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关键词： 复合材料   笼型倍半硅氧烷   聚甲基丙烯酸甲酯   荧光薄膜   三苯胺   多孔聚合物  

摘要： 从1928年第一种抗生素—青霉素被分离提纯至今，抗生素在医疗、养殖业等领域获得了非常广泛的应用;同时，抗生素的滥用及其在自然界中稳定存在的性质使其不断富集，自然选择并产生耐药菌，严重影响人们的生命健康和财产安全。因此，开发能有效检测和去除抗生素的新材料和新方法迫在眉睫。有机荧光分子具有良好的可设计性和稳定的荧光性质，可以作为荧光传感器对污染物进行灵敏检测。多孔聚合物因比表面积大、热稳定性和化学稳定性好等优点，在吸附、异相催化、检测和药物传输等方面有广泛的应用。首先，本文以2,4,6-三（4-溴苯基）-1,3,5-三嗪和4-（二苯基氨基）苯硼酸之间的Suzuki反应合成了一种具有三角形D-π-A结构的有机荧光半导体分子4''，4"，4"''-（2,4,6-三苯基-1，3,5-三嗪）-4-（N，N-二苯基-（1，1''-联苯）-4-胺）（TPTz）;接着，将TPTz以不同质量分数掺入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶液中，通过溶液浇注法成功制备了荧光薄膜，探究了该薄膜的荧光性质和对抗生素的检测能力;最后，将TPTz与八乙烯基倍半硅氧烷（OVS）通过Friedel-Crafts反应制备了新型有机-无机杂化多孔聚合物，研究了聚合物在光降解和检测抗生素中应用，具体研究内容如下:　　1）以2,4,6-三（4-溴苯基）-1,3,5-三嗪和4-（二苯基氨基）苯硼酸为原料通过Suzuki反应合成了具有三角形D-π-A结构的有机荧光半导体分子4''，4"，4"''-（2,4,6-三苯基-1，3,5-三嗪）-4-（N,N-二苯基-（1，1''-联苯）-4-胺）（TPTz）。通过 FTIR,1H NMR,XPS 等测试证明TPTz成功合成，TGA表明TPTz的Td5％高达600℃。TPTz拥有很好荧光性质，在THF溶液中有着高达85％的荧光量子产率，TPTz还拥有良好的溶剂效应，荧光颜色从正己烷中的蓝紫色变为DMF中的橙红色，红移超过160nm。按照不同的质量分数将TPTz掺入PMMA的CHCl3溶液中，通过溶液浇注法涂于玻璃片上，制备了质量分数分别为1％、0.1％、0.01％与0.001％的有机荧光薄膜TPTz@PMMA。荧光薄膜均表现出很好的荧光性质，其中1％质量分数的薄膜最为突出，荧光量子产率高达99％。为了遴选对抗生素最适合的荧光传感薄膜，分别研究了不同质量分数薄膜的疏水性、荧光性质和抗拉性质，最终选择了 0.01％质量分数的TPTz@PMMA薄膜对抗生素盐酸小檗碱氯化物（BCH）进行了荧光传感检测。0.01％质量分数的TPTz@PMMA薄膜对BCH的荧光猝灭常数KSV高达1.04×104M-1,该薄膜还具有良好的稳定性、选择性和循环性，以及耐高低温条件、酸碱性、常见污染物，即使经过200次循环使用都不会影响其荧光强度和检测能力。此外，还探索了该荧光薄膜应用于可视化检测，通过目视比色法分析水溶液内BCH浓度。因为TPTz极强的荧光性质，还探索了 TPTz分子在防伪领域的应用。　　2）通过调控TPTz和OVS之间发生Friedel-Crafts的投料比，合成了两种有机-无机杂化荧光多孔聚合物 PCS-TPTz-1 和 PCS-TPTz-2。利用 FTIR、XPS、13C/CP MAS NMR、29Si MAS NMR,元素分析等表征证明了材料成功制备。PCS-TPTz-1表现出极强的荧光性质，斯托克斯位移高达280 nm,荧光量子产率高达17％。PCS-TPTz-1对不同浓度的TH溶液均表现出出色的光降解活性，降解效率在85％以上，无需额外的氧化剂或pH值调节。在pH值为2-10的范围内都对TH均表现出很好的降解能力，即使经过4次循环后仍保持着非常好的降解能力，说明其具备良好稳定性。ESR光谱和自由基捕获实验表明，超氧自由基（·O2-）是实现光降解的活性氧物种。此外，鉴于PCS-TPTz-1优异的荧光性质和不溶性，它可用作盐酸均霉素（TH）的异相传感器，KSV高达2.39×104M-1,在pH值2-10的范围内、模拟自然环境下和其他污染物杂质存在的情况下PCS-TPTz-1均可保持稳定的检测性能。综上所述，PCS-TPTz-1可以同步实现对TH的同步检测和降解，还提出了可能的检测机理和降解路径。

关键词： 苹果树   含水量   氮素   叶绿素   植被指数   机器学习  

摘要： 南疆地区得益于丰富的日照资源和独特的物候特征,为苹果的生长提供了优越的生态环境,使其成为全国苹果的主要产区之一。快速准确地估测苹果长势信息对监测作物长势和发展精准农业具有重要意义。本研究以南疆成龄苹果树为研究对象,获取不同生育期苹果树冠层实测含水量、氮素含量、叶绿素含量和果园多光谱影像数据,利用皮尔逊相关性分析植被指数与各生育期苹果树冠层长势参数,筛选出敏感植被指数,采用机器学习算法构建各生育期苹果树冠层长势参数反演模型,通过对比各时期不同模型精度,寻找各生育期长势参数的最佳估算模型,基于最优模型生成苹果树冠层水分、氮素及叶绿素含量的空间分布图。主要研究结果如下: （1）分析了苹果树冠层含水量与植被指数的相关性,建立了不同生育期的含水量预测模型。植被指数NDVI、OSAVI、RVI、SAVI与含水量的相关性较高。各个生育期的含水量最优预测模型均为RF模型,幼果期RF模型建模集和验证集R2分别为0.769、0.650,RMSE分别为1.041%、1.316%,RPD分别为2.081、1.691;果实膨大期RF模型建模集和验证集R2分别为0.697、0.555,RMSE分别为0.938%、1.306%,RPD分别为1.817、1.499;果实着色期RF模型建模集和验证集R2分别为0.860、0.776,RMSE分别为0.880%、1.234%,RPD分别为2.674、2.116。 （2）筛选了苹果树冠层氮素含量状况监测的光谱参量,建立了不同生育期的氮素含量估测模型。植被指数NDVI、OSAVI、SAVI与氮素含量呈现较强且稳定的相关关系。各个生育期的氮素含量最优估测模型均为RF模型,幼果期RF模型建模集R2、RMSE、RPD分别为0.857、0.304%、2.652,验证集R2、RMSE、RPD分别为0.665、0.446%、1.728;果实膨大期RF模型建模集和验证集R2分别为0.862、0.647,RMSE分别为0.167%、0.279%,RPD分别为2.697、1.684;果实着色期RF模型建模集和验证集R2分别为0.820、0.615,RMSE分别为0.202%、0.264%,RPD分别为2.357、1.612。 （3）解析了苹果树冠层叶绿素含量状况监测的光谱特征,建立了不同生育阶段的叶绿素含量反演模型。植被指数NDVI、OSAVI、RVI、SAVI与叶绿素含量较为敏感。幼果期的叶绿素含量最优反演模型为RF模型,建模集和验证集R2分别为0.739和0.626,RMSE分别为0.143 mg/g和0.169mg/g,RPD分别为1.957和1.636;果实膨大期的最优反演模型为XGBoost模型,建模集和验证集R2分别为0.855、0.720,RMSE分别为0.103 mg/g、0.144 mg/g,RPD分别为2.630、1.892;果实着色期的最优反演模型为RF模型,建模集和验证集R2分别为0.833、0.667,RMSE分别为0.106 mg/g、0.201 mg/g,RPD分别为2.448、1.733。

关键词： 介质阻挡放电等离子体   嗜水气单胞菌   灭活效果   灭活机制   应用安全性  

摘要： 随着水产养殖规模的扩大,水产养殖病害越来越突出,由气单胞菌感染引起的水产疾病频发,给水产养殖业造成了巨大的损失。尽管许多方法,如抗生素、疫苗、消毒剂、光催化氧化等已经被用于预防和控制水产养殖水中的气单胞菌,但仍然无法扭转气单胞菌病害爆发的趋势。介质阻挡放电等离子体（DBDP）,作为一种新型的氧化技术,因其强大的氧化能力和无二次污染的优点在水处理中备受关注。本文将DBDP应用于水产养殖水中气单胞菌的灭活,研究了DBDP灭活水中气单胞菌的效果与机制,并评估了其应用安全性,得到如下结果: （1）考察了放电电压、载气类型、载气流量、菌液初始浓度和p H对嗜水气单胞菌灭活效果的影响。研究结果表明,嗜水气单胞菌的灭活效果随着放电电压和p H的增加、菌液初始浓度的降低而提升,氧气作为载气的灭活效果优于空气,氧气流量在一定范围内对嗜水气单胞菌的灭活效果没有明显影响。在最优的条件下,经过8 min的DBDP处理,嗜水气单胞菌的浓度从10～8CFU/mL降至0 CFU/mL。对比了DBDP对单一菌、嗜水气单胞菌-维氏气单胞菌复合菌、嗜水气单胞菌-大肠杆菌复合菌、嗜水气单胞菌-维氏气单胞菌-大肠杆菌复合菌的灭活效果,发现DBDP不仅对单一菌有很好的灭活效果,对复合菌也有同样的灭活效果。 （2）嗜水气单胞菌未经DBDP灭活前,其细胞表面光滑,随着处理时间的增加,细胞出现凹陷、皱缩的状态,最终完全破碎;嗜水气单胞菌细胞膜随着DBDP处理时间的增加而被逐渐损伤,DBDP处理4 min后几乎所有细胞的细胞膜都被损伤;嗜水气单胞菌胞内色氨酸及类蛋白、总量蛋白随DBDP处理时间的增加而被逐渐降解,DBDP处理10 min后,几乎被全部降解,SOD和CAT抗氧化酶在DBDP处理3 min后活性最高,随后也被DBDP逐渐降解;嗜水气单胞菌毒性基因随DBDP处理时间的增加而被逐渐损伤。较长寿命的O3和H2O2等分子可能是细胞膜最初破坏的主要力量,随着细胞膜的破坏,短受命的1O2、·OH、·O2-等自由基穿透电负性的细胞膜与胞内蛋白质、酶和基因等发生反应,导致蛋白质和酶的降解、基因的损伤,最终使嗜水气单胞菌完全失活。 （3）随着DBDP对嗜水气单胞菌溶液处理时间的增加,溶液对酵母细胞的毒性越低,当DBDP处理嗜水气单胞菌溶液8 min后,斑马鱼、鲢鱼在溶液中的存活率可达100%,虾在溶液中的存活率可达95%以上,鲢鱼的鳃、鳔、脾脏和肠道等主要器官中的细菌总数与控制组无较大差异。经DBDP处理8 min后的复合菌对鲢鱼和虾没有表现出明显的毒性。表明DBDP是一种安全、可靠的水产致病菌灭活方法。 综上所述,通过本文关于DBDP灭活水产养殖水中气单胞菌的效果、机制及其应用安全性分析,明确了DBDP对水产致病菌具有良好的灭活效果,具备较高的应用安全性,可为水产养殖水中致病菌的预防与控制提供理论参考与技术支撑。

关键词： 盾构隧道   地表沉降预测   深度学习   相关性分析   融合预测模型  

摘要： 目前,盾构法仍然是一种高效快速的隧道建造方法,其自动化施工程度高、对周围地层扰动小、适应复杂地层环境强等优点使其被广泛应用于隧道工程。为了满足地下空间的容量需求,盾构机的直径不断增大,盾构刀盘面板朝着大直径、超大直径迈进。然而,伴随着盾构直径的不断增大,盾构机的隧道施工难度也随之上升,其掘进过程中不可避免会对周边地层产生影响,扰动周围土体应力状态发生改变,造成隧道开挖面出现土体卸载。应力通过土体传递至地面,可能引发地表沉降,甚至地表坍塌等灾害。这些灾害会给地下管道、地表公共设施以及周边建筑带来严重影响,因而开展预测盾构隧道掘进诱发的地表沉降的研究,对于确保盾构掘进路线周边地表设施、楼房建筑和盾构安全施工尤为关键且具有重要意义。 本文依托汕头湾海底隧道陆域段(DK162+868～DK164+050)区间的盾构隧道,以现场工程资料作为地表沉降研究的数据支撑。本文主要研究成果如下: (1)实验数据处理及沉降数据集的构建:通过现场获取影响沉降的地质条件参数、盾构掘进参数和几何参数等工程数据,分别对地质条件参数进行量化、剔除停机状态下的盾构掘进参数。紧接着,对处理后的地质条件参数、盾构掘进参数和其他实验数据进行缺省值、离群点等数据清洗操作。使用斯皮尔曼相关系数法量化各种参数之间的相关程度,筛选出与地表沉降相关程度较高的参数,并进行容忍度和方差膨胀因子分析,以判断参数间是否存在多重共线性问题。结合特征重要性评估算法,剔除存在严重多重共线性的某些参数,从而解决参数之间的多重共线性问题。最后,将剩下的参数作为地表沉降数据集并进行标准化。 (2)对比多种算法模型的地表沉降预测性能研究:采用BP神经网络(BPNN)、支持向量机回归(SVR)、极致梯度提升树(XGBoost)三种回归预测模型和双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)算法构建地表沉降预测模型。通过对比分析模型评估指标和各个模型在数据集上的预测误差,得出各模型预测性能排名为BiLSTM>XGBoost>BPNN>SVR。选取表现最优的算法作为地表沉降预测模型。 (3)提出一种多算法融合的CNN-BiLSTM-MHA地表沉降预测模型:为进一步探究盾构掘进参数、几何参数、地质条件参数和地表沉降值之间的多参数耦合关系,增强模型对多参数隐含特征的提取能力、模型的表征能力以及对关键信息的学习能力。引入卷积神经网络和多头注意力机制改进双向长短期记忆神经网络,建立CNN-BiLSTM-MHA融合模型,用于预测盾构施工过程的地表沉降。提出的融合模型能较准确地反映大直径盾构掘进过程中的地表沉降变形规律,同时具备一定的稳定性、可靠性和鲁棒性。试验结果表明:CNN-BiLSTM-MHA融合模型在平均绝对误差、均方根误差和R-Square模型评价指标上优于BiLSTM、BiLSTM-MHA、CNN-BiLSTM算法模型,进一步提高了模型的预测效果和泛化能力。 (4)CNN-BiLSTM-MHA融合预测模型的工程验证:本文使用Py Qt5框架设计并搭建了盾构掘进过程地表沉降预测模型的可视化用户图形界面,以方便工程操作人员进行沉降预测。采用改进的融合模型对盾构掘进过程中地表沉降进行工程验证,以预测某特定位置在盾构施工前、中、后全过程的地表沉降情况。实验结果显示:模型预测值与实际值之间具有较强的相关性,且预测误差较小,验证了CNN-BiLSTM-MHA融合预测模型方法的可行性和合理性。

关键词： 公路盾构法隧道   大直径盾构井   环框梁  

摘要： 大直径公路隧道盾构井在施工阶段承担着盾构机吊装、盾构掘进始发和接收的重要功能。后期运营阶段盾构井承担隧道运营、设备布置、故障检修、事故安全疏散等多种工况的功能要求。本文以深圳妈湾跨海通道盾构井为研究对象,结合盾构法地下快速路的特点,针对大直径公路隧道盾构特点设计盾构接收井结构。利用Midas Civil有限元软件建立荷载-结构法盾构井三维计算模型,分析了盾构接收井在盾构吊装阶段、施工后浇结构及后期运营阶段的环框梁受力特点,同时总结了大直径盾构井环框梁构造措施,对于以后指导大直径盾构井结构设计及施工有重要意义。

关键词： 紫色土   植物篱   生态草沟   泥沙分选   养分富集  

摘要： 泥沙分选作用是指降雨驱动下径流对土壤团粒进行选择性搬运后,侵蚀泥沙与原土壤团粒的粒径分布存在差异的现象。氮（N）、磷（P）等营养元素以泥沙团粒为载体发生迁移至周围水环境,易引发养分富集与面源污染。植物篱是有效拦截径流泥沙的水土保持措施,其通过阻断径流的连续性,改变土壤团粒分离-搬运-沉积过程,影响侵蚀泥沙的粒径分布。生态草沟能拦截粒径较粗的土壤团粒,促进径流入渗和增强土壤抗蚀性,对土壤N、P的流失有显著阻控效应。但目前关于植物篱和生态草沟两者结合下对泥沙分选作用的影响以及不同粒级泥沙团粒中N、P迁移与富集的规律还不清楚。因此,有必要进一步探究植物篱和生态草沟结合下对泥沙分选规律及不同粒级泥沙团粒N、P流失过程的影响。 以紫色土坡耕地为研究对象,采用室内模拟的方法,利用设计钢制土槽（植物篱坡面长4.8 m×宽0.5 m×高0.2 m;生态草沟长2 m×宽0.5 m×高0.5 m）在90mm/h雨强下进行人工模拟降雨试验,共设计5种植物篱茎秆直径（单株草茎秆直径:0 cm、0.1 cm、0.2 cm、0.4 cm、0.8 cm）、2种生态草沟茎秆直径（单株草茎秆直径:0 cm、0.5 cm）,共20场降雨试验。通过采集侵蚀泥沙样品,测定50～1000μm、2～50μm、<2μm三个粒级泥沙团粒的体积百分含量以及颗粒态氮（PN）、颗粒态磷（PP）含量。研究模拟降雨条件下植物篱-草沟系统不同茎秆直径变化对坡面侵蚀泥沙团粒的粒径分布、分形维数D值、PN、PP迁移与富集规律的影响,为防控紫色土坡耕地区水土流失与面源污染提供理论基础。主要结果如下: （1）侵蚀泥沙团粒主要以2～50μm团粒为主。相较裸坡面,篱带茎秆直径为0.8 cm时,2～50μm、<2μm团粒体积百分含量显著增大,50～1000μm团粒体积百分含量显著减小。不同篱带茎秆直径下,各粒级侵蚀泥沙团粒体积百分含量随降雨历时的变化趋势基本平稳。生态草沟茎秆直径的增大,有利于增强各粒级泥沙团粒体积百分含量在降雨过程中的稳定性。相较裸坡面,篱带茎秆直径为0.8 cm时的侵蚀泥沙分形维数D值显著增大。泥沙分形维数D值随篱带茎秆直径增大呈增大的趋势。篱带茎秆直径与2～50μm团粒体积百分含量呈显著正相关,<2μm团粒体积百分含量与2～50μm团粒体积百分含量、分形维数D值呈极显著正相关,与50～1000μm团粒体积百分含量呈极显著负相关。 （2）侵蚀泥沙中<2μm团粒和2～50μm团粒是PN、PP的主要载体。较裸坡地,篱带茎秆直径为0.8 cm时对各粒级侵蚀泥沙团粒中PP含量的削减效应最显著,其中<2μm团粒的PP含量减少19.40%～27.87%、2～50μm团粒的PP含量减少32.39%～50.77%、50～1000μm团粒的PP含量减少15.69%～37.74%。篱带茎秆直径增大过程中,各粒级PN、PP含量呈先增大后波动性减小的趋势。生态草沟茎秆直径增大的过程中,各粒级泥沙团粒PN平均含量增大0.25倍,PP平均含量增大0.13倍。篱带茎秆直径与2～50μm团粒的PP含量呈显著负相关。<2μm团粒的PN含量与2～50μm团粒的PN含量呈极显著正相关。2～50μm团粒的PN含量与50～1000μm团粒的PN含量呈显著正相关。<2μm团粒的PP含量与2～50μm团粒的PP含量呈极显著正相关,与50～1000μm团粒的PP含量呈显著正相关。 （3）篱带茎秆直径为0.2 cm时,各粒级泥沙团粒ERPN>1,且ERPN均值最大（2.73）。侵蚀泥沙中三个粒级团粒的ERPP均大于1,篱带茎秆直径增大中,各粒级泥沙团粒ERPP呈减小的趋势。相较裸坡条件,不同粒级泥沙中2～50μm团粒的ERPP的减小幅度更大(2～50μm团粒的ERPP减小幅度为31.36%～51.61%)。篱带茎秆直径与2～50μm团粒的ERPP呈显著负相关,表明在本试验设置的茎秆直径梯度内,篱带茎秆直径越大其2～50μm团粒的ERPP越小,生态草沟茎秆直径增大,篱带茎秆直径与2～50μm团粒的ERPP之间回归方程斜率绝对值越大,表明2～50μm团粒的ERPP随篱带茎秆直径增大的减小速率越快。<2μm团粒的ERPN与2～50μm团粒的ERPN呈极显著正相关。2～50μm团粒的ERPN与50～1000μm团粒的ERPN呈极显著正相关。<2μm团粒的ERPP与2～50μm团粒的ERPP呈极显著正相关,与50～1000μm团粒的ERPP呈显著正相关。不同粒级泥沙团粒氮、磷富集系数之间存在线性关系,且线性回归方程斜率均为正值。 综上所述,植物篱-草沟系统茎秆直径对于泥沙分选作用、颗粒态氮、颗粒态磷的迁移与富集均有显著影响,侵蚀泥沙粒径分布以2～50μm团粒为主,茎秆直径增大对于颗粒态磷含量的削减效应显著,且能减小颗粒态磷的富集