金柑属、柑桔属和多蕊桔属的共同祖先，共同祖先为适应环境，演化首先产生了金柑属，再演化产生柑桔属和多蕊橘属；另一群是是枳属、澳砂檬属和澳枳檬属的共同祖先 [ 19 ]。另一些学者认为真正柑橘组存在两个地理分支，一支为大洋洲分支，包括澳沙檬属、澳指檬属和多蕊橘属；另一支为亚洲分支，包括金柑属、柑橘属和枳属 [ 20 ]，三者形成一个单系类群 [ 21 ]。也有些学者认为枳属是最早从真正柑橘组中分离出来的一个属，为单系起源 [ 18 ]。还有些学者基于叶绿体系统进化分析显示金柑属和枳属亲缘关系较近，而基于核基因组系统进化分析表明金柑属和柑橘属亲缘关系较近 [ 18 ]。由此看来，真正柑橘组内所包含的属以及属与属之间的关系至今没有一个明确的定论，但无论是从前人的研究，还是从作者基于ITS序列构建的系统发生树来看，枳属都独立于柑橘属之外，两者在十四百万年前就已经分化了，两者属于不同物种。 图4. ITS序列构建的柑橘亚科系统发生树
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user: 6. 结论 本文从橘和枳的起源、地理分布、形态学观察和系统演化等方面分析了橘和枳的亲缘关系。从起源和历史演化来看，柑橘属和枳属虽均属真正柑橘组，但枳属约在14.19百万年前首先分化出来，柑橘属与其它四个属在11.24百万年前分开；从地理分布来看，由于橘和枳对环境适应性的差异，无论从淮河流域层面还是全国层面，橘的分布均遵循“主要分布于淮南”的规律，而枳并不遵循“主要分布于淮北”的规律；从形态学上来看，橘和枳在叶形、茎干、花瓣、果实和植株落叶性五方面均有明显差异；从系统演化来看，基于ITS序列构建的系统发生树表明柑橘属和枳属在真正柑橘组内分聚为两支。作者从此四方面找到的证据均证实橘和枳不是同一个物种，枳属独立于柑橘属之外。 虽然“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳”充分体现出晏子的能言善辩，生动形象地阐述了深刻的哲理，然而其描述的自然现象却缺乏科学性。橘和枳早在十几百万年前从真正柑橘组分化出来，远远超越了文字产生的历史。枳属具有较强的抗寒性，可以在−26℃条件下存活，是柑橘亚科自然分布最北限的属，因此形成了枳属主要分布在北边的格局；而柑橘属不具有抗低温的能力，只能忍耐−9℃以上的低温，因此只能分布在气温高于−9℃的南方地区。橘和枳的差异，遗传基础是最根本差异，而植物对环境的适应性不同造成了物种的分化，显示出地理分布上的差别。
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user: 摘 要 南海东部海域白云凹陷钻遇极高温井，预测甜点段地层温度区间为200℃~250℃，已达到甚至超过大多数测井测试工具的耐温极限，给勘探作业施工带来了巨大的挑战。在工具耐温性能短期内无法提升的情况下，准确的地层温度测算是高温井作业方案设计和作业跟踪决策的基础。传统的测算方法引入参数较多且部分参数较难获取，对于新目标、测试温度数据缺乏的区块适用性差，无法快速解决作业问题。本文通过简化模型和多井数据规律总结，提出2种利用泥浆温度测算地层温度的新方法，方法具有计算参数精炼、适用性强的特点。在BY2-F井中运用新方法进行测算，取得了良好的应用效果。 关键词 :海上钻井，地温梯度测算，泥浆温度 Copyright © 2020 by author(s)， Yangtze University 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 随着勘探程度的提高，珠江口盆地白云凹陷钻遇极高温超压地层，深部甜点地层温度达200℃以上，最高可达250℃，这给勘探作业施工带来了巨大的挑战。目前国内外常规的测井和DST测试设备耐温约在150℃~220℃，已经很难满足该区块的作业需求；即使协调到全球数量有限的高温工具(耐温200℃~250℃)，也几乎没有作业余量，对作业人员的整体水平要求极高 [ 1 ]。在工具耐温短期内无法提升的情况下，攻克高温作业难题需要精细的作业方案设计和作业跟踪决策。作业方案设计包括随钻工具的选型、取舍，高温环境下的作业流程及循环降温方法设计等；作业跟踪决策的内容包括根据实钻地温情况的测试井段选取、作业方案设计、工具准备、资源协调等；而这些的基础就是准确的地层温度测算。 当前国内对地层压力预测的研究较多，而对温度测算的研究却相对较少，且主要集中在对盆地整体地温场的趋势研究 [ 2 ] [ 3 ]，尤其对单井、单构造的地温梯度的预测十分鲜见，这对现场作业施工指导意义有限。 从经济、快速的角度出发，单井预测方法的研究应从钻井过程中获取的温度数据入手。通常海上钻井作业时可以测得的温度数据均为井筒内流体的温度，常见有三种：第一种是循环泥浆温度，即钻进时随钻工具测得的井筒泥浆温度，由于有循环降温作用，该温度数值上远小于真实地层温度；第二种是电缆测井时，测井仪器测得的静止泥浆温度，其中满贯测井的可以得到连续深度点温度，测压取样可以得到单深度点温度，该温度数据相比循环温度更接近地层温度，但因静止时间短，仍处于升温过程中，因此也无法代表地层温度；第三种是DST测试时获得的温度，因射孔后地层流体大量进入井筒且流动时间较长，该温度可近似认为是地层温度。然而DST温度数据在新区块钻井时却较难应用，首先DST测试作业相对较少且数据很难借鉴，其次在整个单井建井周期中，DST测试作业是最后阶段进行的，已经错过了决策时间。 综上所述，利用前两种温度(泥浆温度)数据，建立一套参数简单、应用方便的单井地温梯度预测方法，是解决当前作业难题经济有效的途径。
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user: 2. 传统计算方法(Hornor图版法) 运用泥浆温度测算地层温度，国内外文献已经提出了一些方法 [ 4 ] - [ 10 ]，目前运用较为广泛的方法为Hornor图版法 [ 11 ]，应用公式原理如下(1)式。 T f = T o + ( H 4 π φ ) × ln [ 1 + ( t c t s ) ] (1) 式中： 为地层温度，℃； T o 为测得的泥浆温度，℃； t c 为停泵前的连续循环时间，h； t s 为停泵后的泥浆静止时间，h； φ 为岩石热导率，W/(mK)；H为热供应率。 但是该方法中 φ 和H的值较难获得，在新区块已钻井数据较少的情况下，Hornor图版法难以直接应用。此外，不同井间由于地层条件、泥浆性能、作业情况、井身结构等因素不同，热导相关参数势必存在差异；求取单井的热导相关参数既费周章、时效性较差，且普适性也不好。 总之，Hornor图版法更适用于区域研究性质的钻后总结分析，其成果应用周期性较长，对现场实时作业缺乏指导性和借鉴性。
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user: 4. 测压取样温度数据的局限性 以上2种计算方法，均没有用到电缆测压取样作业时测得的温度数据(下文简称“测取温度”)；因为测取温度有较大的局限性，往往只能用于定性参考，无法应用于定量计算，有如下几个原因： 1) 理论上，测压取样作业是要求从浅层至深层依次进行；而实际作业过程中，由于各深度点物性和井眼规则程度不同，测压取样所需的时间和成功率是不同的。在争分夺秒的测压取样作业中，跳过作业相对复杂的深度点，优先完成流度大、井眼规则的深度点是降低作业风险、提高作业时效的有效手段。这样的作业方式，势必无法保证测取温度记录时由浅至深的规律性，仪器上提下放、降温升温的过程中测得的温度准确性会大大降低。 2) 仪器上的温度计由于是升温调校，由低温环境变换到高温环境得到的数据准确度高；而从高温到低温时，温度计则非常不敏感。 3) 电子电路的温漂和线圈系的温度形变也会在不规律的升降温中产生更多的影响 [ 16 ]。 总之，测取温度受影响因素较多，在实际作业中不推荐使用该温度进行计算。