现状与进展

现状与进展（精选12篇）

现状与进展 篇1

1 握力器概述

1.1 什么是握力

握力(handgrip strength,HGS)是指特定条件下单手紧握握力器后产生力量的总和,其力量主要由前臂外侧肌群和手内在侧肌群的共同收缩活动而产生,[1]也有学者这样定义:握力是个体抓握物体时产生的力量。人体的上肢很多功能性动作均与抓握相关,所以握力也就成了衡量人体上肢功能的重要指标之一。[2]

1.2 什么是握力器

握力器,又称手力器、指力器、测力器、握力器根据人的手形而设计,使用时分单手、双手、上握、下握、双夹等不同的锻炼方法。锻炼可以缓解疲劳,使用肌肉结实,强壮肌肉,增强血液循环,长期使用,对预防风湿关节炎等有帮助,是锻炼健身的必备小型器械[3]。

1.3 握力器的分类

握力器根据其应用可以分为两大类。

1.3.1 用与测量的握力器

目前用作握力测量的仪器按照原理可以分为三类:(1)液压式 (hydrualic):如Jamar、Baseline,通过液压传导感受握力;(2)气压式; 如Vigorimeter,通过抓握气囊感受压力变化;(3)电子读表型;如E- link,通过电子传感器来测量握力。[4]其中Jamar握力器在国际上应用较多,此握力器测试结果准确,具有极佳的重测信度,被认为是握力测量仪器中的“金标准”。[5]

1.3.2 用于体育锻炼和健身的握力器

目前用于体育锻炼的握力器可以分为3类:[6]海绵套手柄握力器;橡胶握力圈;可调节握力器。

2 握力器的研究现状

握力器在握力测量和训练中有着重要作用,所以近些年来许多学者 对握力器 进行了深 入的研究 , 但是通过 在中国知 网、pupmed、谷歌中检索的文献发现,大多数握力器的研究都是针对用于握力测量握力器的,对用于学术途径、用握力器进行体质干预的却较少,很多学者的研究都表明了握力的重要性,所以对用于锻炼途径握力器干预的研究和新型握力器的研发具有重大的研究价值和研究意义。当前对握力器的研究主要在两个方面:一是用于测量作用握力器的重测信度和校标信度的研究;二是创新性握力器及专利的研究。

2 . 1对握力器重测信度和效标信度的研究

握力器的品牌和种类众多,不同的握力器有不同的标准,不同的握力器也都有自己的优劣势。国内外研究最多的是Jamar和BTE Primus握力器。Jamar握力器目前在国内外应用最多,Jamar握力器被美国手治疗协会推荐为握力测试的标准化工具,也被认为是握力测试仪器的金标准[7]。国内翁长水[8]等对其重测信度和测量误差进行了探讨,得出了Jamar握力器具有良好的重测信度和可接受的测量误差的结论。BTE Primus是美国Baltimore Therapeutic Equip- ment公司新近开发的一代由计算机控制的职业模拟系统,可以对手功能进行系统评估。国内的蔡仁祥[9]等2000年曾应用BTE Primus对20名健康志愿者进行重测信度研究,但其样本量较小,仅采用t检验进行统计学分析,未进行组内相关性分析,其结果有可能产生统计学上的偏倚,之后欧阳亚涛[10]等人对其信度和效度进行了探究,得出了BTE握力器可在临床手功能评定中使用的结论。

2 . 2握力器的创新与专利

由于握力器在握力测量中的重要作用,所以握力器也在随着科学的发展而发展,一系列创新型的握力器、具有专利产权的握力器随之产生。在众多的实用新型握力器中,大体可以分为以下四类。

2.2.1 多功能握力器

如具有按摩功能的握力器,它是在原来握力器的基础上在底部加上了一个可以按摩的钢珠从而附加了它的按摩功能。

如具有音乐声光功能的握力器,它是由握力弹簧、发光二极管、音乐发声装置和控制电路组成,在进行握力锻炼时可以根据不同的握力显示不同的声音和颜色,增加锻炼的趣味性。这些握力器都有一个共同的特点就是它们在原来握力器的基础上,整合上了一些新的功能,是两种或者几种不同器械有机的整合到了一体,形成了一种具备附加功能的新型握力器。

2.2.2 改良型握力器

这类握力器的功能更加先进,更实用,如具有计数功能的握力器,它是在原来握力器的基础上加上了计数的功能,使握力器使用起来更加方便。改良后的握力器适应的人群更加广泛,更加实用。

2.2.3 创新功能握力器

如手套式握力器,它是由手套、手套背面弹性钢片和腕部固定带组成,用它可以使屈指肌群得到最大程度的锻炼。健身指力握力器等等,这一类握力器打破了常规握力器的外观和功能,使新型的握力器功能更强大,在握力锻炼的同时可以进行其他身体功能的锻炼,实用效果较好。

2.2.4 用于公共场所的握力器

如一种单臂握力器,其结构主要包括中空的立柱和装在立柱上的三角形支架,其一端是升级杆一端是砝码,这种握力器体型较大,一般是固定,可用与全民健身。

3 存在问题及对未来展望

3.1 存在问题

(1)当今握力器的研究有一定的局限性,现在很少有有针对性的握力器出现,如针对青少年儿童的握力器,针对老年人的握力器,手功能不健全或者残疾人的握力器。

(2)当今对握力器的研究多停留在用于测量的握力器的研究, 很少针对用于锻炼的握力器的研究,针对核心力量训练的研究较多,针对像握力等小肌肉群训练的较少。

(3)当今对握力器的实际应用较少,在我国的老年人中,大多数人的运动习惯是进行太极拳、有氧操、散步等等有氧运动,很少有人进行像握力锻炼这样的力量训练。思想意识淡薄,不了解或者不知道力量训练的作用,所以很少有人用握力器进行锻炼。

3.2 未来展望和设想

随着科技的发展,握力在临床和实践中的应用也将越来越广泛,更多更新颖的握力器也将产生,握力器的应用也将更加广泛。针对先如今存在的问题提出以下设想。

(1)握力器的研究要有趣味性,让很少参与力量锻炼的人群如老年人、儿童等有兴趣参加握力锻炼。

(2)在进行握力器设计时,材料的应用尤为重要,针对那些需要握力锻炼的老年人、残疾人设计的握力器质量要轻,个人认为以挤压空气获取阻力的中空型的握力器较为合适。

(3)握力器的价格低廉,可以使很多人参与到握力锻炼中来。

(4)加强力量训练的培训,尤其是容易被大众忽略的握力。

摘要：握力是手部用力的主要方式,也是人体功能的重要组成部分,既是评价上肢力量的重要指标,也是评估人体的营养状况和预测寿命的重要指标之一,尤其是对于老年人,可以预测多种结局,如术后复发率、死亡率和功能下降等,甚至可以作为生命的指标之一。握力器是测量握力和进行握力锻炼的主要工具,所以握力器的选择、使用和研究尤为重要。本文通过文献资料法对近几年来握力器的概述、握力器的研究现状以及存在问题等进行探讨。

关键词：握力器,现状,进展

现状与进展 篇2

高炉渣处理、回收利用技术的现状与进展

摘要：介绍了目前国内外高炉渣处理、回收利用的现状,对比分析了高炉渣各种处理工艺的优点和不足,指出目前的.高炉渣处理存在新水消耗大、炉渣物理热无法回收和二氧化硫、硫化氢等污染物排放的问题,提出了解决高炉渣处理和回收利用过程中渣粒化及热量回收问题的新方法,并展望了高炉渣综合利用的发展趋势.作 者：吕晓芳 LV Xiao-fang 作者单位：邢台职业技术学院,河北邢台,053009期 刊：南方金属 Journal：SOUTHERN METALS年，卷(期)：2010,“”(3)分类号：X757关键词：高炉渣 处理 回收利用 发展趋势

运动医学研究现状与进展 篇3

关键词 运动医学 运动员选材 运动能力 运动疲劳 运动创伤

运动医学是建立在研究运动的基础上的，是医学与体育运动相结合的综合性应用科学。具体研究与体育运动有关的医学问题，运用医学的知识和技术对体育运动参加者进行医学监督和指导，从而达到防治伤病、保障运动者的健康、增强体质、运动损伤后快速康复和提高运动成绩的目的。

运动医学在欧美的发展较早，尤其在上世纪50年代以前东、西德的发展较为引世人瞩目，世界上很多著名的大学及体育院校都设有运动医学研究所。美国、澳大利亚等国家后来者居上，运动医学研究和教育机构迅猛发展。即使在某些欠发达国家，如拉脱维亚等的部分高校不仅有运动医学系，甚至还成立了专门的运动医学院，也有部分高校将运动医学作为一门课程加以学习[1-3]。

运动医学研究内容主要包括：①运动员科学选材。科学选材是指运用现代科学理论、方法和手段，客观地测定人体的某些数据和指标，以此预测其未来的竞技能力。科学选材关系到遗传学、形态学、生理学、统计学和训练学等多种学科的领域。随着科学的日益发展，训练方法的更加客观和科学化，要使创造优异的运动成绩，科学的选材就是成功的一半。②运动营养学。研究合理利用食物以满足人体需要，以提高运动能力。③运动损伤。研究运动损伤的发生规律、机理、防治措施和伤后的康复训练等问题。④医疗体育。研究运用各种体育手段防治伤病，特别是常见病的体育疗法。

本文旨在对运动医学在运动员的选拔、提高运动能力以及运动创伤的治疗上的研究，综述运动医学的研究领域的现状与进展。

一、运动医学在运动员的选材上的研究

所谓运动员科学选材，是根据不同运动项目的特点和要求，用科学的、先进的手段和方法，通过客观指标的测试，全面综合评价和预测，把先天条件优越，适合从事某项运动的人从小选拔出来，进行系统培养，并且不断地监测其发展过程。

运动员科学选材作为运动医学研究的重要部分已成为体育科学研究的热点。由于制约运动员成材的因素很多，因而选材研究的内容必然涉及到方方面面众多领域。目前，运动员选材已从单一方面研究深入到全面展示不同项目运动员身体形态、生理机能、生物力学及心理学方面的综合特征，尤其深入到运动员不同运动能力的遗传特征和家族聚集性等方面的研究，并已着手探讨体质与运动能力相关基因的分布特征、基因表达、变异状况等问题[4，5]。

近年，随着分子遗传学的进展及其对运动医学领域的渗透，国内外学者尝试着探讨与运动能力相关的基因。目前研究发现，有氧能力有关基因有血管紧张素转化酶ACE[6]、肌肉组织特异性磷酸肌酸激酶CKMM、肾上腺素能α受体ADRA2A及线粒体基因mtDNA的D-loop和MTND5等[7]；与肌肉力量有关的基因主要涉及GDF8、CNTF等[8，9]；涉及到耐力素质的基因有ACE[10]、CKMM、ADRA2A、Na-K-ATPaseα2基因等。人们试图探明这些表型的基因标记或定位，以解决优秀运动员的早期选材问题，并从分子水平揭示人类运动能力的遗传生物学机制。

伴随着人类基因组学的飞速发展如果我国运动科学工作者能利用现代生理学、分子生物学、基因组学、生物信息学及生物芯片等技术结合，了解其相关基因的结构和功能，对运动能力的预测、评定以及科学选材系统的建立将有十分重要的意义，有望从根本上解决竞技体育早期选材、早期培养和科学监控的难题。

二、运动医学在提高运动能力上的研究

训练外的运动强力手段一直为运动医学所关注，其中膳食热量的调节和机能增进酸的补充广泛地被应用于运动训练实践。其中营养物质对提高运动能力一直被作为研究热点之一。

人们长期的观点认为，高碳水化合物（carbohybrate，CHO）膳食方案（碳水化合物提高能量占总能量的60%~70%）是最有利于运动能力的提高，其理论基础在于高CHO的膳食可增进人体肌组织的糖元贮备，从而提高运动员的高强度运动状态下的抗疲劳能力。但也有人分析，当运动员采用高CHO膳食时，势必要减少蛋白质、脂肪的摄入比例，也会在一定程度上影响运动员的运动能力，如低脂肪的摄取可影响脂溶性维生素的摄取水平。因此提出高脂膳食。高脂膳食可提高机体血清脂肪酸水平，从而提高脂肪氧化代谢率。有研究发现无论是口服还是静脉注射脂肪，均可提高血浆游离脂肪酸的水平，在运动中可使糖元节省化[11]。就运动膳食是高脂还是高CHO性，还需考虑运动的性质，考虑高血脂对人体心血管系统的负面影响。

肉碱被长期认为与长链脂肪酸向细胞内线粒体转运的一些酶的活性及水平有关。理论认为，增加肌肉组织的肉碱水平，可提高肌肉组织氧化脂肪酸节省肌糖元，而另一可能的作用机制是肉碱转化乙酰辅酶A为乙酰左旋肉碱和辅酶A，从而提高辅酶A的水平。另有些报道说肌酸和支链氨基酸可提高运动能力，但机制都不甚很明确，也有些研究者对此存在些质疑，需要针对不同的运动性质进行更深一步的研究[12]。

现代医学还证明了针灸能提高运动能力[13]。激烈运动之后，由于能量物质的消耗，体内酸性代谢产物堆积，经络气血阻滞不通，致使运动能力下降，通过刺激经穴的方法，疏通经络系统，调节脏腑之间的功能，使内环境达到平衡，促进体内的新陈代谢，促进能量物质的恢复和补充，促进疲劳的消除，提高运动能力。

三、运动医学在运动疲劳和运动创伤方面的研究

运动性疲劳是由于运动性刺激所引起的组织、器官甚至整个机体工作能力暂时下降的现象。运动性疲劳造成机体的代谢失衡和医学问题，具有如下几点特征：中枢神经系统的疲劳、免疫功能下降、神经内分泌功能抑制、造血系统功能抑制、机体抗过氧化能力下降等。如何预防、缓解和消除运动性疲劳，增进机体的抗氧化能力，防止运动性损伤，提高运动竞技水平是当今运动医学中的研究热点。

通过研究发现，抗氧化剂的补充可以预防和缓解运动性自由基损伤，增进机体的抗氧化能力。机体在剧烈运动时，由于自由基产生增加，脂质过氧化反应增强，从而导致疲劳的产生。田京伟等的体外实验研究表明，白藜芦醇苷体外可清除O2＋及•OH；抑制H2O2诱导的大鼠红细胞氧化性溶血；抑制•OH引起的小鼠肝微粒体过氧化脂质（LPO）和大鼠红细胞膜丙二醛（MDA）含量的升高，具有很好的清除自由基及抗脂质过氧化的作用[14]。

高强度的剧烈运动还是导致各脏器官发生缺血再灌注损伤的重要因素。对由于运动或其他行为而导致的软组织如骨膜、软骨膜等的严重损伤，而进行软组织移植时，干细胞起到重要的作用[15，16]。利用成体干细胞技术治疗心肌损伤，主要集中在骨髓的神经千细胞和骨骼肌与血液来源的干细胞。许多对实验动物心肌梗死模型的研究发现利用干细胞技术可以使心脏功能改善33％，将人骨髓来源的造血干细胞注射到大鼠的心脏受损部位，可以促使受损伤部位附近的血管产生新的分支，使心脏功能提升26％。

中国传统的针灸在治疗运动损伤疾病也得到了充分的证明[14]。而某些中药也表现出较好的抗疲劳效用。

四、讨论

近年，随着基因重组与克隆等分子生物学理论与技术的发展，运动医学研究又从细胞、亚细胞研究扩展到分子与基因水平的研究，使运动医学研究取得了长足的进展，对于运动员科学选材、提高运动能力和运动疲劳和运动创伤有了新的认识，为运动医学学科发展奠定了理论基础。

参考文献：

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胃癌复发研究现状与进展 篇4

关键词：胃癌,淋巴结清扫,脱落癌细胞

我国因胃癌死亡的人数居恶性肿瘤之首[1], 而目前我国胃癌病人中早期胃癌检出率较低, 多数在系统治疗时已达到进展期胃癌, 进展期胃癌的术后复发率较高, 直接影响我国胃癌患者的预后及存活率。胃癌的主要转移方式为淋巴结转移, 因此术中淋巴结的清扫是否充足是胃癌复发的重要影响因素之一。同时脱落癌细胞引起种植转移亦是胃癌复发的重要因素。

1. 淋巴结清扫范围

1.1. 应重点清扫的淋巴结

胃癌根治的关键在于淋巴结清扫[2], 对提高胃癌患者5年生存率起到至关重要的作用。按解剖学分析, 胃周共有1 6组淋巴结, 临床上根据不同部位、不同阶段的胃癌, 将淋巴结转移分为III站。第I站为第3、4、5、6组淋巴结;第II站是第1、7、8、9组淋巴结;第III站为第2、10、11、12、13、14、15和16组淋巴结。第I站最常发生转移, 第III站常最后转移。日本第13版胃癌处理规约[3]中将第一站淋巴结完全清除为D 1, 第二站淋巴结完全清除为D 2, 第三站淋巴结完全清扫为D3。目前日本胃癌规约推荐的D 2根治术作为可切除进展期胃癌的标准术式, 已成为国际上绝大多数专家和学者的共识[4], 选择性D 3根治术推广也很普遍。胃癌根治术行淋巴结清扫时应有重点, 其中N o.6、1、12应重点清扫, No.6是胃癌中最易发生转移的淋巴结, 即使较早期的胃癌也不可忽视No.6淋巴结的清扫[5]。总结10 000例胃癌淋巴结转移结果显示, 第6组淋巴结转移的发生率在胃上部癌为7%, 胃中部癌为14%, 而在胃下部癌则为48%[6]。所以彻底清扫No.6很有必要。中山大学胃癌诊治研究中心资料显示:N o.1 2淋巴结在胃中、下部癌组转移率较高, 约为1 2%, 提示N o.1 2淋巴结应属于区域淋巴结的可能性较大, 宜常规清扫[7]。

1.2. 胃癌前哨淋巴结检测

近年来, 利用前哨淋巴结 (SLN) 活的意义。检技术指导胃癌淋巴结清除的尝试越来越多, 但其临床效果仍存在争议。王琦三[8]等利用在胃壁上注射亚甲蓝标记SLN, 行淋巴结清扫术。96例患者中92例成功检出前哨淋巴结, 检出率为95.8%。在T1、T2期胃癌中, 由SLN预测胃周淋巴结转移的准确率为93.8% (15/16) , 敏感性为87.5% (7/8) , 在T3期胃癌中, 由SLN预测胃周淋巴结转移的准确率为67.1% (51/76) , 敏感性为52.8% (28/53) 。可见其对清扫的范围具有指导性。另外, 车红缨等[9]利用纳米炭淋巴示踪剂, 在80例胃癌手术淋巴结清扫中追踪示踪剂的分布情况, 其结果能够证实手术清扫范围的足够性。

2. 脱落癌细胞

腹腔内脱落的癌细胞 (e x f o l i a t e d cancer cells, ECC) 是形成腹膜转移的先决条件和胃癌的独立预后不良因素, 胃癌术后早期复发转移的理论主要包括两种:“种子土壤”学说及肿瘤细胞诱捕学说[10]。脱落癌细胞主要与胃癌的分化程度高低, 浆膜层受侵, 淋巴结转移及临床分期有关。尤其在肿瘤侵及浆膜层后, 术前及术中癌细胞脱落至腹腔中导致的转移和复发是导致根治术失败的主要原因。因此术中要注重手术的无瘤原则[11], 防止种植转移。术中利用F-T H医用胶封闭受侵犯的浆膜面可大大降低癌细胞的脱落, 刘中宁等[12]胃癌术中应用F-TH癌浆膜面封闭胶防止癌细胞脱落的随机对照研究亦证明此观点。术后及早的检测到癌细胞及有效的治疗亦可降低复发。在诊断腹膜转移的检查中, 腹腔灌洗液脱落细胞学 (PLC) 检查目前仍被认为是检查中的金标准, 但其检出率较低仅为25%左右[13]。而近年来临床上应用较广泛的流式细胞学方法 (flow cytometry, FCM) 相对敏感性和检出率更高。刘洪斌等[14]以流式细胞学 (F C M) 方法检测腹腔冲洗液癌胚抗原 (CEA) 。同时采用HE染色进行腹腔冲洗液细胞学 (PLC) 检查。胃癌组腹腔冲洗液PLC检测肿瘤细胞阳性检出率为24.0% (12/50) , FCM检测CEA阳性率为54.0% (27/50) 。说明FCM可以更好的用来检测胃癌患者腹腔中游离癌细胞, 但FCM原理是检测染色体数目的变化时带来的DNA含量差异, 当在肿瘤是二倍体肿瘤或异倍体肿瘤较少时呈现假阳性, 而影响到特异性, 此问题仍需注意。

3. 小结

现状与进展 篇5

土壤重金属污染现状与治理途径研究进展

摘要：分析了我国土壤重金属污染现状,阐明了土壤重金属的危害,介绍了当前污染土壤的.各种修复措施,包括工程修复措施、物理化学修复措施、化学修复措施、农艺调控措施以及生物修复措施等;对各种措施的修复原理、已取得的研究进展以及优缺点进行了分析,并提出土壤重金属污染物防治必须重视管理措施的发展和应用.最后对土壤污染防治存在的问题和今后研究的方向进行了探讨.作 者：杨苏才 南忠仁 曾静静 作者单位：兰州大学资源环境学院,西部环境教育部重点实验室,甘肃,兰州,730000期 刊：安徽农业科学 ISTICPKU Journal：JOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES年，卷(期)：,34(3)分类号：X53关键词：土壤污染 重金属 修复措施 综述

肝癌的微创治疗研究现状与进展 篇6

文章编号：1003-1383(2011)03-0348-04 中图分类号：R 735.7 文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1003-1383.2011.03.049

肝细胞肝癌( hepatocellular carcinoma，HCC)是最常见的恶性肿瘤，能手术切除的患者应首选外科治疗，但临床上对于明确诊断的患者多数已属晚期，已失去外科治疗的机会，致使其临床切除率低，放化疗的反应大，患者不能够耐受。肝细胞肝癌接受肿瘤根治性切除后，近半数病例2年内可复发，小肝癌术后5年复发率也高达43.5%［1］。随着科技的进步，肝癌的微创治疗得到蓬勃发展，新的理念、新的技术、新的成果层出不穷，经导管动脉化疗栓塞(TACE)、射频消融(RFA)、经皮酒精注射(PEI)、经皮微波固化(PMCT)、冷冻治疗(cryosurgery)、激光消融(L-TA) 等微创疗法方兴未艾，其应用领域逐渐增多，疗效不断提高，其精髓是在治疗疾病的基础上，把治疗本身对患者的伤害降到最低，以最小创伤赢取最佳康复，是一种具有微创性、疗效显著、副作用小、定位准确等特点的全新方法，其实用性、安全性和疗效逐步得到临床的肯定并被推广应用［2］。本文现就此领域近年研究较为集中的相关进展作简要概述。

HCC微创治疗的发展概况

1963年Cooper首先提出用冷冻的方法治疗HCC，但在随后的数十年并未取得重大进展。随着科技的发展，传统生物医疗模式发生了全新的革命，以患者为中心，对整体健康及生命内在质量关怀，并符合现代人文医学的循证决策和微创化治疗的新理念占主导地位，这就为各种疾病的诊疗提出了更高的要求，也是新的机遇与挑战，微创外科治疗HCC即在此背景下经过20年的探索，至1983年Aronoff首次报道用激光疗法热消融肿瘤，Steger等随后用激光成功治疗HCC，1983年Nakakuma等提出经肝动脉化疗栓塞治疗HCC，1986年Tabuse等小组研制成小管径同轴微波系统，用于经皮消融深层肝组织，至1990年微波消融技术被广泛用于治疗HCC，1995年Rossi等提出了射频消融治疗HCC，从1963年Cooper提出用冷冻的方法治疗HCC至今，经过近半个世纪发展，肝癌的微创治疗已取得可喜的临床效果并得以长足进步。

经导管动脉化疗栓塞的应用

经导管动脉化疗栓塞（TACE）用于临床始于1977年(Yamada R)，是姑息性治疗肝癌的一种重要手段，至今已有三十多年历史，其原理是在X线透视下将导管经股动脉插至肝固有动脉或其分支注射抗肿瘤药物和栓塞剂。正常肝脏血供75%来自门静脉，25%来自肝动脉，而肝脏恶性肿瘤90%血供来自肝动脉。选择性肝动脉栓塞可使癌细胞坏死，而正常肝组织靠门静脉血供继续存活；肿瘤区动脉灌注药物其浓度比全身给药高10～100倍，同时栓塞使药物存留时间从几小时延长至数周，另外碘化油还有栓塞肿瘤微细血管的作用，可以进一步阻断肿瘤的血液供应。国内陈氏等［3］2005年对1630例HCC的研究显示，观察组HCC术后进行TACE治疗，对照组未进行TACE治疗，两组患者半年、1年、1.5年肿瘤复发率观察组为22.2%、78.0%、88.6%，对照组为61.6%、74.7%、80.1%，差异有统计学意义。2007年Stockland等［4］报道的HCC患者中，35例经TACE治疗24 h内、97例经TACE治疗24 h后行原位肝移植手术，18例未行TACE治疗而直接行原位肝移植，三组患者1年、3年、5年的生存率分别为79%、58%、39%和91%、80%、72%及69%、61%、41%，差异有统计学意义。Zhong等［5］2009年的研究提示，ⅢA期的HCC术中及术后辅以TACE治疗，预后明显优于单独的肝脏肿瘤切除，进一步说明了TACE的确切疗效。Takayasu等［6］2006年的Meta分析结果亦佐证了TACE可显著提高中晚期HCC患者的3年生存率，而肝动脉和门静脉的栓塞、联合化疗可提高疗效，改善其预后。最近TACE的应用由既往单一使用转而向应用新型栓塞联合化疗药物等方向发展，其结果让人们充满全新的希望。2006年Li等［7］的研究显示，采用TACE联合门静脉化疗的一组HCC患者，1年、3年、5年无瘤生存率显著高于单纯TACE组。Gish等［8］2009年的研究报告表明，在随机分组使用TACE联合胸腺珐新(免疫调节剂)治疗不能手术切除的HCC和等待供体期间的姑息治疗肝移植患者，其生存率和更少的细菌感染等并发症较单独使用TACE总体疗效显著。最近Stampfl、Bonomo［9，10］报道认为，选用好的栓塞介质单独应用于动脉栓塞的效果良好，但尚缺乏大样本、前瞻性、多中心、随机对照及循证医学的科学依据，在临床推广尚需进一步验证，虽然是一家之言，但至少代表了动脉栓塞治疗的新思路，应引起我们共同关注。同时，HCC的成功微创介入治疗与介入治疗导管等器械的发展有关，2009年英国学者Khorsandi等［11］研发的“VesCoag”新式血管内导管可将化疗药物、栓塞介质、射频电极等治疗器械精确地送抵目的血管，并针对目标血管做出针对性封堵，从而显著减少了介入治疗时的血管破裂、内膜损伤等并发症，临床试用效果倍受鼓舞和期待。

射频消融治疗HCC疗效的评价

目前消融治疗已成为治疗(ablation therapy)肝癌的三大主要治疗手段之一。其工作原理是在超声、CT、MR等引导下，经皮穿刺将射频针刺入瘤体后，针尖的多根微电极呈“伞”形张开，通过微电极发出射频波，激发组织进行等离子振荡，离子间相互撞击产生热量(80～100℃)，借助热效应使癌灶发生凝固性坏死，从而杀死肿瘤细胞。HCC的局部消融治疗包括高强度聚焦超声、PMCT、LTA、RFA等方法，其中尤以RFA疗效最为肯定，具有创伤小、无明显的并发症、患者痛苦少、疗效肯定、可反复多次应用、并适合多种影像学仪器的动态评估和检测等优点，是一种较为确切有效的HCC微创治疗方法。RFA疗法主要是针对各种原因不能接受手术的HCC患者的姑息治疗，特别是肿瘤直径≤3 cm的恶性肿瘤，现认为，RFA治疗可使HCC直径≤3 cm 的肿瘤达到90%的坏死效果，是早期、单发、位置较复杂、难以手术切除的小HCC或终末期HCC治疗的主要方法。Ballem等［12］2008年对104例不能手术切除的HCC患者进行RFA治疗，其3年、5年实际生存率分别为21%和8.3%。Hiraoka等［13］2008年报道≤3 cm的小HCC行RFA治疗后，3年、5年总生存率及无瘤生存率较手术切除高。Omata等［14］的研究认为，对于直径＜3 cm的早期小HCC，80%的患者可以达到完全缓解，获得和手术相同的疗效，而对于直径在3～5 cm的肿瘤，只有50%的病例完全缓解。Veltri等［15］采用RFA对46例HCC共51个HCC结节的治疗发现，瘤径<5 cm者有效率为85.2%，≥5 cm者有效率为45.8%，瘤径＜5 cm者总体1年、2年生存率明显高于瘤径≥5 cm者，差异有统计学意义，进一步证实了RFA的良效。由于RFA的微创优势，使患HCC的患者对RFA的微创治疗更易于接受，在临床上得到广泛推广应用，从而在小HCC的治疗中对肝切除术提出了挑战。目前，关于RFA的治疗和肝切除术的对比研究在世界各地开展。2008年意大利Guglielmi等［16］的一项回顾性研究报道表明，RFA治疗比早期HCC手术切除在更长的中位生存时间和无瘤生存时间方面有一定的差异，早期HCC手术切除有更长的中位生存时间和无瘤生存时间，但进一步的分层分析则发现肿瘤直径≤3 cm时的RFA治疗与手术切除比较差异无统计学意义，因此认为直径≤3 cm的小HCC采用RFA治疗可以取得与肝切除术相似的疗效。Liang等［17］比较再次手术切除和RFA治疗复发性HCC，结果显示1年、3年、5年生存率两组间比较差异无显著性，分层研究分析，肿瘤直径≤3 cm的患者1年、3年、5年生存率也没有显著差别，但再切除组并发症的发生率则显著高于RFA治疗组。最近，Song等［18］对特殊位置HCC瘤体(如靠近膈肌、胃肠道等难以行常规RFA的瘤体)的患者先行人工制造腹水，再行局部RFA治疗，获得满意疗效。Ueno等［19］的研究表明，为取得良好的临床治疗和控瘤效果，对肝功能良好、米兰标准分级内的小HCC建议以手术切除为首选，只有难以切除的单发肿瘤或无法切除的多发肿瘤才考虑采取RFA治疗，并认为进行RFA治疗不应以肝功能评价优劣为限，这一观点较以往更为新颖。Cheung等［20］的研究认为RFA治疗前，除常用的Child-Pugh分级评价肝功能外，对肿瘤数量、血清白蛋白、胆红素等因素综合考虑更为客观，其治疗的安全评估的准确性要更高。上述不完全一致的研究结果令临床难以选择，期待在不久的将来可能得到公认一致的结论。

动脉化疗栓塞与消融联合治疗的优势

随着微创介入方法的不断更新与发展，联合、序贯治疗逐年增多，其疗效也较单一应用有明显优势。TACE与RFA联合治疗或序贯治疗，可以相互取长补短，发挥各自治疗的长处，扩展它们单独应用的适应证，将只适用于微创切除治疗小HCC的RFA技术，扩展到大HCC和无法切除的HCC，乃至门静脉分支和肝静脉存有癌栓的晚期HCC患者。联合治疗后的大HCC及晚期HCC患者实现了减瘤生存，部分甚至达到了长期无瘤生存，收到了比单一治疗更好的临床效果。联合治疗还可致肿瘤凝固性坏死的范围扩大，如果为多中心发生的肝癌， 在TACE治疗不彻底的情况下，RFA可作为一种较好的补充治疗手段。Zhang等［21］报道133例HCC患者中，66例行RFA+PEI治疗，其余67例仅行RFA治疗，结果表明，两组患者1年、2年、3年、4年、5年的总生存率差异有统计学意义，RFA+PEI组较单一RFA组效果好(P=0.04)。另外，TACE联合PEI治疗还可使直径<3 cm的HCC完全坏死，疗效近于手术切除。Becker等［22］随机对照研究TACE和PEI联合治疗HCC疗效，结果显示1年、2年生存率分别为61.5%、38.7%，明显高于单纯PEI治疗，差异有统计学意义。陈敏山等［23］采用PEI联合RFA治疗HCC，结果显示，两者具有协同效应，联合治疗HCC患者1年、2年生存率较单纯RFA治疗高，两者疗效比较差异有统计学意义。而采用TACE和PEI联合治疗时，TACE可以使HCC组织的密度显著降低，瘤内的隔层明显减少，且大都形成纤维包膜层，随后进行PEI，可以往瘤内注入更多量酒精，以便酒精能渗透至病灶的全部，并且能更好的停留于肿瘤的内部，从而提高PEI的疗效。林焕兴等［24］评估TACE及PEI治疗中晚期肝癌的疗效，结果显示，TACE联合PEI治疗1年及2年生存率分别为70%、31%，明显高于单纯行TACE治疗1年及2年的生存率(45%、12%)，认为TACE联合PEI为原发性肝癌较好的一种综合治疗方法，可提高肝癌治疗疗效。

三维适形微创治疗HCC的展望

由于HCC肿瘤细胞的生物学特性，目前的治疗原则总体上是以手术切除为主，以介入微创、分子靶向、放疗化疗治疗为辅的综合治疗体系。HCC的微创治疗对小HCC(＜3 cm)的治疗非常有效，而对大HCC尤其是直径≥5 cm的HCC，其高度的浸润性及复发性是HCC微创治疗面临的最大难题。就当前而言，各种微创治疗都有其局限性，治疗范围尚未达到理想效果，由于肿瘤形态不规则，存在卫星灶，故在实际操作中对靶区范围控制较为困难，不易做到治疗靶区与肿瘤的吻合，可造成肿瘤组织残余，若扩大治疗靶区则会损伤正常健康组织，给治疗带来一定的风险。因此，今后HCC微创治疗研究探索的方向是三维适形的微创治疗，能否实现将影响HCC微创治疗这一技术的发展前景，各种微创治疗如能充分有效联合，利用各自的优点，将会进一步提高HCC患者生活质量，延长生存期。以TACE、RFA为代表的介入微创治疗方式取得了长足发展，服务于临床，并将继续在新理念、新技术进展的引领下，为HCC患者带来新的希望和更大的福音。当今，HCC微创治疗技术得到了较快的发展，但还存在许多问题亟待解决。理念的更新总是要先行一步，技术的进步才永无止境，目前诊治HCC无论从理念还是从技术，每一个层面的发展都日新月异，这为我们提供了前所未有的发展机遇和空间，加强对上述问题的深入研究，HCC微创治疗技术必将在HCC的临床治疗中发挥更大的作用。

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(收稿日期：2011-03-01 修回日期：2011-05-22)

改性淀粉的研究现状与进展 篇7

淀粉是一种来源丰富的可再生资源。近年石油价格一路上扬,使得以石油为原料的高分子类产品价格也随之上涨。淀粉作为一种来源丰富的可再生资源,其改性产品在某些方面可以替代普通塑料,而有着优良的生物降解性,可以有效地解决白色污染问题[1]。

改性淀粉以天然淀粉为原料,在其原有性质基础上,经过特定的化学物理处理,改良其原有性能,被广泛应用于皮革、造纸、石油、纺织、食品、医药等行业,并且有望以改性淀粉制备纤维,从而大大地扩大了改性淀粉的应用范围[2]。

1 淀粉的结构

淀粉颗粒近似球形,一般尺寸是1~100nm,结构比较紧凑,不溶于冷水。淀粉有直链、支链之分,它们含量比例由淀粉的来源不同而各异。直链淀粉主要是线形的α-葡聚糖,含有大约99%的α-(1→4)糖苷键和1%的α-(1→6)糖苷键,相对分子质量约为1×105~1×106[3]。支链淀粉的分支度很高,含有大约95%的α-(1→4)糖苷键和5%的α-(1→6)糖苷键,分子质量较直链淀粉要高很多,大约1×107~1×109。它们的分子结构见图1。

支链淀粉的分子结构

淀粉在一定条件下可以形成晶体,A-型多晶型物、B-型多晶型物和C-型多晶型物。直链淀粉是以双螺旋结构而存在,由6个残基组成一个螺距,每0.35nm上升一个单体[4]。由于α-葡聚糖是双螺旋的,所以螺旋的真正重复长度只有1.05nm[5]。A-型多晶型物双螺旋核心是一条双螺旋链,而B-型多晶型物的核心中则是水,C-型多晶型物现认为它是一种A-型和B-型的混合物。

2 淀粉改性方法

天然淀粉具有易腐败、老化、不溶于冷水、抗剪切性能低、加热糊化后增稠并且热稳定性差等特点,因此其在工业上的应用受到了很大的限制。为扩宽淀粉的应用范围,人们将淀粉进行改性,使其具备了天然淀粉所不具备的性质。淀粉改性主要有物理法改性和化学法改性。

2.1 物理改性

淀粉的物理改性是指通过热、机械力、物理场等物理手段对淀粉进行改性。淀粉的物理改性主要有热液处理、微波处理、电离放射线处理、超声波处理、球磨处理、挤压处理等[6]。通过物理改性,天然淀粉的很多物化性质都得到明显的改善,产品应用范围得到扩大。由于物理改性没有添加任何有害物质,所以通过物理改性的淀粉作为食品添加剂越来越受到消费者的关注。近年来,各种现代高新技术的应用,为淀粉的物理法改性开拓了新的发展方向。

2.2 化学改性

淀粉分子上带有大量的羟基和糖苷键,是化学反应的活性中心。淀粉的化学改性主要有酸改性、氧化改性、糊精化、交联改性和引入稳定取代基法。

2.2.1 酸改性

酸改性淀粉是在低于糊化温度时,用无机酸处理淀粉浆液而得到。使用这种改性方法时,α-葡聚糖的水解可以被很好地调控,可以得到比原淀粉黏度更低的淀粉。因此也称之为“酸变稀”淀粉,有着很好的流动性,且随着处理程度的加深流动性加大[7]。

常见的酸处理方法有湿法、半干法和非水溶剂法。由于酸处理淀粉有相对低的黏度和分子质量等性质,因此可用于软糖、淀粉果冻等食品工业,造纸工业中的表面施胶、改善适印性等。

2.2.2 氧化改性

氧化改性是淀粉分子在氧化剂作用下,葡萄糖单位上的C6位上的伯羟基,C2、C3上的仲羟基被氧化成醛基或羧基。常用氧化剂有次氯酸钠、过氧化物、高锰酸钾等。羧基的引入,使得分子之间的距离加大,阻止了分子中的氢键形成,从而使之有易糊化、黏度低、凝沉性弱、成膜性好、膜的透明度及强度高等特点。

氧化淀粉用途广泛,可用作食品工业中的低黏度增稠剂、代替植物胶用于果胶、软糖、酱类制品生产加工中;在造纸工业中,可用作施胶剂和胶粘剂,改善印刷适应性、提高纸张强度和纸张生产效率。

2.2.3 糊精

在非常干燥的环境中,通过对淀粉的热转换可以获得3种类型的糊精:白糊精、黄色或淡黄色糊精,以及英国胶(British gum)。这些产品可以广泛用于胶黏剂、结合剂、载体、包衣及包胶囊剂等。

2.2.4 交联改性

交联淀粉是淀粉上的羟基与多官能团物质的反应而制得。在反应中,淀粉的羟基与交联剂发生醚化、酯化反应。常用的交联剂主要有三偏磷酸钠和三氯氧磷,这2种交联剂都是无毒的,可以应用于食品、医药、纺织、造纸等工业领域。

2.2.5 引入稳定取代基

在淀粉的羟基上引入一些官能团,可以有效地降低其糊化温度,并且赋予其许多改性前所不具有的性质,广泛应用于造纸业、纺织业、医药、石油、食品业等领域。常见的稳定取代的淀粉有乙酸化淀粉、辛基琥珀酸钠盐淀粉、羟丙基化淀粉醚等。

化学法改性使淀粉从分子层次发生了改变,可以从根本上改变天然淀粉的性质,极大地扩宽了淀粉的应用范围。然而目前所常见的改性淀粉多为低取代度改性物,发展高取代度改性物和在淀粉上引入新的基团是今后的发展方向。

3 改性淀粉的用途

变性淀粉在一定程度上弥补了天然淀粉水溶性差、乳化能力和胶凝能力低、稳定性不足等缺点,从而使其更广泛地应用于各种工业生产中。

3.1 制革

淀粉通过氧化作用后可以得到双醛淀粉,双醛淀粉是一种多醛基化合物,可以与皮革中蛋白质的氨基、亚氨基物质发生交联,因此可用来鞣革[8]。另外改性淀粉还可以作为填充剂、涂饰剂。

3.1.1 复鞣剂

铬鞣剂具有优异的鞣革性能,使用方便,一直在皮革生产中占有主要地位。但是,铬鞣剂价格昂贵、使用率低,而且排出的废液会对环境造成严重的污染。淀粉是一种来源丰富、可生物降解、环境友好的材料,有望取代铬鞣剂。

改性淀粉用作复鞣剂在国内外已有广泛的研究。吕生华[9]等,用经过酶适当降解的淀粉与乙烯基类单体接枝聚合反应,得到了一种性能优异的改性淀粉复鞣剂,对降低制革工业污染具有积极意义。Y. Nayudamma 等人研究了双醛淀粉与胶原的交联作用,在研究了双醛淀粉鞣后的胶原中自由羰基数目的变化,以及双醛淀粉与氨基酸作用的基础上,提出了双醛淀粉鞣制的机理,可能是双醛淀粉与碱性基团和酰氨基作用,发生交联[10]。

3.1.2 其他用途

淀粉的接枝共聚物在涂饰上的应用也有过报道。聚氨基甲酸酯等与淀粉接枝共聚可得到一系列产品,这些产品可用于合成革涂饰,能改善革的柔软性、透水汽性、手感、物理机械性能等。此外淀粉还可以用作填充剂,所制备的皮革柔软、丰满,但是却容易发霉。通过对淀粉改性,提高其稳定性后有望作为填充剂。

如今人们越来越重视环境保护,提倡生态制革,而改性淀粉的可降解性和环境友好性,恰恰迎合了时代的需求。特别是改性淀粉在鞣制方面的应用,可以极大地减轻环境污染。相信在不久的将来,淀粉改性产物一定在制革工业中发挥不可估量的作用。

3.2 造纸

淀粉及其改性产品被广泛地应用于造纸工业。淀粉及其改性产品在造纸过程中的用量,仅次于纤维素和矿物填料,全球的造纸工业每年大约需要500万t,约占纸和纸板总产量的1.5%。在造纸精细化学品中,淀粉及其改性物占80%~90%(以质量计)。

在造纸工业中淀粉及其衍生物主要用于湿部添加剂(起到增强、助滤、助留的作用)、纸张表面施胶(起到提高表面强度和改善印刷性能)、涂布加工纸(起到提高印刷效果)、层间黏合剂[11]。

3.3 可降解塑料

由于天然淀粉分子间强烈的氢键作用,在加热时不能塑化,难以加工成有实用价值的制品。为了改善其加工性能,常采用加入增塑剂,在淀粉分子上引入憎水基团等方法。淀粉级生物降解塑料可以分为3类,即淀粉填充塑料、淀粉共混塑料和全淀粉塑料,现在研究比较多的合成降解塑料方法是将淀粉或其改性物与普通的聚合物共混。

3.4 污水处理

淀粉改性絮凝剂在我国的研究已取得了较好的成果。淀粉絮凝剂的合成通常是通过淀粉上羟基的酯化、醚化和氧化等方法实现的。淀粉的阳离子化、阴离子化和制备两性絮凝剂,是目前应用较为普遍的种类,除此之外,还有在淀粉分子上接枝共聚的方法。

3.4.1 阳离子化淀粉改性絮凝剂

阳离子型淀粉衍生物絮凝剂,可以与水中微粒起电荷中和及吸附架桥作用,使微粒脱稳、絮凝,有助于沉降和过滤脱水。因此,阳离子淀粉对白土、矿石、矿泥、煤、纤维素、污水淤渣及淤泥悬浮液等带负电的悬浮物,都有很好的絮凝作用[12],而且使用pH范围宽,用量少。阳离子改性淀粉通常以醚化法制备。

D.Sableviciene等[13,14]以N-(2,3-环氧丙基)三甲基氯化铵为醚化剂,合成高取代度马铃薯阳离子淀粉,处理50g/L的高岭土的浊水,试验取得了成功。S.Pal等[15]合成了一系列阳离子淀粉,对硅土悬浮物具有良好的絮凝效果。裘兆蓉等[16]合成了一种高密度阳离子高分子絮凝剂。该絮凝剂相对分子质量为66万时,对石油污水的澄清效果比相对分子质量为800万的聚丙烯酰胺絮凝剂效果好。

3.4.2 阴离子化淀粉改性絮凝剂

阴离子改性淀粉通常以酯化、交联等方法制备,这种絮凝剂在重金属废水处理、矿物浮选等方面有着广泛的应用[17]。

淀粉与磷酸盐反应可以制得淀粉磷酸酯,它是一类性能良好的阴离子型絮凝剂,在污水处理、浮选矿、细煤粉回收等方面有着广泛的应用。淀粉在碱性介质中与二硫化碳发生磺化反应后,可得到淀粉黄原酸酯,也可以通过将淀粉用环氧氯丙烷交联,再用氢氧化钠、二硫化碳、硫酸,在常温下处理得到。淀粉黄原酸酯可以用于电镀、采矿、黄铜冶炼等工业废水重金属离子的去除,如对铬、镉、镍、铜、汞等的脱出效果明显,且其使用条件宽松pH值3~11,用量也比较少[18]。张淑媛[19,20]将淀粉黄原酸酯用来处理含镍电镀废水,镍脱除率达到95%以上,镍残余质量浓度小于0.2mg/L。用交联淀粉磺酸酯处理含铬的电镀废水,铬脱除率大于99%,残余浓度小于0.1mg/L,且残渣稳定,不引起2次污染。另外,这种絮凝剂也可以作为性能优良的阻垢剂使用。

3.4.3 两性淀粉絮凝剂

两性淀粉絮凝剂是同时具有阳离子和阴离子特征基团的改性淀粉。由于同时含有2种特征基团,所以具备单一的阴离子或阳离子淀粉所没有的性质。可以用于阴、阳离子共存的体系,且抗酸、碱、盐性好,近年来受到国内外广泛关注。在染料废水脱色、污泥脱水、金属离子螯合剂等方面,取得了较好的应用。

两性淀粉通过将淀粉与阴、阳离子基团反应而制备。阴离子基团一般为羧基、膦酰基和磺酸基,阳离子基团一般是季铵盐基团。邹新僖[21]用环氧乙烷交联淀粉,再与氯乙酸和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵分别进行阴、阳离子化反应,制备了两性淀粉螯合剂,它对阴离子和重金属离子均有很强的吸附能力和较高的吸附容量。王杰等[22]以天然高分子植物粉为原料,通过羧甲基化、接枝共聚和Mannich三步反应,合成了两性天然高分子改性絮凝剂,对造纸混合污泥的絮凝脱水性能优异。马希晨[23]等以淀粉为基材、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺、甲基丙烯酸等为原料,通过反相乳液聚合,采用四元聚合的方法,合成了同时具有阴、阳离子基团的两性高分子絮凝剂。

3.4.4 淀粉接枝共聚絮凝剂

淀粉的接枝共聚物一般是通过引发剂、辐射引发[24],进行自由基聚合反应合成。常用的单体有丙烯酰胺、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯、苯乙烯、丁二烯、丙烯酸等。常用的引发剂有过氧化物、偶氮化物、高价态的过度金属离子等。这种絮凝剂有比其他絮凝剂更大的表面积,在桥联上有独特的优势,可以用于高矿化度油田废水、废纸脱墨废水、牛奶污水、印染污水、造纸污水等的处理。

3.5 医学用途

由于淀粉良好的生物降解性和生物相容性,因此淀粉及其改性物在医疗卫生方面有潜在的利用价值。淀粉及其衍生物可以用来制备药物缓释剂和组织工程支架。淀粉的溶胀性能、溶解性能、凝胶作用、流变学性能、机械性能和被酶消化的特征等,都是影响淀粉在医用领域应用的主要原因[25]。为了改善淀粉的这些性能,要将淀粉进行官能团改性或用等离子体处理,也可以将淀粉改性后与其他材料共混[26,27,28]。淀粉分子上有许多的羟基,这些羟基可以用来携带某些药物,减缓药物的释放,可以制备药物缓释剂[29,30]。

淀粉通过物理、化学改性和与其他可降解高分子材料的复合,有望制备组织工程支架,医用的可降解纤维,整形修复材料等等。

4 结束语

土壤修复技术研究进展与现状 篇8

1 物理、化学修复技术

物理修复技术是指利用一系列物理手段将土壤中的污染物从土壤中去除或分离的一类技术。和物理修复相比,化学修复技术发展比较早。主要技术包括土壤固定化/稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、光催化降解技术和电动力学修复等。

(1)蒸汽浸提技术蒸气浸提(SVE)技术是通过注射井对污染区域注入新鲜空气,同时在抽提井用真空泵产生负压将空气抽离。在注入和抽提过程中产生的流动空气能解吸和夹带土壤中的挥发性污染物并将其与土壤分离带出地面集中处理。它的处理对象一般为VOCs或其他可挥发性的污染物。蒸气浸提技术具有运行成本低、可处理的有机物范围广、可操作性较强、能有效保护土壤结构且能够避免二次污染等优点。但是它的处理效率不高,一般作为土壤修复的初级处理技术,与其他修复技术联用,同时产生的尾气需要二次处理。

(2)热脱附技术热脱附技术与空气浸提技术类似,在与土壤进行空气流通时,通过热交换使土壤温度升高,从而促进有机污染物的挥发并分离。热脱附处理对象范围宽,设备可以移动,不局限于原地修复,其非氧化燃烧的处理方式对含氯有机物的处理可有效避免产生二噁英,广泛用于有机污染物污染土壤的修复。传统热脱附技术为滚筒式热脱附。在此基础上,很多新型热脱附技术也得到了广泛研究,如微波热脱附、流化床式热脱附和远红外线热脱附等。然而,在实践应用中热脱附技术也暴露出了诸多问题,其运行成本高、设备造价昂贵、处理时间过长等。

(3)固定/稳定化技术固定/稳定化技术包括两个过程:固定化是指将污染物质和黏合剂混合使污染土壤固定但不发生化学反应,并通过铺加防渗透材料减少污染物质外泄,从而达到土壤修复的目的;稳定化也是将污染物与黏合剂混合,但通过化学反应使污染土壤形成稳定的固体形态,减少污染物的毒性和扩散性从而对土壤进行修复。在实际应用当中,固定化和稳定化一般同时存在。该技术实际操作简单,应用方便,在国外十分普及。在我国固定/稳定化技术虽然还处在起步阶段,但是也取得十分优异的成果。

2 生物修复技术

生物修复技术是目前研究最多的一类土壤修复技术。同物理修复和化学修复相比,生物修复对污染物降解更加彻底,处理费用相对较低,且不产生二次污染。

(1)微生物修复技术土壤中存在大量的微生物群,通过一定技术手段来促进或强化这些微生物的代谢能力,使之降解污染物质或降低污染物毒性,以达到土壤修复的目的。常见的微生物修复技术有生物通风法、生物强化法、预制床法和堆肥法,其中应用最多的是生物通风法。生物通风法的机理是在受污染的地表上至少打两口井,分别安装鼓风机和抽风机,一边将空气注入土壤中一边抽出土壤,不仅可以提高微生物的降解活性,还能带出土壤中的挥发性污染物。

(2)植物修复技术关于植物修复技术的研究在20世纪80年代就步入正轨,其原理是通过植物在生长过程中对土壤中的污染物的富集、吸收、过滤和降解作用来达到土壤修复的目的。植物修复技术在修复重金属污染土壤方面得到了广泛和深入的研究,其机理是通过特种植物吸收土壤中的重金属并在植物枝叶部分累积,然后收割集中处理以达到土壤修复的目的。植物修复技术对有机物污染土壤也有良好的修复效果。

3 问题与展望

土壤修复技术作为解决土壤污染问题的重要手段,一直受到国内外专家学者的高度关注,在环境保护事业上得到广泛应用并取得了重大成就。但是,土壤修复技术也存在许多不足之处和问题亟待解决。例如,物理和化学土壤修复方法具有局限性,难以大规模应用,并且在一定意义上讲物理和化学修复技术成本较高;而植物修复不仅时间长而且对植物收获后的处理还有待于进一步研究。值得一提的是,植物修复技术尚未推广,目前也仅仅是停留在试验的阶段。故将物理修复、化学修复、生物修复、植物修复等技术行之有效地结合起来是未来土壤修复技术的重要发展方向。

参考文献

[1]骆永明.污染土壤修复技术研究现状与趋势[J].化学进展,2009,21(2/3):558-565.

[2]高国龙,蒋建国,李梦露.有机物污染土壤热脱附技术研究与应用[J].环境工程,201(3)0(1):128-131.

[3]周东美,郝秀珍,薛艳等.污染土壤的修复技术研究进展[J].生态环境,2004,13(2):234-42.

[4]吴健,沈根祥,黄沈发.挥发性有机物污染土壤工程修复技术研究进展[J].土壤通报,2005,36(3):430-35.

[5]Silcox D Geoffrey,Larsen S Fred,Owens D Warren,et al.Kinetics of hydrocarbon and pesticide removal from clay soils duringthermal treatment in a pilot-cale rotary kiln[J].WasteManagement,1995,15(5/6):339-349.

[6]Navarro A,Cafiadas I,Vlartinez D,et al.Application of solar thermal desorption to remediation of mercury-ontaminated soils[J].Solar Energy,2009,83(8):1405-1414.

[7]刘甜甜,陈剑雄,陈晨等.固定/稳定化土壤修复技术的应用与优化分析[J].土壤,2014,46(3):407-412.

[8]EPA.Solidification/Stabilization Use at Superfund Sites[R].EPA,Office of Solid Waste and Emergency Response,2000,EPA-542-R-00-010.

水土保持科技近期进展与现状 篇9

1.1 政策支持

水利部于2008年印发的《全国水土保持科技发展规划纲要》 (2008~2020年) 中, 将“在水土保持的基础科学理论研究与关键技术开发中取得重大突破”作为水土保持科研的发展目标。纲要指出, 要逐步构建水土保持科技的示范单位并进行推广, 要构建科学的水土保持科技的监测评价体系, 要做好水土保持科学的国家基础理论研究, 鼓励水土保持科技协作与国家水土保持科学决策与工程设计。同时, 结合我国水土保持科学发展现状与当前生态环境建设的发展趋势, 进一步强调了水土保持科技发展中的四项基本原则, 包括:面向实际, 理论研究与生产实践相结合;重点突破, 近期目标和长远目标相结合;兼收并蓄, 集成创新与引进吸收相结合;注重成效, 实用技术开发与高新技术应用并举。

1.2 技术手段

在水土保持工作的进行中, 首先应做到“防患于未然”, 不能待水土流失现象发生后再补救、治理, 而是将水土流失的预防放在首位, 同时处理恢复已发生的流失。此外, 在水土保持的技术手段上, 应有所突破, 而非固守陈规;积极创新和改进相应的技术手段, 才能够提高工作效率, 降低水土流失防治的工作量。目前, 治理因水土流失问题而损坏的土地, 是迫在眉睫的任务, 这其中, 小流域、土层薄弱和土地退化严重区域的防治, 更是重中之重。为有效完成该任务, 可以采取以下技术手段:

1) 专人指导, 明确水保治理方案细则, 确保方案实施生效。

2) 建立科学的监测体系, 对水保方案的实施进行跟踪与督导。

3) 上级主管部门贯彻“三同时”制度, 配合和监督水保方案的实施。

1.3 水土保持基础理论研究进展

水土保持基础理论的研究主要针对于流域侵蚀动力过程;当前, 国内外均以清水动力学方程来描述这个过程。由于坡面水流是水沙共存的浑水运动, 所以, 我国相关科学人员在描述坡面水沙共存的浑水动力学过程中, 往往使用河流动力学的水沙两相流理论来初步建立坡面水沙二相流侵蚀动力学过程描述方程, 通过参数测定和敏感性分析, 结合实测资料来验证该方程。实践过程中发现, 坡面水沙二相流侵蚀动力学方程能够较好地对黄土区坡面侵蚀产沙过程及侵蚀量进行模拟, 故以此为依据, 分别构建了适合我国坡面、流域、区域侵蚀特点的土壤侵蚀模型;根据对不同类型和区域的区径流小区的长期观测数据的统计以及多次人工降雨模拟实验结果, 构建出坡面土壤侵蚀模型。在上述模型的基础上, 依据对小流域的定位观测以及模拟实验数据的统计, 修订洪峰流量公式, 构建出适合中国的小流域分布式土壤侵蚀模型。结合坡面模型和小流域模型的研究结果, 分析区域土壤的侵蚀过程, 建立GIS区域土壤侵蚀模型。由于在多尺度模型集成和地形因子尺度方面的突破性进展, GIS区域土壤侵蚀模型以被有关主管部门指定用于国家水利普查工作。

2 水土保持现状

2.1 水土保持工作现状

近年来, 通过对多个小流域的治理项目的逐步开展, 我国的水土保持工作已取得显著成效:水土流失面积逐步缩小, 水平梯田、坝地、造田造地面积不断扩大。为使各项目区域的农产基本条件及生态环境进一步提升, 同时建设了配套的小型水利灌溉工程、生态旅游与绿色果品等示范基地。水土保持工作的逐步推进, 改善了项目区的生态环境和生产条件, 使区域土地利用的结构更为合理, 更适应于区域经济的发展方向, 使之符合产业结构调整的要求。

2.2 开发建设造成水保设施损毁严重

目前, 我国的部分开发项目施工现代化水平偏低, 且管理粗放, 加深了水土流失现象;加之受到气候、地理条件等客观因素的影响, 使我国的水土流失多呈现出地域的不完整性, 这主要由于开发建设项目所占区域的不完整性产生。开发建设项目各阶段造成的水土流失具有较大的差异, 这使新增的水土流失具有不均衡的特点;地面项目在建设中不断破坏地表植物和地形地貌, 加剧了原生水土流失, 使新增水土流失时有突发;而地下项目经常会进行地层挖掘及地下水疏干, 这不仅会扰动地面, 更会造成地下水位下降、地表河流干枯甚至地面塌陷, 加剧水土流失;水土流失是造成土壤肥力降低的直接原因, 使得水、旱灾害频繁加剧发生, 造成河道的阻塞, 使河流资源难于开发利用, 破坏农田、道路和建筑物, 严重破坏生态平衡, 降低环境质量。

2.3 项目建设工程安排不合理, 监管工作不到位

为减少建设工程施工对地表的扰动, 合理调试土石方, 减少工程废土量, 应合理安排工程的实施顺序, 达到降低水土流失的目的。但在实际施工过程中, 如一些风电项目的建设过程中, 施工单位往往不能有效监管施工队伍, 甚至出现工人擅自独立工作的现象, 使得施工过程无法按照既定的顺序开展, 施工时间更无法控制。为有效监控项目建设工程, 降低工程实施造成的水土流失, 水利部已下发相关规定, 明确规定项目建设中需有水土保持技术方面的人员参与和监察, 同时, 规定中也明确了技术人员的任职条件。但在实地考察中发现, 鲜有建设项目单位完全执行了此规定、按照规定要求任用水土保持专业监管人员。水土保持工作的监管工作, 大都由项目工程的施工监理来完成。

3 结束语

水土流失问题是世界问题, 我国的水土流失问题尤为严重, 在长期治理水土流失问题的实践中, 科学技术发挥了重要作用。“十一五”以来, 广大水土保持科技工作者针对我国水土保持现状, 开展了大量的科学研究试验和推广工作, 取得一系列科技成果, 有效提升了我国水土流失防治水平。总结近期水土保持科技工作成果、明确近期水土保持重大基础理论研究和关键技术研发重点, 对于加强水土保持科技创新、降低水土流失发生现象、推动我国生态文明建设, 乃至推动我国全面小康社会的建成, 都具有十分重要的意义。

参考文献

[1]王红, 贾仁甫, 李章林.扬州市新农村建设中水土保持存在的问题及对策[J]中国水土保持, 2010.

水资源规划管理现状与进展 篇10

全世界人均水资源拥有量为7342立方米, 但由于世界水资源的分配, 在时间和空间上很不平衡, 所以, 很多国家和地区都缺水。据相关资料显示, 目前全世界大概有1/3的人生存在淡水消费量超过可更新水资源总量10%的中度以及高度缺水区域。约40%的世界人口, 大概80个左右的国家在1990年代中期后就严重缺水 (CSD 1997a) [1], 估计在25年之内, 2/3的世界人口将要居住在水紧张的国家里 (CSD 1997b) 。到2020年, 水的使用量将会提高40%, 其中17%以上的水将要用于满足人口增长所引起的食品生产 (世界水联合会2000a) [2]。据估计全球用水量每年大致以5%的速度增加。世界人口在20世纪增加了两倍, 而人类的用水量却增加了5倍。世界水文理事会主席马哈茂德·阿布扎依德说:“预计到2050年, 约占世界人口2/3的66个国家将由一般缺水发展为严重缺水”[3]。世界人口数量呈不断上升趋势, 随着近年来城市化与工业化进程的不断加快, 人类对水的需求量也在不断加大, 但与此同时, 全球水环境却受到了极大的威胁, 不断恶化。缺水已经成为了许多国家和地区进一步发展的制约因素, 而潜在的水资源危机也即将成为继能源危机之后的又一多边矛盾的焦点, 甚至可能引发战争, 如中东、印度与孟加拉国等。根据近100年的世界统计数据显示, 世界人口总量与年取水量曲线几近平行, 表明世界人口的增长与新鲜水取水量的增长成正比关系, 且相关性较高, 如图1所示[4]。

水是生命之源, 无论是今天还是未来的人们, 每个人都应该有平等的权力以合理的价格去获取足够的赖以生存的优质饮用水、完善的卫生设施、充足的食物和能源, 水权是人的基本生存条件之一。但事实上, 水危机在全球范围内进一步恶化和蔓延, 并由此危及到这个星球上的整个生态系统的平衡。市场经济主导下的利益当先的原则正引导着人类走向一条不可持续的不公平的不归之路 (William·J, 2000) [5]。从联合国最新的统计数据可见, 目前, 在发展中国家中, 约有11亿人口不能享受到安全的饮用水 (Mooyoung Han, 2004) [6]。与此同时, 联合国在其千年目标中提出, 到2015年, 使全球未能享受到安全饮用水的人口减少一半, 也就是说, 要解决至少6亿人口的饮用水安全问题, 而这些人口主要发布在经济不甚发达的发展中国家。即使在发达国家, 为了满足日益增长的用水需求, 也需要寻找更为科学有效的水管理方法。

2 国外水资源的管理现状

纵观国内外, 我们不难发现, 国外许多国家的水资源综合规划均以水系或流域为单位进行制定的, 比如日本、美国、英国等。此外, 这些国家同时还会制定各种专项规划和专业规划, 例如水土的保持、地下水的开发与利用、水资源保护、防洪、治涝等等。国外许多国家的水资源规划也是分层次的, 比如:日本的水资源规划可以分为水系规划和全国规划两个层次。在日本, 水系规划在前, 全国规划在后;全国规划由国土厅直接负责[7], 而水系规划则由土地·水资源局与相关辖区行政长官以及政府其他部门共同协商制定。从层次上来讲, 美国的水资源规划可以划分为A、B、C三个层次:A级, 由联邦政府制定, 称之为联邦级别;B级, 是由地区、流域或跨流域的委员会提出, 也称之为区域或流域级别;C级, 由具体的工程单位负责, 也称之为具体的行动规划。英国的水资源规划分为区域级、流域级、国家级规划, 还可以细分到各基层地方的水资源规划。

2.1 日本

在日本, 针对指定的水系, 通常是由日本土地·水资源局与相关辖区行政长官以及政府其他部门共同协商制定水资源规划, 同时需要听取水资源开发审议会和有关都、道、府、县行政长官的建议与意见, 并经由内阁讨论通过, 最后由内阁总理大臣决定是否批准。日本的水资源全国综合规划由国土厅直接负责, 迄今为止, 已经制定了3次全国综合规划, 每一次均以全国综合开发计划为基础而制定。

2.2 美国

在美国, 流域委员会负责流域水资源规划工作, 而后经由流域水资源理事会 (以下简称理事会) 审查;针对联邦项目的资金问题, 理事会无权更改这些规划, 但有权向总统提出建议。各州自行编制各州的水资源规划, 同样需要交由理事会审查, 理事会也同样无权干涉州的水资源规划。

2.3 英国

在英国, 中央集权制较为浓重, 水资源规划也与其他国家有着较大的差异。英国水资源规划的审批程序比较复杂, 现以威尔士和英格兰的流域水资源规划举例加以说明:a.威尔士和英格兰的水务公司需要在民众意见的基础上拟定规划草案同时递交至环境署;b.环境署对规划草案加以分析并提出建议, 然后连同草案递交至环境、运输与区域部部长;c.水务公司在部长的指示下制定最终规划。

综上所述, 我们不难发现:国外许多国家不仅在设置水利机构上层次分明, 在规划水资源过程中遵循水的自然特性, 大多以水系或流域为单位, 而且在制定水资源规划上也是分层次的, 且与水利机构的分层设置相呼应。在水资源制定规划的各个环节中都权责清晰、分工明确、统一协调;在审批时坚持科学与民主充分结合的思想, 逐级筛选上报、反复推敲并修改直到确定最终方案, 整个过程严丝密合、有条不紊。以上这些, 都值得我们学习、借鉴。

3 我国水资源管理现状

3.1 管理过程

近年来, 随着对水资源管理等各方面属性的重视与全面了解, 我国的水资源管理方式也逐渐由工程水利、资源水利、生态水利、民生水利转变为现今的多方面统筹管理。工程水利强调对航运、蓄水、排水、提水、引水等水利工程的规划、施工以及运营过程的综合管理;资源水利, 顾名思义, 以水资源的保护为前提, 强调管理水资源的属性开发与利用;而生态水利的发展模式和途径相较传统水利来说有着极大的不同, 它的终极目标则是维护生态环境的和谐统一, 遵循生态经济学原理;民生水利将与人民大众息息相关的水利问题作为重中之重, 遵循以人为本作的根本理念, 实现保障民生、服务民生、改善民生的水利发展目标。因此, 在我国水资源管理中, 要充分发挥工程水利的基础性、资源水利的实效性、生态水利的可持续性和民生水利的公共性, 进行统筹管理。

3.2 我国水资源管理中存在的问题

从关键技术、管理体系与制度、规划与计划、政策、法规等方面来讲, 我国水资源管理中存在如下问题: (1) 关键技术。我国水资源利用效率普遍较低, 且水资源的时空分布不均匀, 亟需研发和完善水资源的高效利用技术以及区域水资源的调配技术[8]。 (2) 管理体系。虽然我国水资源管理体系实行分级、分部门管理与统一管理相结合, 并建立了中央-流域-省级-地市级-县级这样五级水资源管理体制, 但仍然存在横向矛盾, 需要不断完善协调机制。 (3) 管理制度。需要建立并完善水功能区管理制度、水资源总量控制制度、水资源有偿使用与取水许可制度等。 (4) 规划与计划。在我国水资源管理中, 现行的规划致使水资源浪费现象严重, 欠缺具有法律地位和强制性的综合规划。 (5) 政策法规。国家和各省 (自治区、直辖市) 制定和出台的法规、规章和规范性文件多达700余件, 但其中部分政策法规的制定并未充分考虑流域整体特征, 在关注水量水质的基础上需进一步考虑水安全标准。

3.3 实施最严格的水资源管理制度

最严格的水资源管理制度将人与自然和谐统一作为水资源管理的核心理念, 基本原则是将维护人民群众的根本利益作为出发点和落脚点, 工作重心则侧重于水资源的配置、保护和节约, 根本方法即为统筹兼顾。当前我国水资源管理处于传统水利向现代水利、可持续发展水利转变的关键阶段, 最严格的水资源管理需加快推进六个转变, 即从供水管理向需水管理转变, 从注重行政管理向综合管理转变的管理手段转变, 从事后处理向事前预防的保护措施转变, 从水资源开发利用优先向节约保护优先的规划思路转变, 从过度开发、无序开发向合理开发、有序开发的方式转变以及从粗放利用向高效利用的用水模式转变。

此外, 从当前国内水资源管理现状来看, 在水务规划的分类方面, 没有统一的标准。《中华人民共和国水法》规定了国家、流域、区域三级, 综合、专业两类的水利规划体系框架, 提出了水资源开发、利用、节约、保护、配置、管理的基本原则和要求。但对于一个城市该怎样对涉水规划分级分类、相互协调没有提出规定。2010年水利部下发的《水利规划管理办法》从全国层面将水利规划分为国家规划、流域规划和区域规划三个层次, 但未提出区域级别以下的水利规划等级划分, 且缺少水利、供水、排水的综合规划划分体系。

4 结论

尽管各国的水利管理机制不一, 但他山之石, 可以攻玉。人们可以参照国外的水利机构设置, 借鉴国外民主、科学、严谨的水资源规划审批程序, 具体结合我国实际现状, 吸取众家之长, 充分协调好全国规划与流域规划、流域规划与区域规划之间的关系, 同时加强与有关部门的合作, 组织和动员各种社会力量来开展规划管理工作。尤其需要提高规划的开放度和透明度, 广泛听取社会各界的意见, 不断完善我国的水资源规划体系和模式, 以实现水资源的合理开发、优化配置、高效利用及有效保护, 并最终实现以水资源的可持续利用保障经济和社会可持续发展的目标。

摘要：日益严重的水危机, 不仅限制了经济发展的步伐, 而且威胁到了人类的生存与发展。分析了当前水资源存在的问题, 比较了中外在水资源管理与规划方面的现状与进展情况。指出了要实现城市中人与水的协调与和谐, 就必须根据水的自然属性, 对城市水资源的供、用、排各个环节进行高效管理, 统一规划、合理布局, 以实现水资源的循环利用。

关键词：水资源,规划管理,问题

参考文献

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[5]William J.Cosgrove and Frank R.Rijsberman, for the World Water Council, World Water Vision-Making Water Everybody&apos;s Business, 2000.Earthscan Publications Ltd, London, UK.

[6]Mooyoung Han (2004) , Rainwater harvesting:A new paradigm to meet MDG and sustainability, IWA Rainwater Harvesting Workshop, September 2004, Marrakech, Morocco.

[7]林家彬.日本水资源管理体系考察及借鉴[J].水资源保护, 2002 (4) :160-163.

现状与进展 篇11

doi：10.3969/j.issn.1004-7484（x）.2012.08.692 文章编号：1004-7484（2012）-08-2974-01

抽动秽语综合征（Tourette Syndrome，TS）属于心理障碍的一种，是一种比较常见的儿童疾病，这种疾病的临床表现比较多样，病情的差别也比较大，最明显的病情表现是注意力不集中，注意力的缺陷会使患儿刑场心理阴影，对其日常的学习生活形成不良影响。近十几年来发病率逐年上升，病因尚不十分清楚，其诊断和治疗易出现延误。目前，对于该病的症状的确认基本无争论多有论述，本文旨在研究抽动障碍的发病原因和机制，分析其临床表现，探究治疗临床状况，为今后的治疗研究做出参考。

1 儿童抽动秽语综合征的表现

抽动秽语综合征是指以不自主的突然的多发性抽动以及在抽动的同时伴有暴发性发声和秽语为主要表现的抽动障碍，主要表现为运动性抽动和发声性抽动。儿童患者一般的病情表现为上课注意力不集中，很容易受到其他因素的干扰影响听课质量，小动作过多，活动频率高，儿童不能安稳地坐在课桌前听课，在做事情的时候没有思考行为，不计后果，比较容易冲动，情绪波动大，这些不良情绪都会影响学习成绩的进步。并且同时还容易有其他障碍性疾病产生，比如注意缺陷多动障碍（ADHD）、强迫障碍（OCD）、睡眠障碍和情绪障碍等[1]。

2 病因与发病机制

首先是社会心理原因，有些家庭父母离异造成的家庭紧张的气氛容易使孩子缺乏安全感，并且没有稳定和睦的家庭环境；另一个就是社会家庭之间的冲突，学习压力大，家长和教师的处理方式不正确，以及生活学习环境突然产生变化都是这个原因之一。

其次是轻微的脑损伤，这里有围产期损伤，包括婴儿早产，窒息，孕妇在怀孕期间许久吸烟。另外是婴儿时期的CNS感染、重症疾病、颅脑外伤等都是有可能形成脑损伤的原因，但是还没有研究能够证明脑损伤与多动症两者之间存在病因联系。

再次是遗传基因，有些患儿其父母在幼儿时期有多动病史；患儿的血缘兄弟姐妹中得病的几率高；与双卵双胎和其他婴儿相比较，单卵双胎的发病几率要高一些；1995年Cook报道一些有ADHD家族史的病人的多巴胺转导基因存在着缺陷。

然后是生化因素，一些学者曾经对患儿的代谢产物包括血、尿、脑脊液中的去甲肾上腺素（NE）、多巴胺（DA）、5-羟色胺（5-HT）等在内的多种物质进行检验，没有能够完全缺失的实验根据能够确定某种神经递质或酶的改变与多动症的发病有关系，但是有相应假说被提出。

最后是免疫因素，最近几年的报道显示有三分之一到五分之一的抽动障碍发病与感染后自身免疫病理损害有关系，在这些发病患者中有一成左右是和A组β溶血性链球菌感染相关的，其中A组β溶血性链球菌是触发病因的一种。链球菌、病毒等多种病原体能够通过直接或者交叉免疫攻击反应形成神经结构损害而导致抽动障碍，出现临床症状[5]。

3 治疗

应进行综合治疗，并注重治疗的个体化。

3.1 心理治疗 首先应用支持性心理疗法。要调整家庭环境，消除种种紧张刺激，帮助心理构建。严格作息制度，改进教学方法。对患儿要加强个别教育，消除自卑感和消极情绪，增强信心。

3.2 行为矫正治疗 包括认知训练、躯体训练、培养社会化技能等。我院对部分患儿进行登记和定期训练，收到了明星的效果。

3.3 西药治疗 氟哌啶醇，为首选药物，主要对运动和发声抽动有效，0.25-0.5mg/次，2-3次/d，或0.5mg/d睡前一次，然后根据症状加减量。硫必利（泰必利）本品疗效不如氟哌啶醇优点为不良反应轻。初始剂量为50-100mg/d分2-3次口服，以后根据病情渐加量，常用剂量为200-300mg/d。对于轻中度的患者，可选用可乐定、泰必利等；对于重症患者可选用哌迷清，氟哌啶醇，泰必利，利培酮，托吡酯等，均应从小剂量开始，然后缓慢增加剂量至疗效最佳而不良反应最小为止。效果不理想时应联合用药。

3.4 中药治疗 赵明得等用“滋阴制动汤”合氟哌啶醇治疗小儿抽动症43例疗效观察。处方包括党参、黄芪、龙骨等十二味药在内，每天分三次服用一剂[10]。孟丽华等以平肝熄风、健脾化痰之法，药选天麻、钩藤、石决明等十一味药；平熄内风剂，药用全蝎、蜈蚣、羚羊角粉、天麻、钩藤为主药随证加减[7]。赵建民等用平肝熄风法治疗抽动秽语综合征17例，药用天麻、钩藤、玄参等十四味药为基本方，17例全部有效[8]。

3.5 其它治疗 另一种能够对抽动障碍起到治疗意义的方式就是针灸，针灸治疗的方法主穴取百会、四神聪、风池、风府、大椎、足三里、阳陵泉、三阴交、合谷、太冲；耳穴取肾、肝、脾、神门、皮质下。另外还有著名的中医大家管遵信教授用“耳穴压丸”法取穴，每次一侧耳穴，左右耳轮换进行，隔天贴压1次，10次为一疗程。

另外治疗抽动障碍的方法还有免疫疗法，脑深部电刺激和手术治疗几种方法。这几种治疗方式对抽动障碍的治疗能够起到一定的作用，很多儿童患者在其成长之后病情都与比较明显的改善。

4 讨论

对于发病原因的研究，最近几乎都认为是受遗传因素，生活环境，心理状况，胚胎等因素影响的，很多研究结果都表示和A族β溶血性链球菌感染、免疫力低下有关，但是这项研究结论并没有得到论证。在治疗过程中，中西药都有一些效果，西药要结合心理调适和技能训练同时服用，要长期坚持才能获得比较理想的效果，需要注意的是服用西药很有可能有不良反应出现，需要长期观察。中药见效慢，但是几乎没有不良反應，比较受到家长的欢迎。各家研究结果不同，尚待进一步临床观察与报道。

参考文献

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关于计算爆炸力学的进展与现状 篇12

1 爆炸力学数值方法

20世纪60年代以来以美国Los Alamos实验室为代表,进行了大量的爆炸力学数值计算工作.现在由于计算机和数值计算的巨大解题能力,可以对很难求解的问题得到数值解,并通过改变参数的试算并把结果与实际对照使一些爆炸的模型逐渐清楚起来.进而,数值计算还可以发现一些新的爆炸现象.

计算爆炸力学以计算机为工具,探索爆炸的力学规律,加工实验数据,提供了解决爆炸力学问题的新方法[1].爆炸力学研究的问题原则上用双曲型方程组描述,这些方程属于多维不定常问题.它们比其他流体动力学与结构动力学问题要复杂得多,诸如材料大变形、高温高压高应变率下材料参数、材料破坏、化学反应、冲击相变、边界滑移、强间断等特殊要求.

爆炸力学计算方法按其所采用的离散化方式常分为两类:一类是先建立偏微分控制方程组,然后用网格覆盖时间和空间,用“以直代曲”的思想求得近似数值解,这类方法以有限差分方法(FDM)为代表.另一类是先将连续的目标空间分解成离散的有限个小单元,然后对离散化模型求近似数值解,这类方法以有限元(FEM)为代表.爆炸力学计算方法按其采用的坐标主要分为Lagrange方法和Euler方法,后来又出现了两者相混合的方法,如ALE,CLE等方法,近年来,TVD,NND,ENO,WENO等为代表的高分辨率算法,光滑粒子流体动力学方法(SPH)、无单元Galerkin方法等为代表的无网格方法,CE/SE方法为代表的新型高精度算法,以及离散元、流形元、边界元等方法的出现[2],极大地推动了计算爆炸力学的发展.以下就爆炸力学计算方法的主要趋势做简要评述.

1.1 Lagrange方法

Lagrange方法是将计算网格以随体坐标的形式固定在物体上,随物体一起运动或变形,如此处理自由面和物质内界面非常直观自然.同时由于一个网格或单元始终对应一块物质团,即网格点与物质点在物体的变形过程中始终保持重合.因此物质点与网格点之间不存在相对运动,这样就能准确地描述物体的移动界面,并可跟踪质点的运动轨迹,得到较精细的运动图像.此种情形下方程中无对流项,形式相对简单,大大简化了控制方程的求解过程,容易建立高精度的稳定格式.在对爆炸冲击动力学问题中的结构动力学响应过程进行数值模拟时,Lagrange动力学有限元程序在处理结构破坏而导致的自由面产生、结构间复杂的相互作用方面有较大的优势.

美国Lawrence Livermore国家实验室主持开发完成的爆炸冲击动力学显式有限元程序DYNA (图1为DYNA3D程序算例)是Lagrange程序的典型代表.DYNA特别适合求解各种结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等高度非线性瞬态动力学问题,在工程界得到广泛应用并被认为是最佳的显式分析软件包,与实验结果的无数次对比证实了其计算的可靠性和准确性.

DYNA3D程序使用单点高斯积分,引入沙漏黏性控制零能模态,并应用中心差分法进行时间积分.其接触-撞击算法可以处理材料交界面的缝隙和滑动,提供的多种材料模型和状态方程,以及功能齐全的输入输出处理模块.

动力有限元程序多是用来计算高应变率和大塑性变形问题,在这种情况下材料的本构关系尚不十分清楚,一般采用静态下的弹塑性关系,只是根据压力、温度、有效塑性应变及应变率对屈服强度进行调整,并且在计算过程中一旦发现应力状态超出屈服面范围,则按比例缩小各应力偏量,以满足应力状态在屈服面上.

一般认为Lagrange方法有比Euler方法计算速度快、精度高、界面清楚等优点,但它也有严重的缺点,那就是比较难以处理大变形的网格畸变问题,这是由Lagrange方法自身特点所决定的.畸变严重的空间单元可能变得很长很窄,大边长会引起计算误差的增加,小边长又会引起时间步长的减小,计算机时间消耗增加,累计误差会显著增加.更有甚者当物质发生大变形时,相邻Lagrange网格彼此相交或重叠,导致计算无法进行下去.在计算中必须时刻检查单元畸变情况,随时采取再分区或侵蚀算法进行处理.

1.2 Euler方法

爆炸力学问题往往涉及到材料的大变形,Euler坐标是固定的空间坐标系,Euler网格在计算中不发生变形,物质通过网格边界流进流出,物质的大变形不直接影响计算的时间步长.因此,Euler方法善于处理大变形问题.在对爆炸流场与结构相互作用的流固耦合问题进行数值模拟时,可以通过流体弹塑性模型实现对流场和固体结构的统一描述,流体和固体之间的相互作用可以通过同一计算区域中不同物质界面间的识别及处理来实现.对流体弹塑性方程组进行的有限差分数值求解,已经发展出了不同类型的计算程序,其中具有代表性的是北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室开发的MMIC2D/3D程序(图2为MMIC3D程序算例).

但是,采用空间坐标系难于跟踪物质的变形,在计算过程中会经常发生在同一网格中多物质混合的问题,如果处理不好,会产生下列问题:(1)对分界面产生严重失实的描述;(2)在分界面上易产生非物理性的物质扩散;(3)在分界面物质网格上,容易产生数值振荡,严重时常常导致计算的终止.因此,如何确定物质界面的位置,如何计算混合网格的力学量,以及如何计算混合网格通过边界的输运量,一直是Euler型程序所面临的主要困难.

通常所说的多物质Euler方法基本上指的是两种物质,但实际情况是,往往遇到3种或3种以上物质同时存在于计算域中,准确跟踪多种物质之间的界面是Euler型程序计算各种物质输运量的基础.在实际问题求解中通常将弹塑性问题包括在内,即在原有的含有两种介质(比如爆轰产物、空气)的爆炸场中加入具有弹塑性性质的第3种甚至第4种物质(如混凝土、金属等),即所谓的气体和固体耦合问题的数值模拟.由于气体运动的复杂性,使其比一般流固耦合问题的求解更加困难,因此研究多物质Euler方法对于许多爆炸过程的数值模拟具有重要的实际价值,尤其是对于武器弹药的设计、研制以及威力评价更是意义重大..

对于Euler型数值方法中的物质界面处理,前人在该领域提出了很多方法,应用比较广泛的方法主要分为:格子类方法、VOF方法和用函数描述界面的方法等几大类[3].

20世纪五六十年代,界面处理的数值模拟方法有了较大的发展,其中美国Los Alamos实验室的科学家们提出和发展的格子类方法,在工程实践中发挥了巨大的作用.著名的格子类方法有PIC、MAC、FLIC等方法,在20世纪60年代,凭借Los Alamos得天独厚的软硬件条件,在武器数值模拟方面取得了突出的成果.在此期间,Hirt和Nichols在J.C.P杂志上首先发表了著名的VOF论文,对于运动界面追踪问题的数值模拟研究做出了开创性的贡献,后来又有人提出VOF与PIC耦合的多物质界面处理方法,该算法对于所关心的重点计算区域,采用PIC方法加入较多的物质点进行精确计算,而对于其他区域采用连续输运计算,既保证了计算精度又提高了计算效率[2].如果说20世纪90年代以前是VOF方法的年代,90年代以后则可以说是Level Set方法的时代.

20世纪80年代末,Osher逐渐发展了Level Set方法.此后,科研工作者采用Level Set方法,结合Ghost流体方法追踪运动界面,对二维激波作用水中气泡、内爆和两相流等问题进行了数值模拟,从结果来看,该方法极大地改进了原Level Set方法的界面处理能力,使得界面图像更加清晰,进而有学者在此基础上采用快速杂交粒子Level Set方法,结合常用的化学反应模型,综合后的算法实现了多物质一体化计算,具有精度高、适用范围广及兼容性强等优点,有效地模拟了激波楔面反射、爆炸焊接及气液两相爆轰等问题[2].

高精度格式计算模拟爆炸问题也是当前研究的热点之一,有关科研工作者采用高阶的WENO格式和两阶段化学反应模型,通过数值模拟与实验相结合的方法系统地研究了封闭管道内障碍物对煤气的爆炸火焰传播及其对爆炸超压的影响规律.

对爆炸场中湍流的数值模拟一直是计算爆炸力学的另一难题,中国工程物理研究院采用大涡数值模拟方法对实验进行了对比数值模拟,取得了一些有价值的计算结果.

由于纯粹的Lagrange方法和Euler方法都有各自的优缺点,针对具体问题,现已提出了各种混合方法.事实上,著名的PIC方法即是混合方法.而Lagrange方法经过重分网格后,严格来说已经不再是纯粹的Lagrange方法了.混合方法一般针对具体问题提出,对处理特殊问题很有效,但移植过来处理其他问题往往不如纯粹的Lagrange方法和Euler方法有效.混合的方式主要有:(1)空间上的混合,如CEL编码,在变形较大的区域用Euler方法,另一些区域则用Lagrange方法.(2)时间上的混合.如HOIL在模拟聚能射流过程中,初期药型罩的畸变较小,用Lagrange编码HEMP计算;后期聚能射流形成畸变较大,用Euler编码SOIL来计算.(3)任意Lagrange-Euler方法(即ALE方法).ALE是一种高度结合的Lagrange-Euler方法,像普通Lagrange方法一样,让网格嵌在流体内和流体一样运动.因为它有一套连续地重分网格的机制,所以比纯粹的Lagrange方法更善于处理较大畸变的流体运动,同时又能比纯粹的Euler方法提供更细致的结果.这一方法可望成为未来解决一般爆炸与冲击问题的通用方法.

对无网格方法的研究源于20世纪70年代对非规则网格有限差分方法的研究.Lucyt和Gingold等分别提出光滑质点流体动力学方法(SPH).Nayroles等将移动最小二乘近似引入Galerkin方法中,提出离散元方法(DEM).Belytschko等对DEM进行改进,在计算形函数导数时保留被Nayroles忽略的所有项,并利用Lagrange乘子方法引入本质边界条件,提出无单元Galerkin方法(EFG),给出了误差估计,并成功应用于动态冲击计算分析,开启了无网格方法的研究时代[4].在此之后,有限点方法、重构核点方法、无网格配点方法、HP云团方法等则以自身的优势在计算爆炸力学领域中占有一席之地.

1.3 大规模计算

在进入21世纪的前几十年间,高端计算能力的发展主要是由CPU时钟频率的持续快速提高来支撑的,但对于超级计算机来说,当前其硬件性能的提升已经遇到了技术上的瓶颈.现实情况推动高性能计算系统体系结构,从传统的几何级数增加时钟频率向几何级数增加核心数目(多核)变换,这也必将导致今后大规模计算系统具有惊人数量级的并行度.服务器集群作为分布式存储并行机一种,因其高可靠性及高性价比在高性能计算领域应用越来越普遍,大部分科学研究的模型计算是在服务器集群上完成的.

对三维爆炸与冲击问题进行数值模拟,如果网格数过少,计算规模过小,则计算精度不够,一些重要的局部特征无法显示,达不到工程需求;同时为刻画大变形、追踪每一瞬间物质性状的改变以及算法要求的稳定性、收敛性都需要细化迭代时间步长.计算爆炸问题的需求已经远远超出了单机运算能力,迫切要求计算爆炸工作者进行并行计算方面的研究,开展大规模数值计算的工作.

并行算法设计过程中,必须首先发现算法的可并行性,进而根据并行性把计算和数据进行分区,分区主要有域分解和功能分解两种分区模式[5]目前并行计算机的基本存储方式主要有共享式存储与分布式存储两种.针对共享式存储的并行算法相对简单,主要的并行模式有OpenMP和GPU技术.消息传递接口(MPI)是消息传递函数库的标准规范,是目前广泛使用的并行编程工具,MPI基于分布式存储,但同样适应于共享存储,具有移植性好、功能强大、效率高等多种优点.MPI主要采用在C语言或Fortran语言中增加进程间的消息传递函数,来完成大多数的并行程序设计.

当前,许多动力计算软件均已实现了并行化计算,如DYNA3D和MMIC3D(如图3所示)等,计算规模达到几千万或几亿个网格,基本满足工程需求.但是,这并不能说明爆炸问题的计算已经解决了,一个数学物理问题或工程实际问题的求解,其核心是算法问题,并行计算只是实现算法的有效手段之一,更何况并行计算也会带来许多新的问题,如计算可靠性,计算误差以及计算成本等.

2 材料动态本构关系

在国防与生产建设中,结构和材料除了承受正常设计载荷外,往往还要承受各种变化急剧的强动载荷,如爆炸、冲击和撞击等.在冲击载荷作用下,材料通常呈现出明显的塑性变形及破坏行为,发生几何大变形的同时还伴随着损伤的产生和发展过程[6].材料中的应力和应变又常常以波的形式传播,表现出极强的瞬态行为特征.冲击载荷作用下材料本构关系的研究不仅具有理论价值,而且是工程设计和计算分析的基础.

近年来,一些典型材料被广泛应用于武器装备与防护工程的研制之中,如混凝土材料、钨合金材料、陶瓷材料等.研究这些材料在强动载荷下的力学行为具有十分重要的理论意义和实际应用价值.

2.1 混凝土材料

混凝土是民用、工业建筑以及军事和安全防护工程中最常用的重要工程材料.混凝土结构在其工作过程中除了承受正常的设计载荷(准静态载荷和蠕变载荷)外,在特定环境下还有承受爆炸和冲击等强动载荷,其中包括:大型混凝土坝体、混凝土桥梁、混凝土楼房、核反应堆外壳等经受地震和爆炸冲击,以及一些战争中被重点打击的军事目标,如指挥所、机场跑道、飞机库、控制通讯掩蔽处、潜艇修藏坞等遭受导弹袭击.

一般认为,在动态载荷下的混凝土材料力学特性显著区别于其准静态情况,主要影响因素是材料的应变率敏感效应[7].当前学者们提出了引起混凝土材料动态力学特性变化的几种可能的解释.其物理机制的解释可归结为黏性效应、裂纹演化和惯性效应.除了材料应变率、敏感效应和静水压力相关特性以及裂纹扩展导致的各向异性特征外,还有许多诸如拉压不对称性、剪胀与体积塑性、应变软化、加卸载的非线性滞洄特性等.如何从材料本构理论出发,描述混凝土材料的动态响应特性,进而发展相应的本构模型是一项复杂而困难的工作.目前对混凝土本构模型的研究主要包括动态应力经验公式、动态本构修正模型和动态本构分析模型等.

国内科研工作者在最近兴起的裂纹成核、扩展和贯穿的断裂理论和统计细观理论,以及微空洞演化相关Perzyna黏塑性本构方程的基础上,构建了混凝土材料含损伤的动态本构模型.结合混凝土材料在冲击载荷作用下的破坏机理,基于M ori-Tanaka理论和Eshelby等效夹杂理论建立了混凝土材料在冲击载荷作用下的动态本构模型.对于钢筋混凝土材料,虽然在其局部呈现非均匀和各项异性的变形特征,但在强动载荷条件下,具有宏观均匀性和宏观各项同性的变形特点,因此可用均匀化方法研究爆炸作用下的材料动态行为,即理想情况下钢筋混凝土本构关系可由混凝土材料与增强钢筋材料平均特性来确定,在实验基础上得到钢筋混凝土的动态本构关系[8](图4为混凝土的冲击破坏实验).

在已有研究成果的基础上,混凝土材料的动态特性研究可从以下几个方面做进一步深入研究:(1)根据粗骨料尺寸、含量及试件尺寸等对混凝土材料动态特性的影响,充分考虑尺寸效应对混凝土材料力学性能的影响.(2)结合混凝土内部微损伤的产生、扩展和汇合,建立含有能够反映混凝土材料尺寸效应及微损伤因素的本构模型,给出材料内部微细结构演化规律及其与宏观力学特性之间的关系,构造出一个既具有物理意义又便于工程应用的本构模型是今后研究的重点方向.(3)混凝土材料表现出的不连续性、非均质性、各向异性以及时空相关性等,如何在本构模型中很好地表述这些材料特性还需要从宏观、细观相结合的角度深入研究.(4)基于纳观、介观、细观和宏观相结合的多尺度数值计算已经成为研究的主流,如何借助这一强有力的工具推动混凝土材料动态冲击问题的研究,将是今后深入研究的主要方向之一.

2.2 钨合金材料

合金是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质.合金的许多性能优于纯金属,故在应用材料中大多使用合金.合金材料中的钨合金具有高强度、高密度、高熔点、优良导热性、小热膨胀系数、抗腐蚀等优点,而得到广泛的重视.特别是在军事工业中,钨合金的优良特性使其成为目前对付装甲目标的主要动能武器用弹芯材料.

国外自二次世界大战以来,各国对钨合金的动态力学行为的研究一直给予高度的重视.经过数十年的发展,已经在加载手段和测试技术、动态响应、性能、材料的动态破坏以及动态变形和断裂的微观机制等材料动态力学行为研究领域的各个方面做了大量的工作.国外学者研究了钨合金材料在不同应变率条件下的动态力学性能,对其动态断裂强度的各向异性性质进行了研究,并认为裂纹形成与材料的微损伤特性与拉伸应力有关[9]

与此同时,国内学者对钨合金的动态性能也展开研究,获得了钨合金在不同应变率加载条件和温度条件下的动态性能数据,得出一些有意义的结论.为了能进一步认识钨合金材料的微损伤力学特性,有必要开展相应的准静态实验,通过对晶粒度不同的钨合金材料进行在位拉伸和弯曲实验,研究其裂纹萌生、扩展过程及断裂行为,探讨了微结构对其力学性能的影响[10](图5为钨合金断口显微电镜照片).在此基础上,采用均匀化理论,建立了具有典型微观结构的钨合金有限元模型,通过数值计算方法对不同晶粒度的钨合金冲击载荷作用下的动态破坏过程进行了数值模拟,研究钨合金材料微观结构参数与材料宏观力学性能之间的关系,为材料的优化设计提供了理论基础[11].

钨合金材料在冲击载荷作用下,由于近似处于绝热变形而导致温升,致使材料软化而出现绝热剪切带,这往往是钨合金材料断裂的开始[12].研究绝热剪切带的形成和扩展机制是目前固体力学和材料科学领域的一个热点.

经过几十年的研究,钨合金的动态力学性能与本构模型和绝热剪切带的形成等各个方面都取得了一定的成果,但由于其特殊制备工艺和极端使用条件,有如下几个方面的工作还需要进一步深入研究:(1)要加强高温、高应变率下钨合金力学性能的实验研究工作,分析影响钨合金动态响应的主要参量和机理;(2)建立钨合金三维本构模型,考虑材料微细观参量及其损伤演化方程对其力学性能的影响;(3)与材料学紧密结合,将钨合金制备工艺与力学性能相关联,以钨合金特殊需求为基础,促进其制备工艺的规范化与稳定化,进一步探索新型钨合金材料,不断开拓新型钨合金的应用领域.

2.3 陶瓷材料

陶瓷材料的成份主要是氧化硅、氧化铝、氧化钙等.常见的陶瓷原料有黏土、石英、钾钠长石等.通常把氧化铝占85%以上的陶瓷称为氧化铝陶瓷,其以高硬度、低密度、高抗压强度、高声速等良好力学性能著称,广泛应用于军用车辆的装甲及航天、航空和舰船结构等防护领域.由于陶瓷装甲的大量运用,国内外学者对陶瓷材料的动态力学特性展开了较为深入的实验研究,主要有测定雨贡纽弹性极限、雨贡纽曲线、高压物态方程、层裂、冲击压缩损伤、冲击相变以及一些较低应变率下材料的力学响应等.

陶瓷材料是晶体材料,其内部微裂纹的成核机制有多种,如生产过程中使材料内存在大量不同取向的原始微气孔或微裂纹,冲击压缩下玻璃相中产生的微裂纹,以及基体与夹杂物热膨胀系数和弹性模量不同引起应变失配从而诱发的微裂纹,气孔压缩导致微裂纹开裂和少量位错堆积导致微裂纹形成等.由于这些微缺陷的存在,使得材料在达到最大载荷之前,将经历微裂纹的形成、扩展和汇合的损伤过程,而在应力应变关系上表现为在线弹性变形以后存在一个非线性变化过程[13].

国外公布的研究多集中在准静态或较低应变率情况,有关高应变率下因微裂纹损伤而引起非线性应力应变关系的讨论未见报道.针对这一情况,国内材料科学和力学科研工作者采用改进的SHPB实验方法以及轻气炮加载实验对氧化铝陶瓷的动态力学性能进行了研究,得到了材料在中高应变率范围内的动态应力应变曲线,利用拉氏分析方法对其动态力学特性进行了分析;运用损伤力学和细观力学结合的方法,研究陶瓷材料内翼型拉伸裂纹的产生、扩展和裂纹间相互贯穿的演化规律,探讨了氧化铝陶瓷在不同冲击加载方式下的动态损伤破坏机理,建立了冲击压缩下的弹脆性动态损伤本构模型和微孔洞塌陷与微裂纹损伤相耦合的塑性损伤本构模型.此研究给出了氧化铝陶瓷材料在动态冲击载荷下的破坏规律.氧化铝陶瓷Hugoniot曲线宏观实验表明(图6为陶瓷撞击实验),高压下氧化铝陶瓷的形变过程是一个典型的弹塑性形变过程,塑性区与高压区的转折点约在11.4 GPa左右[14].

20世纪90年代初,研究者在对玻璃进行冲击压缩时发现破坏波现象,而且在压缩应力低于和近似低于玻璃的弹性极限时也发生此现象.随后,对破坏波的研究在国际冲击物理学界引起了广泛地关注.此外,有学者对陶瓷冲击压缩下破坏波产生、传播的物理机制及破坏波的弛豫现象进行了研究,提出了表面裂纹扩展机制、冲击相变机制、剪切破坏机制等理论假说,建立了相应的理论分析模型.

经过长期的努力,国内外学者在冲击载荷下陶瓷材料的动态力学响应、本构模型和损伤特性方面取得了一些成果.结合以往的工作,需在以下几个方面展开进一步研究:(1)开展冲击载荷下陶瓷材料动态特性的实验研究,探讨陶瓷材料的Hugoniot弹性极限与损伤之间的关系,陶瓷材料弹性先驱波衰减与应变率的关系,陶瓷材料破坏的细观结构特征等;(2)材料本构模型中如何合理地描述陶瓷内微裂纹的产生、扩展和汇合等特点,微空洞的压缩和微塑性的产生,损伤参数和陶瓷内微观结构的变化之间的联系;(3)冲击压缩下破坏波形成的物理机理和条件、破坏波的传播速度,以及破坏波的物理力学性质.

3 相关工程应用研究

军事上应用的各种弹药和爆破器材都是通过炸药爆炸作用破坏目标的.在生产建设中,炸药爆炸这种高功率的含能材料也得到日益广泛的应用,如各种工程爆破和特种爆破等.因此爆炸对国防建设和经济建设都具有十分重要的实际意义.

3.1 深层毁伤

未来的战争中,敌方的地下指挥中心、机场(图7为机场跑道的毁伤实验)、桥梁、重要军事掩体以及高价值地下防护工程将成为被打击的重点目标.重要军事目标的坚固化和地下化,促进了各国把攻击目标转向于深埋地下的防护工程,重点发展反深层坚固目标弹药研制,同时对己方重要军事目标防护措施进行改进.在最近的一些局部常规战争中,钻地武器得到了较好的运用,成为摧毁敌方坚固目标及地下深层目标的利器.发展攻击地下防护工程的钻地弹是现代战争中能够取得胜利的一个关键性环节.

钻地弹又称深侵彻炸弹,是一种能够钻入目标深层引爆的弹药,一般由载体和侵彻战斗部组成.载体一般为巡航导弹弹体、航空炸弹弹体及火箭等;侵彻战斗部由内侵彻头、高爆装药和引信组成.常规钻地武器按功能可分为:反跑道、反地面掩体和反地下坚固设施三种类型;按侵彻头类型可分为:动能侵彻型和复合弹头型.

动能侵彻弹,是利用弹丸的动能,钻入地下掩体内部爆炸摧毁目标.美国的GUB-28可以侵彻30m的土层和6m的混凝土结构.美国继GBU-28钻地弹之后,又开发出它的改进型GBU-37钻地弹.该弹是将BLU-113的侵彻弹头安装到GBU-28炸弹上,并使用固体火箭发动机提高了飞行速度,使该弹的撞地速度达到1 200m/s,对混凝土的侵彻深度达18m以上,具有攻击深藏在地下发射井中的洲际弹道导弹的能力.

复式侵彻弹一般由一个或多个安装在弹体前部的聚能空心装药弹头(预侵彻弹头)和安装在后部的主侵彻弹头(随进弹头)构成[15].聚能空心装药弹头由药型罩、壳体和高能钝感炸药组成,爆炸时产生的金属射流速度可达6000m/s以上,使混凝土等硬目标产生破碎和极大的变形,并沿弹头方向形成孔道,主侵彻弹头随孔道跟进,使钻地深度成倍提高.为了提高聚能空心装药的穿透能力,美国正研究采用多个空心装药串联结构的弹头.第一级空心装药主要用于扩大弹孔直径,第二级空心装药主要用于获得更大的钻深,同时设法提高跟进弹头的速度,以弥补空心装药穿透能力的不足.与动能侵彻弹相比,复式侵彻弹的效能更高.采用复式侵彻弹头可减轻武器的质量,同时又增大了武器的弹着角范围,产生跳弹的风险大为降低,是一种更为先进的侵彻弹头技术.

美国于1997年研制出由普通型核航弹改装成采用高强度的贫铀壳体的B61-11核钻地弹.为了实现钻地,弹头前端装有1cm粗的钢质头锥,内有一个用于控制质心的平衡器.该弹从12000m的高空以自由落体的方式攻击目标时,可以钻入6m深的岩石和土壤构成的混合介质中.如果一枚当量为300T的B61-11钻入地下3m处爆炸,大约能够摧毁埋在15m厚的坚硬的岩石或混凝土结构下的目标,如果使用3.4×105T当量的B61-11核钻地弹,钻地3m时大约能摧毁70m厚的坚硬的岩石或混凝土结构下的目标.

美国当前重点发展的摧毁深埋目标方式之一,是利用多枚弹在目标点处钻入地下一定深度后同时爆炸.这种方式的优点是:多枚弹爆炸所形成的高压力峰值比单枚弹爆炸时的高压力峰值一般要高出三四倍,甚至更高,足以摧毁地下坚固的各种防护工程.

为提高弹头撞地的速度,美国正计划研制高速穿甲弹.通过助推发动机,使导弹飞行速度达到4M以上,接着利用冲压式喷气发动机将导弹加速到7～8M.弹壳采用镍钴合金,其侵彻能力高于前述各种弹型.

国内有军工研究人员提出掘进武器系统,即在前级聚能装药和随进战斗部之间安放掘进装置.掘进武器系统的掘进装置是在前级聚能射流侵彻战斗部完成侵彻混凝土掩体外层后开始工作的,其任务是运载随进战斗部达到掩体内部.掘进装置采用螺旋冲击回转技术钻进,掘进过程产生的震动相对较小,从而保证了掘进装置的稳定性,使随进战斗部在掘进过程中不会提前爆炸.掘进装置完成掘进任务后,随进主战斗部爆炸,预制破片完成杀伤任务.

目前,钻地武器的发展严重滞后于所要对付目标的发展.由于地面目标和地下设施结构日趋复杂,钻地武器的发展面临着严峻的挑战.尽管钻地核武器威力强劲,但由于爆炸产生的核辐射无法控制,因此属于限制使用武器,钻地武器的发展将主要集中在常规武器方面.

在现代武器系统型号研制设计中,普遍采用计算机辅助设计的方式.首先应用弹丸设计相关理论,重点设计战斗部,并完成对武器系统的气动外形布局及整体结构的初步设计;然后依据武器系统的不同设计方案建立对目标毁伤的不同模型;最后对按初步设计方案建立的不同模型进行爆炸与毁伤的数值模拟,应用模拟结果作为依据和参考进一步完善武器系统的设计,选择出最佳的设计方案.

在武器毁伤效应的数值计算中牵涉到爆炸数值方法和材料动态本构模型两个方面.由于要描述物质高速运动及大变形情况,Euler型计算方法非常符合爆炸与冲击计算的需求;而岩石、土壤、混凝土等防护材料以及合金等弹体材料在强冲击载荷下的高应变率动态本构研究[16,17]则是计算获得成功的关键.

3.2 空中爆炸

空中爆炸是指爆心在离地面或者障碍物一定距离处发生的爆炸,此时由爆心产生的初始冲击波的传播不考虑反射等复杂情况.

军事上最常见的爆炸现象是空中爆炸,例如核武器、炸药、温压弹等未与目标物直接接触就在空中发生爆炸,以冲击波、驱动破片、热及电磁辐射等形式毁伤目标.工业生产意外事故中的蒸汽云爆炸以及煤矿瓦斯爆炸等都会在空气中产生爆炸冲击波,造成人员、设备和建筑物的破坏.炸药对目标作用的动态响应一直是国内外研究的一个热点.炸药的能量释放规律和对目标作用两者是密切相关的.爆炸能量输出特性直接决定着对目标的作用效果,考核目标结构在战场环境下的生存能力或在意外事故中的抗爆能力;而目标的毁伤效果反过来也能指导炸药的设计和应用,评价新研制的炸药武器对目标打击的效果.

炸药在近场的作用主要是爆炸产物与冲击波对受载介质的直接作用.炸药在爆炸时生成的高温高压爆炸产物,在对外膨胀时压缩周围受载介质,从而使与其接触后的邻近物体产生变形、破坏和飞散.研究爆炸产物在空气中的扩张飞散运动对常规武器的研发和炸药能量的和平利用都有重大意义.

一般假定爆炸产物的膨胀过程分成两个阶段:第一阶段爆炸产物绝热膨胀;第二阶段爆炸产物作理想气体等熵膨胀.根据上述假设,可以初步估算得出,对于球形装药,爆炸产物继续膨胀,直到与周围未扰动空气的初始压力相平衡,此时,其相应的体积为爆炸产物的极限体积,所对应的半径为极限体积半径.对于球形装药来说,极限体积半径约为原来的10倍[18].本文作者用自行编制的程序对半径为0.6m、质量约为1.5T的TNT球形装药爆炸做数值计算,得到爆炸产物扩张以及冲击波传播的规律,发现爆炸产物在5.7m(9.5倍半径)附近达到极限半径停止膨胀,开始收缩.

炸药爆炸时,高密度的高压爆炸气体产物高速膨胀,周围空气介质受到冲击压缩而形成突变的界面,即冲击波阵面.冲击波的研究是爆炸力学一个重要课题.弹药毁伤研究关注的重点是爆炸近场参数,但由于传感器性能等原因限制,对炸药近旁发生现象的认识还不是非常清楚,尤其表现在压力的获得需要通过粒子速度来换算,而无法直接测量.通过计算可以发现近场冲击波压力计算值和经验公式差别较大,耽于实验条件限制,我们只能用数值计算的方法从中远距离去反演爆炸近场的参数(图8为数值计算和经验公式比较).

除冲击波在空气介质中的传播外,冲击波反射除一维情形下可以用非定常流体力学求出解析解以外,冲击波在楔角、管道、不规则面的多维反射情况没有解析解,只能用数值模拟的方法求得数值解.实际上,冲击波遇到目标障碍物的尺寸往往有限,这时除了有反射冲击波以外,还会发生冲击波的环流绕射.炸药空中爆炸(图9)产生的冲击波的反射和绕射现象的研究对于目标的毁伤和防护具有极其重要的现实意义.

4 结束语

经过数十年的努力,爆炸力学科研工作者在其各个领域都取得了巨大的进步.爆炸力学在武器装备研发、民用防护工程中具有极其重要的实际价值和广阔的应用背景.由于该领域研究对象的复杂性,研究内容和涉及学科范围广泛,难以在有限篇幅内详细评述.本文重点评述爆炸力学学科在数值仿真、材料本构及工程应用方面的研究成果、应用领域、发展趋势以及今后的研究热点.已有研究工作表明,数值计算手段正在逐渐成为爆炸力学学科重要的研究方法以及理论和实验之间的桥梁.在开展爆炸力学研究和有关工程设计的同时,应注意与相邻学科的交叉,加强计算爆炸力学理论和实验的结合,发展新的计算方法,进一步关注爆炸力学中的多尺度现象与计算模拟,使我国爆炸力学的研究迈向更高的水平.

由于爆炸力学学科的前沿性和复杂性,至今其许多物理特性还有待进一步的研究和认识,这需要广大数学、力学、物理学、化学等诸多学科科研工作者以及广大工程技术人员为之付出不懈努力.由于笔者水平有限,文中难免有疏漏和不妥之处,欢迎广大同行和读者批评指正.

摘要：爆炸问题由于其强烈的非线性,绝大多数情况下不可能给出精确解,并且爆炸在极短的时间内完成强烈的物理过程,能通过实验获得的数据也有限.爆炸力学数值模拟及相关研究领域的工作极大地推动了爆炸力学学科以及武器装备的发展,本文主要对爆炸力学数值方法、材料动态本构模型以及相关工程应用进行评述.