第一篇：数学学科前沿讲座报告
数学学科前沿讲座
通过一个学期的学习和学校数位专家教授的耐心讲解，产生了一些自己对数学学科的体会。下面就简要谈谈，通过听取前沿讲座我对数学学科的理解与变化。近半个多世纪以来，随着计算机技术的迅速发展，数学的应用不仅在工程技术、自然科学 等领域发挥着越来越重要的作用，而且以空前的广度和深度向经济、金融、生物、医学、环境、地质、人口、交通等新的领域渗透，所谓数学技术已经成为当代高新技术的重要组成部分。因有数学,才有今天科技的繁荣，在我们身边到处都有数学问题。今天科技领域也以数学为基础。如计算机的发展，一切理论都是数学家提出的，某个物理学家要研究某个项目，都要以丰厚的 数学功底为前提。在人们的生活中，时刻与数学打交道，可谓世界因数学而精彩。既然数学有 如此大的魅力，下面将粗略的介绍一下。数学曾出现三次危机：无理数的发现——第一次数学危机；无穷小是零吗——第二次数学 危机；悖论的产生---第三次数学危机。数学历来被视为严格、和谐、精确的学科，纵观数学 发展史，数学发展从来不是完全直线式的，他的体系不是永远和谐的，而常常出现悖论。在悖 论中逐渐成熟，进而到现在出现多个分支，分为：基础数学、数论、代数学、几何学、拓扑学、函数论、常微分方程、偏微分方程、概率论、应用数学、运筹学。
一、应用数学 应用数学属于数学一级学科下的二级学科。应用数学是应用目的明确的数学理论和方法的 总称，它是数学理论知识与应用科学、工程技术等领域联系的重要纽带。应用数学主要研究具 有实际背景或应用前景的数学理论或方法，以数学各个分支的应用基础理论为研究主体，同时 也研究自然科学、工程技术、信息、经济、管理等科学中的数学问题，包括建立相应的数学模型、利用数学方法解决实际问题等。主要研究方向：(1)非线性偏微分方程 非线性偏微分方程是现代数学的一个重要分支，无论在理论中还是在实际应用中，非线性 偏微分方程均被用来描述力学、控制过程、生态与经济系统、化工循环系统及流行病学等领域 的问题。利用非线性偏微分方程描述上述问题充分考虑到空间、时间、时滞的影响，因而更能 准确的反映实际。本方向主要研究非线性偏微分方程、H-半变分不等式、最优控制系统的微分 方程理论及其在电力系统的应用。
(2)拓扑学 拓扑学，是近代发展起来的一个研究连续性现象的数学分支。中文名称起源于希腊语 Τ ο π ο λ ο γ 的音译。Topology 原意为地貌，于 19 世纪中期由科学家引入，当时主要研究 的是出于数学分析的需要而产生的一些几何问题。发展至今，拓扑学主要研究拓扑空间在拓扑 变换下的不变性质和不变量。拓扑学是数学中一个重要的、基础的分支。起初它是几何学的 一支，研究几何图形在连续变形下保持不变的性质(所谓连续变形，形象地说就是允许伸缩和 扭曲等变形，但不许割断和粘合)；现在已发展成为研究连续性现象的数学分支。由于连续性在数学中的表现方式与研究方法的多样性，拓扑学又分成研究对象与方法各异 的若干分支。19 世纪末，在拓扑学的孕育阶段，就已出现点集拓扑学与组合拓扑学两个方向。现在，前者演化为一般拓扑学，后者则成为代数拓扑学。后来，又相继出现了微分拓朴学、几何拓扑学等分支。拓扑学也是数学的一个分支，研究几何图形在连续改变形状时还能保持不 变的一些特性，它只考虑物体间的位置关系而不考虑它们的距离和大小。举例来说，在通常 的平面几何里，把平面上的一个图形搬到另一个图形上，如果完全重合，那么这两个图形叫做 全等形。但是，在拓扑学里所研究的图形，在运动中无论它的大小或者形状都发生变化。在拓 扑学里没有不能弯曲的元素，每一个图形的大小、形状都可以改变。例如，下面将要讲的欧拉 在解决哥尼斯堡七桥问题的时候，他画的图形就不考虑它的大小、形状，仅考虑点和线的个数。这些就是拓扑学思考问题的出发点。简单地说，拓扑就是研究有形的物体在连续变换下，怎样还能保持性质不变。
几何拓扑学是十九世纪形成的一门数学分支，它属于几何学的范畴。有关拓扑学的一些内 容早在十八世纪就出现了。那时候发现一些孤立的问题，后来在拓扑学的形成中占着重要的地 位。在数学上，关于哥尼斯堡七桥问题、多面体的 欧拉定理、四色问题等都是拓扑学发展史的 重要问题。哥尼斯堡七桥问题 哥尼斯堡（今俄罗斯加里宁格勒）是东普鲁士的首都，普莱格尔河横贯其中。十八世纪在 这条河上建有七座桥，将河中间的两个岛和河岸联结起来。人们闲暇时经常在这上边散步，一 天有人提出：能不能每座桥都只走一遍，最后又回到原来的位置。这个看起来很简单又很有趣 的问题吸引了大家，很多人在尝试各种各样的走法，但谁也没有做到。看来要得到一个明确、理想的答案还不那么容易。欧拉经过分析，得出结论——不可能每座桥都走一遍，最后回到原 来的位置。并且给出了所有能够一笔画出来的图形所应具有的条件。这是拓扑学的“先声”。在拓扑学的发展历史中，还有一个著名而且重要的关于多面体的定理也和欧拉有关。这个定理内容是：如果一个凸多面体的顶点数是 v、棱数是 e、面数是 f，那么它们总有这样的关 系：f+v-e=2。根据多面体的欧拉定理，可以得出这样一个有趣的事实：只存在五种正多面体。它们是正 四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体。著名的“四色问题”也是与拓扑学发展有关的问题。四色问题又称 四色猜想，是世界近代 三大数学难题之一。拓扑学起初叫形势分析学，是莱布尼茨 1679 年提出的名词。十九世纪中期，黎曼在复函 数的研究中强调研究函数和积分就必须研究形 势分析学。从此开始了现代拓扑学的系统研究。在拓扑学里不讨论两个图形全等的概念，但是讨论拓扑等价的概念。比如，尽管圆和方形、三 角形的形状、大小不同，在拓扑变换下，它们都是等价图形。换句话讲，就是从拓扑学的角度 看，它们是完全一样的。在一个球面上任选一些点用不相交的线把它们连接起来，这样球面就 被这些线分成许多块。在拓扑变换下，点、线、块的数目仍和原来的数目一样，这就是拓扑等 价。一般地说，对于任意形状的闭曲面，只要不把曲面撕裂或割破，他的变换就是拓扑变换，就存在拓扑等价。应该指出，环面不具有这个性质。把环面切开，它不至于分成许多块，只是 变成一个弯曲的圆桶形，对于这种情况，我们就说球面不能拓扑的变成环面。所以球面和环面 在拓扑学中是不同的曲面。
（3）概率论与数理统计 研究随机现象数量规律的数学分支。随机现象是相对于决定性现象而言的。在一定条件下 必然发生某一结果的现象称为决定性现象。例如在标准大气压下，纯水加热到 100℃时水必然 会沸腾等。随机现象则是指在基本条件不变的情况下，一系列试验或观察会得到不同结果的现 象。每一次试验或观察前，不能肯定会出现哪种结果，呈现出偶然性。例如，掷一硬币，可能 出现正面或反面，在同一工艺条件下生产出的灯泡，其寿命长短参差不齐等等。随机现象的实 现和对它的观察称为随机试验。随机试验的每一可能结果称为一个基本事件，一个或一组基本 事件统称随机事件，或简称事件。事件的概率则是衡量该事件发生的可能性的量度。虽然在一 次随机试验中某个事件的发生是带有偶然性的，但那些可在相同条件下大量重复的随机试验却往往呈现出明显的数量规律。例如，连续多次掷一均匀的硬币，出现正面的频率随着投掷次数 的增加逐渐趋向于 1/2。又如，多次测量一物体的长度，其测量结果的平均值随着测量次数的 增加，逐渐稳定于一常数，并且诸测量值大都落在此常数的附近，其分布状况呈现中间多，两 头少及某程度的对称性。大数定律及中心极限定理就是描述和论证这些规律的。在实际生活中，人们往往还需要研究某一特定随机现象的演变情况随机过程。例如，微小粒子在液体中受周围 分子的随机碰撞而形成不规则的运动（即布朗运动），这就是随机过程。随机过程的统计特性、计算与随机过程有关的某些事件的概率，特别是研究与随机过程样本轨道(即过程的一次实现)有关的问题，是现代概率论的主要课题。
（4）运筹学 在中国战国时期，曾经有过一次流传后世的赛马比赛，相信大家都知道，这就是 田忌赛马。田忌赛马的故事说明在已有的条件下，经过筹划、安排，选择一个最好的方案，就会取得最好 的效果。可见，筹划安排是十分重要的。现在普遍认为，运筹学是近代应用数学的一个分支，主要是将生产、管理等事件中出现的 一些带有普遍性的运筹问题加以提炼，然后利用数学方法进行解决。前者提供模型，后者提供 理论和方法。运筹学的思想在古代就已经产生了。敌我双方交战，要克敌制胜就要在了解双方情况的基 础上，做出最优的对付敌人的方法，这就是“运筹帷幄之中，决胜千里之外”的说法。但是作 为一门数学学科，用纯数学的方法来解决最优方法的选择安排，却是 晚多了。也可以说，运筹 学是在二十世纪四十年代才开始兴起的一门分支。运筹学主要研究经济活动和军事活动中能用数量来表达的有关策划、管理方面的问题。当 然，随着客观实际的发展，运筹学的许多内容不但研究经济和军事活动，有些已经深入到日常 生活当中去了。运筹学可以根据问题的要求，通过数学上的分析、运算，得出各种各样的结果，最后提出综合性的合理安排，以达到最好的效果。运筹学作为一门用来解决实际问题的学科，在处理千差万别的各种问题时，一般有以下几 个步骤：确定目标、制定方案、建立模型、制定解法。虽然不大可能存在能处理及其广泛对象的运筹学，但是在运筹学的发展过程中还是形成了 某些抽象模型，并能应用解决较广泛的实际问题。随着科学技术和生产的发展，运筹学已渗入很多领域里，发挥了越来越重要的作用。运筹 学本身也在不断发展，现在已经是一个包括好几个分支的数学部门了。比如：数学规划（又包 含线性规划；非线性规划；整数规划；组合规划等）、图论、网络流、决策分析、排队论、可 靠性数学理论、库存论、博弈论、搜索论、模拟等等。运筹学有广阔的应用领域，它已渗透到 诸如服务、库存、搜索、人口、对抗、控制、时间表、资源分配、厂址定位、能源、设计、生 产、可靠性等各个方面。运筹学是软科学中“硬度”较大的一门学科，兼有逻辑的数学和数学的逻辑的性质，是系 统工程学和现代管理科学中的一种基础理论和不可缺少的方法、手段和工具。运筹学已被应用 到各种管理工程中，在现代化建设中发挥着重要作用。
（5）代数学 代数学是数学的一个重要的基础分支。传统的代数学有群论，环论，模论，域论，线性代 数与多重线性代数(含矩阵论)，有限维代数，同调代数，范畴等。目前，代数学的发展有几个 特征：其一是与其它数学分支交叉，例如与几何，数论交叉产生了代数几何，算术几何，代数 数论等目前数学主流方向，矩阵论与组合学交叉产生了组合矩阵论。其二是代数学与计算科学，计算机科学的交叉，产生了计算代数，数学机械化，代数密码学，代数自动机等新的方向。随 着计算科学的发展，矩阵论仍处在发展的阶段，显示出其生命力。其三是一些老的重要代数学 分支从代数学中独立出来形成新的数学分支，如李群与李代数，代数 K 理论。1．矩阵几何及应用：目前矩阵几何的发展主要有三个方面：一是将矩阵几何的研究推广 到有零因子的环上； 二是将矩阵几何基本定理中的条件化简或寻找其它等价条件，并找出特 殊情况下的简单证明； 三是将矩阵几何的研究范围扩大到保其它的几何不变量以及无限维算子 代数中。2．环上矩阵论及应用： 四元数与四元数矩阵论在物理学，力学，计算机科学，工程技术 中具有较好的应用，受到国内外工程技术界的重视。矩阵方程在很多实际问题(例如控制论，稳定性理论)中有重要的作用，也是长期的研究热点。3．群论及应用：群论是代数学的基础，也是物理学的基本工具。典型群是群的一种很重 要的类型。研究数域或整数环上一般线性群的有限子群，用群的某些算术条件刻画群的结构并 对其进行分类。4．Clifford 代数, Hopf 代数及应用：目前，Clifford 代数，Hopf 代数己成为物理学中 的热门工具。二维 Clifford 代数就是四元数。5．代数学在计算机科学与信息科学的应用：随着信息化进程与因特网的深入与飞速发展，信息安全问题日益重要，保护网上信息安全是一个极为重要的新课题。主要采用加密技术与数 字鉴定，实际上是数学技术，主要用到代数学，组合数学与数论。图像压缩处理是信息处理中 的一个困难和极为重要的问题。体会：在上课时，老师讲了一个年轻的数学家。1832 年 5 月 30 日清晨，在巴黎的葛拉塞 尔湖附近躺着一个昏迷的年轻人，过路的农民从枪伤判断他是决斗后受了重伤，就把这个不知 名的青年抬到医院。第二天早晨十点，这个可怜的年轻人离开了人世，数学史上最年轻、最富 有创造性的头脑停止了思考。后来的一些著名数学家们说，他的死使数学的发展被推迟了几十 年，他就是伽罗华。当时我就在想，何谓人生价值？一个人，能够影响世界，对世界产生巨大 的影响，人离去后，被后人追念，此乃正真的人生价值，人生到如此境界，夫复何求。他 18 岁时便有如此大的成就，这令我心灵深深地震撼。我们生活在这个繁荣的世界，学习条件，设 备，都比当时优越，而且当时没有名师指导，就自己开出一片新领域 —群论，实在令人佩服和 敬仰。我们在今后的学习和生活之中，也应多思考，对数学要有热爱，多思索和研究，打破“前 无古人，后无来者”的局面。
二、金融数学
（1）概述 金融数学是一门新兴学科，是“金融高技术 ”的重要组成部分。研究金融数学有着重要 的意义。金融数学总的研究目标是利用我国数学界某些方面的优势，围绕金融市场的均衡与 有价证券定价的数学理论进行深入剖析，建立适合我国国情的数学模型，编写一定的计算机软 件，对理论研究结果进行仿真计算，对实际数据进行计量经济分析研究，为实际金融部门提供 较深入的技术分析咨询。金融数学是在两次华尔街革命的基础上迅速发展起来的一门数学与金 融学相交叉的前沿学科。其核心内容就是研究不确定随机环境下的投资组合的最优选择理论和 资产的定价理论。套利、最优与均衡是金融数学的基本经济思想和三大基本概念。在国际上，这门学科已经有 50 多年的发展历史，特别是近些年来，在许多专家、学者们的努力下，金融 数学中的许多理论得以证明、模拟和完善。金融数学的迅速发展，带动了现代金融市场中金融 产品的快速创新，使得金融交易的范围和层次更加丰富和多样。这门新兴的学科同样与我国金 融改革和发展有紧密的联系，而且其在我国的发展前景不可限量。
（2）现状及发展 在国内不能回避这样一个事实：受过高等教育的专业人士都可以读懂国内经济类，金融类 核 心 期 刊，但 国 内 金 融 学 专 业 的 本 科 生 却 很 难 读 懂 本 专 业 的 国 际 核 心 期 刊 《 Journal of Finance》，证劵投资基金经理少有人去阅读《Joural of Portfolio Management》，其原因不 在于外语的熟练程度，而在于内容和研究方法上的差异，国内较多停留在以描述性分析为主着重描述金融的定义，市场的划分及金融组织等，或称为描述金融；而国外学术界以及实务界则 以数量性分析为主，比如资本资产定价原理，衍生资产的复制方法等，或称为分析金融，即使 在国内金融学的教材中，虽然涉及到了标的资产（Underlying asset）和衍生资产（Derivative asset）定价，但对公式提出的原文证明也予以回避，这种现象是不合理的，产生这种现象的 原因有如下几个方面：首先，根据研究方法的不同，我国金融学科既可以归到我国哲学社会科 学规划办公室，也可以归到国家自然科学基金委员会管理科学部，前者占主要地位，且这支队 伍大多来自经济转轨前的哲学和政治学队伍，因此研究方法多为定性的方法。而西方正好相反，金融研究方向的队伍具有很好的数理功底。其次是我国的金融市场的实际环境所决定。我国证券市场刚起步，也没有一个统一的货币市场，投资者队伍主要由中小投资者构成，市场投机成分高，因此不会产生对现代投资理论的需求，相应地，学术界也难以对此产生研究的热情。然而数学技术以其精确的描述，严密的推导已经不容争辩地走进了金融领域。自从 1952 年马柯维茨（Markowitz）提出了用随机变量的特征变量来描述金融资产的收益性，不确定性 和流动性以来，已经很难分清世界一流的金融杂志是在分析金融市场还是在撰写一篇数学论 文。再回到 Collins 的讲话，在金融证券化的趋势中，无论是我们采用统计学的方法分析历史数据，寻找价格波动规律，还是用数学分析的方法去复制金融产品，谁最先发现了在规律，谁 就能在瞬息万变的金融市场中获取高额利润。尽管由于森严的进入堡垒，数学进入金融领域受 到了一的排斥和漠视，然而为了追求利润，未知的恐惧显得不堪一击。于是，在未来我们可以想象有这样一个充满美好前景的产业链：金融市场--金融数学--计 算机技术。金融市场存在巨大的利润和高风险，需要计算机技术帮助分析，然而计算机不可能 大概，左右等描述性语言，它本质上只能识别由 0 和 1 构成的空间，金融数学在这个过程中正 好扮演了一个中介角色，它可以用精确语言描述随机波动的市场。比如，通过收益率状态矩阵 在无套利的情形下找到了无风险贴现因子。因此，金融数学能帮助 IT 产业向金融产业延伸，并获取自己的利润空间。
（3）感悟与体会 金融数学并不等价于金融专业，它是“金融高技术”的组成部分，是分析金融市场走向的 有力工具。在中国，这方面的专业人士极缺，现在很多高校都陆续开设了此课程。但是，因中 国的金融市场发展的比较晚，故很多高校毕业生很难有实践的机会。那么大学生也就只能在书 本上学习一些西方国家的金融知识。大家都知道，金融是和数学打交道，数学知识必须学得很 扎实。但要读懂西方国家的书籍，英语知识成为一个最大的障碍。据统计 国内金融学专业的本 科生很难读懂本专业的国际核心期刊《Journal of Finance》。这就给我们一个警示，要好就业，就要在学习时期充实自己，使自己变成一个全能性的复合型的人才。金融数学如果学得很 出色，那么就业不成问题，且待遇很不错，这值得我考虑。
三、数学建模 我们乘坐的先进、舒适的大型喷气客机的设计就离不开数学：机翼和机身通过分析计算才 能确定它们的最佳形状；飞机的结构通过数学严格的校验才能确保有足够的强度；飞机发动机 事先要用数学方法对其气动和机械性能进行分析和优化才能确保安全高效地运行。
如今数学不仅在各门自然科学和制造业、信息业、服务业等各种行业中有广泛的应用，而 且在国民经济的规划和预测，自然资源的勘探、开发和保护，交通和物资调配，气象预报和各 种灾害的预报、防治以及医学和社会科学的许多领域中乃至日常生活中都显示出举足轻重的作 用。这一切促使人们对数学的重要性有了新的和更加深刻的认识。在这样的背景下，以计算机为工具、应用数学知识解决实际问题的能力将成为新世纪青年 重要的科学素质。青年学生应自觉提高这方面的能力，迎接未来的挑战；数学教育工作者也应 加强这种素质的培养。
用数学解决实际问题除了掌握必要的数学基础知识以外还必须具备一定的能力。这里需要将现实问题归结为数学问题（又称建立数学模型或数学建模），然后选择合适的数学方法加 以求解；对求得的结果用适当的方法加以验证；最后将结果应用于现实问题，对某些现象加以 解释，或作出预测，或用于设计，或控制某个过程等等。这些能力不是天生的，也不是单纯通 过学习数学基础知识就能获得的，只能通过有意识的反复训练和实践才能获得。然而以往的数 学教学在这方面是欠缺的，有必要加以改革和完善。不论是用数学方法在科技和生产领域解决哪类实际问题，还是与其它学科相结合形成交叉 学科，首要的和关键的一步是建立研究对象的数学模型，并加以计算求解。数学建模和计算机 技术在知识经济时代的作用可谓是如虎添翼。数学是研究现实世界数量关系和空间形式的科学，在它产生和发展的历史长河中，一直是 和各种各样的应用问题紧密相关的。数学的特点不仅在于概念的抽象性、逻辑的严密性，结论的明确性和体系的完整性，而且在于它应用的广泛性，自从 20 世纪以来，随着科学技术的迅 速发展和计算机的日益普及，人们对各种问题的要求越来越精确，使得数学的应用越来越广泛 和深入，特别是在 21 世纪这个知识经济时代，数学科学的地位会发生巨大的变化，它正在从 国家经济和科技的后备走到了前沿。经济发展的全球化、计算机的迅猛发展，数理论与方法的 不断扩充使得数学已经成为当代高科技的一个重要组成部分和思想库，数学已经成为一种能够 普遍实施的技术。培养学生应用数学的意识和能力已经成为数学教学的一个重要方面。数学建模是一种数学的思考方法，是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似 刻画并“解决”实际问题的一种强有力的数学手段。数学建模就是用数学语言描述实际现象的过程。这里的实际现象既包涵具体的自然现象比 如自由落体现象，也包含抽象的现象比如顾客对某种商品所取的价值倾向。这里的描述不但包 括外在形态，内在机制的描述，也包括预测，试验和解释实际现象等内容。我们也可以这样直观地理解这个概念：数学建模是一个让纯粹数学家变成物理学家，生物学家，经济学家甚至心理学家等等的过程。数学模型一般是实际事物的一种数学简化。它常常是以某种意义上接近实际事物的抽象形式存在的，但它和真实的事物有着本质的区别。要描述 一个实际现象可以有很多种方式，比如录音，录像，比喻，传言等等。为了使描述更具科学性，逻辑性，客观性和可重复性，人们采用一种普遍认为比较严格的语言来描述各种现象，这种语言就是数学。使用数学语言描述的事物就称为数学模型。有时候我们需要做一些实验，但这些 实验往往用抽象出来了的数学模型作为实际物体的代替而进行相应的实验，实验本身也是实际 操作的一种理论替代。建立教学模型的过程，是把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数 学结构的过程。要通过调查、收集数据资料，观察和研究实际对象的固有特征和内在规律，抓 住问题的主要矛盾，建立起反映实际问题的数量关系，然后利用数学的理论和方法去分析和解 决问题。这就需要深厚扎实的数学基础，敏锐的洞察力和想象力，对实际问题的浓厚兴趣和广 博的知识面。数学建模是联系数学与实际问题的桥梁，是数学在各个领域广泛应用的媒介，是数学科学技术转化的主要途径。
总的来说，就单纯的数学知识是很难就业的，我们必须把知识运用到实际当中，这样才能体现出数学的价值。像牛顿、爱因斯坦这样的伟大科学家，他们在研究问题时无不以数学知识为基础。在近代的计算机领域，像冯·诺伊曼也是数学家。可见，数学推动着社会的进步。现 在学好数学知识，将来在其他领域将有我们大显身手的时候。数学引领未来，世界因数学而精彩！
第二篇：学科前沿讲座
学科前沿讲座
专业班级： 光信13-3_
姓 名： 朱家兴_
学 号： _10134425__
任课教师： 张国营
2016年 11月 11 日
量子计算与量子计算机
【摘要】量子计算的强大运算能力使得量子计算机具有广阔的应用前景。该文简要介绍了量子计算的发展现状和基本原理，列举了典型的量子算法，阐明了量子计算机的优越性，最后预测了量子计算及量子计算机的应用方向。
【关键词】量子计算；量子计算机；量子算法；量子信息处理 1.引言
在人类刚刚跨入21世纪的时刻！科技的重大突破之一就是量子计算机的诞生。德国科学家已在实验室研制成功5个量子位的量子计算机，而美国LosAlamos国家实验室正在进行7个量子位的量子计算机的试验【1】。它预示着人类的信息处理技术将会再一次发生巨大的飞跃，而研究面向量子计算机以量子计算为基础的量子信息处理技术已成为一项十分紧迫的任务。2.子计算的物理背景
任何计算装置都是一个物理系统。量子计算机足根据物理系统的量子力学性质和规律执行计算任务的装置【2】。量子计算足以量子计算目L为背景的计算。是在量了力。4个公设（postulate）下做出的代数抽象。Feylllilitn认为，量子足一种既不具有经典耗子性，亦不具有经典渡动性的物理客体（例如光子）。亦有人将量子解释为一种量，它反映了一些物理量（如轨道能级）的取值的离散性。其离散值之问的差值（未必为定值）定义为量子。按照量子力学原理，某些粒子存在若干离散的能量分布。称为能级。而某个物理客体（如电子）在另一个客体（姻原子棱）的离散能级之间跃迁（transition。粒子在不同能量级分布中的能级转移过程）时将会吸收或发出另一种物理客体（如光子），该物理客体所携带的能量的值恰好是发生跃迁的两个能级的差值。这使得物理“客体”和物理“量”之问产生了一个相互沟通和转化的桥梁；爱因斯坦的质能转换关系也提示了物质和能量在一定条件下是可以相互转化的因此。量子的这两种定义方式是对市统并可以相互转化的。量子的某些独特的性质为量了计算的优越性提供了基础。3.量子计算机的特征
量子计算机，首先是能实现量子计算的机器，是以原子量子态为记忆单元、开关电路和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，是指组成计算机硬件的各种元件达到原子级尺寸，其体积不到现在同类元件的1%。量子计算机是一物理系统，它能存储和处理关于量子力学变量的信息【3】。量子计算机遵从的基本原理是量子力学原理：量子力学变量的分立特性、态迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力学变量的分立特性使它们可以记录信息：即能存储、写入、读出信息，信息的一个量子位是一个二能级（或二态）系统，所以一个量子位可用一自旋为1/2的粒子来表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的两个极化方向来表示0和1；或用一原子的基态代表0第一激发态代表1。就是说在量子计算机中，量子信息是存储在单个的自旋’、光子或原子上的。对光子来说，可以利用Kerr非线性作用来转动一光束使之线性极化，以获取写入、读出；对自旋来说，则是把电子（或核）置于磁场中，通过磁共振技术来获取量子信息的读出、写入；而写入和读出一个原子存储的信息位则是用一激光脉冲照射此原子来完成的。量子计算机使用两个量子寄存器，第一个为输入寄存器，第二个为输出寄存器。函数的演化由幺正演化算符通过量子逻辑门的操作来实现。单量子位算符实现一个量子位的翻转。两量子位算符，其中一个是控制位，它确定在什么情况下目标位才发生改变；另一个是目标位，它确定目标位如何改变；翻转或相位移动。还有多位量子逻辑门，种类很多。要说清楚量子计算，首先看经典计算。经典计算机从物理上可以被描述为对输入信号序列按一定算法进行交换的机器，其算法由计算机的内部逻辑电路来实现【4】。经典计算机具有如下特点：
a其输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是：其输入态和输出态都是某一力学量的本征态。如输入二进制序列0110110，用量子记号，即10110110>。所有的输入态均相互正交。对经典计算机不可能输入如下叠加Cl10110110>+C2I1001001>。
b经典计算机内部的每一步变换都将正交态演化为正交态，而一般的量子变换没有这个性质，因此，经典计算机中的变换（或计算）只对应一类特殊集。
相应于经典计算机的以上两个限制，量子计算机分别作了推广。量子计算机的输入用一个具有有限能级的量子系统来描述，如二能级系统（称为量子比特），量子计算机的变换（即量子计算）包括所有可能的幺正变换。因此量子计算机的特点为：
c量子计算机的输入态和输出态为一般的叠加态，其相互之间通常不正交；
d量子计算机中的变换为所有可能的幺正变换。得出输出态之后，量子计算机对输出态进行一定的测量，给出计算结果。由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。量子计算最本质的特征为量子叠加性和相干性。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算的输出结果。这种计算称为量子并行计算，量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，这是量子计算机的优越性之一。
4.量子智能计算
自Shor算法和Grover算法提出后，越来越多的研究员投身于量子计算方法的计算处理方面，同时智能计算向来是算法研究的热门领域，研究表明，二者的结合可以取得很大的突破，即利用量子并行计算可以很好的弥补智能算法中的某些不足【5】。
目前已有的量子智能计算研究主要包括：量子人工神经网络，量子进化算法，量子退火算法和量子免疫算法等。其中，量子神经网络算法和量子进化算法已经成为目前学术研究领域的热点，并且取得了相当不错的成绩，下面将以量子进化算法为例。
量子进化算法是进化算法与量子计算的理论结合的产物，该算法利用量子比特的叠加性和相干性，用量子比特标记染色体，使得一个染色体可以携带大数量的信息。同时通过量子门的旋转角度表示染色体的更新操作，提高计算的全局搜索能力。
目前量子进化算法已经应用于许多领域，例如：工程问题、信息系统、神经网络优化等。同时，伴随着量子算法的理论和应用的进一步发展，量子进化算法等量子智能算法有着更大的发展前景和空间。
5.量子计算的应用
1.量子叠加态的计算魅力。在经典物理学中，物质在确定的时刻仅有确定的一个状态。量子力学则不同，物质会同时处于不同的量子态上。因为处于叠加态，这就意味着，量子计算一次运算就可以处理210=1024个数（从0到1023被同时处理一遍）【6】。以此类推，量子计算的速度与量子比特数是2的指数增长关系。一个64位的量子计算机一次运算就可以同时处理264=***709551616个数。如果单次运算速度达到目前民用电脑CPU的级别（1GHz），那么这个64位量子计算机的数据处理速度将是世界上最快的“天河二号”超级计算机（每秒33.86千万亿次）的545万亿倍。
量子力学叠加态赋予了量子计算机真正意义上的“并行计算”，而不像经典计算机一样只能并列更多的CPU来并行。因此在大数据处理技术需求强烈的今天，量子计算机越来越获得互联网巨头们的重视。
2.肖尔算法――RSA加密技术的终结者。1985年，牛津大学的物理学家戴维・德意志提出了量子图灵机模型的概念。随后贝尔实验室的彼得・肖尔于1995年提出了量子计算的第一个解决具体问题的思路，即肖尔因子分解算法。
我们今天在互联网上输入的各种密码，都会用到RSA算法加密。这种技术用一个很大的数的两个质数因子生成密钥，给密码加密，从而安全地传输密码。由于这个数很大，用目前经典计算机的速度算出它的质数因子几乎是不可能的任务。但利用量子计算的并行性，肖尔算法可以在很短的时间内通过遍历算法来获得质数因子，从而破解掉密钥，使RSA加密技术不堪一击。
量子计算机会终结任何依靠计算复杂度的加密技术，但这不意味着从此我们会失去信息安全的保护。量子计算的孪生兄弟――量子通信，会从根本上解决信息传输的安全隐患。
6.量子计算机的应用前景
目前经典的计算机可以进行复杂计算，解决很多难题。但依然存在一些难解问题，它们的计算需要耗费大量的时间和资源，以致在宇宙时间内无法完成【7】。量子计算研究的一个重要方向就是致力于这类问题的量子算法研究。量子计算机首先可用于因子分解。因子分解对于经典计算机而言是难解问题，以至于它成为共钥加密算法的理论基础。按照Shor的量子算法，量子计算机能够以多项式时间完成大数质因子的分解。量子计算机还可用于数据库的搜索。1996年，Grover发现了未加整理数据库搜索的Grover迭代量子算法。使用这种算法，在量子计算机上可以实现对未加整理数据库Ⅳ的平方根量级加速搜索，而且用这种加速搜索有可能解决经典上所谓的NP问题。量子计算机另一个重要的应用是计算机视觉，计算机视觉是一种通过二维图像理解三维世界的结构和特性的人工智能。计算机视觉的一个重要领域是图像处理和模式识别。由于图像包含的数据量很大，以致不得不对图像数据进行压缩。这种压缩必然会损失一部分原始信息 参考文献
1.王书浩，龙桂鲁.大数据与量子计算
2.张毅，卢凯，高颖慧.量子算法与量子衍生算法 3.Deutsch D，Jozsa R.Rapid solution of problems by quanturm computation[C]//Proc Roy Soc London A，1992，439：553-558
4.吴楠，宋方敏。量子计算与量子计算机
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6.White T.Hadoop： The Defintive Guide，California：O’Reilly Media，Inc.2009：12-14
7.王蕴，黄德才，俞攸红.量子计算及量子算法研究进展.
第三篇：学科前沿讲座
听学科前沿讲座有感
学科前沿是指整个科技体系或学科群中居于主导地位具有带动其它科学发展并影响人们科学观念转变的学科。学科前沿是指某一学科中最能代表该学科发展趋势制约该学科当前发展的关键性科学问题、难题及相应的学说。
在即将毕业之际，即将踏入工作生涯，了解学科前沿是至关重要的。学院在这个时候给我们安排学科前沿讲座，意义是非凡的，我们也应该抓住这次机会认真学习学科前沿知识，为以后的工作生涯和人生打下结实的基础。
因此在听完三位老师的讲座，不禁有感而发，对机械学科的前沿有了更深入的了解。
一、对我国汽车前沿的感悟
中国汽车发展历程
新中国刚一成立就决定发展自己的汽车工业，1953年第一汽车制造厂破土动工，毛泽东主席为奠基仪式亲自题写了“第一汽车制造厂奠基纪念”。1956年我国生产的第一辆汽车下线，毛主席又亲自为其命名———解放，对于当时工业整体水平非常落后的中国人来说，这确实是一次经济上的解放。1956年是中国汽车史上令人难忘的一年。5月，第一汽车制造厂试制成功东风牌轿车，送往北京向党的八大”献礼，这是中国自制的第一部轿车，6月，北京第一汽车厂附件厂试制成功井冈山牌轿车，同时工厂更名为北京汽车制造厂。8月一汽又设计试制成功第一辆红旗牌高级轿车，9月上海汽车配件厂试制成功第一辆凤凰牌轿车。在大跃进的年代，这几辆稚嫩的国产轿车确实让全国人民欢欣鼓舞了一阵子。
六七十年代，除了红旗外，中国惟一大批量生产的轿车就是上海牌轿车。1964年，凤凰牌轿车改名为上海牌，并对制造设备做了一系列改进。首先制成了车身外板成套冲模，结束了车身制造靠手工敲打的落后生产方式，又以此为基础制成各种拼装台，添置点焊机，实现拼装流水线生产，轿车质量得到稳定和提高。1965年上海轿车通过一机部技术鉴定，批准定型。到1979年，上海牌轿车共生产了一万七千多辆，成为我国公务用车和出租车的主要车型。1972年起还对车身进行了改型，并减轻了自重。1980年，该车年产量突破5000辆。1985年，已经开始与德国大众公司合资的上海轿车厂和嘉定县联营另行建厂继续生产上海轿车，并继续做了一些技术改进，一直生产到90年代。在相当长的时间里，上海轿车支撑着国内对轿车的需求，为社会发展做出了贡献。但当时我国的汽车工业是以载货车为主导的，对轿车缺乏应用的重视，这使得我国的轿车工业技术水平长期处于极为幼稚的状态。
改革开放后，我国经济迅速发展，对轿车的需求越来越强，我国落后的轿车工业根本无法满足这种需求。一时间，外国轿车洪水般涌入我国。1984年至1987年，我国进口轿车64万辆，耗资266亿元。为了迅速提高中国轿车生产能力和技术水平，我国汽车工业开始走上与国外汽车企业合作、引进消化外国先进技术的发展道路。具体方式基本都是从进口全部散件组装开始，逐渐提高国产化率。纯种的中国汽车也在不断发展，长城、吉利、奇瑞等车厂已经发展壮大起来，技术也越来越好，反正自己孩子自己养，国人支持，他们肯定能做好。
中国汽车的发展方向
中国车企目前还处于开阔市场阶段，但从长远方向看，提高自身产品才是第一要旨。所以中国汽车业将在逐步占领世界市场的同时，加强品牌建设，提高汽车质量和性能，将中国从一个汽车生产大国向汽车研发大国转变。现代汽车电子化、智能化、多媒体化和网络化的应用，不仅提高了汽车的动力性、经济性、安全和环保性，改善了行驶的稳定性和舒适性，推动了汽车工业的发展，还为电子产品开拓了广阔的市场，从而推动了电子工业的发展。因此，大力发展汽车电子化、智能化、多媒体化和网络化，加快汽车电子化速度，是启动和振兴汽车工业的重要手段。也是中国汽车零部件企业的新的经济增长点。
二、矿用绞车前沿感悟
听完李老师的讲座，我深感到矿山机械设备的落后，据李老师所说，矿山设备要落后一般机械二十年。在那里生产的资源推动着中国的发展，然而却没有人去推动他们的发展。
在这里也深刻体会到我校老师独自走入深山的寂寞，也希望国家和社会给予更多的关注，来回馈矿山，感知矿山。解救那些用生命换来工业粮食的矿山工人们，那些对矿上不离不弃的矿大人
三、中国矿业大学的机械电子的感悟
机电是中国矿业大学起步较早的一门学科，也是社会发展的一门前沿学科，机电控制、机电一体化和机电自动化都是现代制造技术所必须的学科。在之前发展也是我校的强势学科，但由于学校领导的不只是，导至学科人才流失，技术失传，相对其他学校机械电子的大发展，而我校的机电学科有逆水行舟不进则退之势。加上学校对机电学科教学的忽视，导至学生对机电的不了解，在以后工作当中对出现问题不知道如何去解决！在这里我也希望学校和学院领导关注一下机电学科的发展，提高学生的综合素质，拓宽学生的知识面。
小结
中国矿业大学有很大一批老师机械学科前沿，为矿业大学机械学科发展付出了不懈的努力。希望学校领导给予大力支持，支持机电学院的老师，支持矿大的机械学科的发展，支持机械学科的教育工作。让我们更有能力去回馈矿山、感知矿山、去为那些为中国发展提供资源和生命的矿山人，为矿山安全、高效开采奉献知识和生命
第四篇：学科前沿讲座课程报告
中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告
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冻胀融沉的分析与防范
（中国矿业大学力学与建筑工程学院 土木10-7班 陈辉 学号：02100498）
摘 要：工程建设是否对周边环境产生负面或不利影响, 是建设者和使用者所关注的问题。针对地铁工程建设中涉及的冻胀融沉,从其产生的机理到影响因素进行了细致的论述和分析,以及分析了冻胀融沉的相关影响因素，从本质上分析了其特点，凭此制定了科学、合理的防范措施,并应用于实践,在施工中取得较好的效果。关键词：冻胀融沉;分析;防范
在地铁建设中, 煤矿冻结法作为一种土体加固方法被广泛应用,但冻结法的冻胀融沉是否对地铁隧道及周围环境产生影响,是建设者和使用者所关注的问题。为此,我们在北方某城市地铁联络通道冻结法施工中,对冻胀融沉的产生机理及影响因素进行了认真、细致的分析,结合工程实际情况,制定了科学、合理的防范措施,取得了较好的效果。冻结法冻胀分析
冻胀是指地铁工程在土体加固过程中,由于冻结管对土体实施冻结作用,使土体中水分结冰而造成其体积膨胀的现象,在实际施工中, 不论对天然冻土区还是人工冻土区,冻胀都是工程建设者所面临的棘手问题。究其原因,主要是由于含水土体在冻结过程中, 一方面土中原位水发生冻结,另一方面是未冻结水向冻结锋面的迁移现象,从而引起土中水分的重新分布和析冰作用。土体的冻胀分为原位冻胀和分凝冻胀,由于原位水分冻结引起的冻胀量相对分凝冻胀来讲十分微小, 因此, 我们本次所研究的土体冻胀主要指由水分迁移引起的分凝冻胀。1.1 冻胀的产生机理
分凝冻胀的产生机理包括土中水分迁移和成冰作用。土体在冻结过程中,一旦土体温度低于土的起始冻结温度, 土中就有部分液态水变成冰,但在土颗粒表面仍有一些作为吸附膜的未冻水存在,在温度梯度引起的负压梯度作用下,来自未冻土的水通过未冻水膜迁入冻土层内。由于未冻水膜的厚度随土温的降低而减薄, 被迁移的水分因迁移受阻而逐渐在某个位置聚集。此时,冻土中的未冻水含量是恒定的, 即在一定负温下, 土颗粒外围具有恒定的平衡水膜厚度。当足够的水分聚集起来时,由于未冻水膜的厚度增大, 未冻水的自由能比冰的自由能高, 原来的热力平衡状态被破坏。在恒定的负温下,土水体系通过多余的未冻水释放自由能分凝成冰,而重新建立平衡状态。随着分凝冰晶便不断积累,土体便产生了冻结膨胀。1.2 冻胀的影响因素
冻结过程中水分迁移和成冰作用是产生土体冻胀的直接因素,它们的强弱主要取决于土体颗粒的土质、土中水分、温度及荷载作用等因素。1.2.1 土颗粒组成对冻胀的影响
土粒表面力场的差异性影响着土冻结过程中水分迁移能力, 并导致冻胀变形各不相同。对于粗颗粒土来说,不存在土的矿物成分对冻胀的影响。在细颗粒土中,尤其是亚粘土、粘土, 这种影响显著地表现出来。在水分、温度及冻结条件大致相似的情况下, 各类土的冻胀性强 中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告
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弱大致按下列顺序递减: 粉质土、亚砂土> 亚粘土> 粘土> 砾石土(小于 0.05mm 粒径的含量超过12%)> 粗砂> 砂砾石。1.2.2 土中水对冻胀的影响
试验和工程实践证明,只有土中水分超过一定界限之后才会产生冻胀, 在外界条件相同的情况下, 土体含水量愈高,其冻胀的强度也就愈大。此外, 在没有外界水源补给的封闭系统中,由于水分迁移受到了限制, 冻胀达到一定量时就不再增长,而在有水源补给的开放系统中,只要条件适宜,冻胀就会持续增长。1.2.3 温度对冻胀的影响
首先, 土温降低引起水结晶、冰分凝,引起土体内部液态水向冻结锋面的不断迁移。冻土土温愈低,土体中未冻水含量愈少, 含冰量愈大。其次, 冻土的温度梯度决定着水分迁移量的大小,冻土的温度梯度愈小, 水分迁移量愈大;冻胀量愈大,温度梯度愈大,水分迁移量愈小,冻胀量愈小。
1.2.4 荷载对冻胀的影响
荷载的增加会对土体的冻胀产生抑制作用, 首先,荷载的增加会使得土体的冻结温度降低,要继续维持土体的冻结状态, 则需要更低的冻结温度。其次, 外部压力的作用会引起土体内水分的重分布。若荷载的增加超过冻结锋面所产生的界面能量时,水分则会从高应力区的冻结锋面向低应力区发生反向迁移,使得土体冻胀急剧减少,甚至停止。融沉的分析
2.1 融沉的产生机理
冻结地层温度上升, 冻土发生融化, 冻土中的冰晶融化成水, 土体体积缩小,加上土体原有结构冻胀时形成的裂缝在融化时的闭合, 产生融化沉降;同时冻土在融化过程中未冻水含量随地温的升高而增加, 直至达到相变温度点,冰全部变成孔隙水, 当未冻水含量增加到足以摆脱静电作用时,土体便在重力和上覆荷载的作用下发生排水固结,土颗粒运动, 孔隙度变小而压密,产生固结沉降。融化终结后, 排水固结并不马上结束, 而是继续进行一段时间,直至土体固结沉降达到稳定。冻土融化沉降的沉降量与外压力无关, 而融土固结产生的沉降与冻结过程中形成的土粒结构的稳定性、冰融化成水释放的自由孔隙空间以及上覆荷载的大小有关。通常压密沉降与正压力成正比, 一般冻土的融沉量要大于冻胀量,有时融沉会变为突陷。融沉的不均匀性及突陷往往会导致地表建筑结构的破坏。2.2 融沉的影响因素
影响冻土融沉的主要因素有: 冻土的含水量(包括冻土中的未冻水和孔隙冰)、冷生构造、干容重、上覆荷载等。2.2.1 含水量对融沉的影响
冻土含水量的大小是影响冻土融沉的关键因素, 其含水量包括冻土中的未冻水和孔隙冰两个部分,各部分所占比重的大小视冻土所处的负温而定,体积含冰量较大的富冰冻土融化时常产生突发性下沉变形, 而含冰量较少的贫冰冻土融沉时基本不会产生较大变形。2.2.2 冷生构造对融沉的影响
冻土的融沉与冻土在冻结过程中所形成结构有关,冻土的结构对土的融化沉降及压密沉降有着直接的影响,通常来讲呈整体状构造的冻土, 其产生的融沉一般不大,而冻结时呈层状 中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告
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或网状构造的冻土一般在融沉过程中会产生较大的沉降变形。2.2.3 干容重对融沉的影响
干容重对冻土融沉的影响是从另一面体现了冻土中含水量的融沉的影响, 冻土中含水量小时, 干密度相对较大,土体中孔隙体积较少,这样的冻土在融沉过程
中不会产生较大的沉降变形;而在冻土含水量较大的情况下,冻土的干密度较小, 土体中孔隙体积相对较大, 该类冻土则在荷载的作用下会产生较大的沉降压缩变形。2.2.4 荷载对融沉的影响
荷载对融沉的影响主要体现在融土的固结过程, 随着冻土中冰的融化,融土中含水量会逐渐增大, 形成超静孔隙水压力,试验表明, 融土在较大的荷载作用下, 孔隙水压力会加速消散,随着融土中孔隙水的排出, 孔隙的压密,融土将产生较大的压缩沉降。地铁人工冻结土体冻胀融沉的特点
从以上的分析中可以看出,不论是人工冻土还是天然冻土,其冻胀融沉的产生机理及影响因素都是相同的。但就人工冻土来讲, 它除具有天然冻土的特征外,还具有其自身的一些特点,主要表现在:(1)人工冻结土体所处地层多为淤泥质土或粘土地层等,一般含水丰富,在这样的地层环境下, 易产生较大的冻胀和融沉变形。
(2)冻结过程中,人工冻结器表面温度通常低于-20 ,负温梯度随着冻结壁的扩展由大变小, 冻结速度由快变慢, 冻结时间相对较短;在冻结土体融化过程中,周边的土体温度相对较低,温度梯度较小, 但在其相邻范围的正温土体的作用下,冻土温度会快速升高, 在此相变过程中,由于冻结土体要吸收大量的热量, 而周边正温土体传导热量的能力有限,使得冻结土体全部融化要经历相对较长的时间。
(3)人工冻结土体具有三维冻融的特征, 在冻结过程中冻结锋面的扩展垂直于冻结管轴线方向, 冰晶分布平行于冻结管轴线方向;在冻土融化过程中, 热量是由周围土体或结构向冻土内部扩散,冻土从周边边界开始融化。此外,人工冻结土体的冻融过程中水分的聚集和消散同样具有明显的三维特征。
(4)人工冻结壁作为临时支撑结构一般要承受一定的荷载作用, 在冻结过程中荷载通常对土体的冻胀具有一定的限制和约束作用,而在融沉过程中, 由于受荷载作用的影响, 融土中的孔隙水会迅速排出, 土体逐渐被压实、压密。制定防范措施
我们此次施工范围内土层主要为第四系全新中统相层粉土、淤泥质粉质粘土和第四系上更新统三组相层粉质粘土,其土层土质松软、结构松散、孔隙比较大, 含水丰富、承载力低、容易压缩和在动力作用下易流变、土体内聚力小等特点, 在我们经过对冻结土体冻涨融沉产生的机理和影响因素充分分析及研究的基础上,参照以往联络通道冻结法施工经验,考虑到施工中将可能面临或出现的各种问题, 有针对性的提出了以下技术控制要点:(1)为防止冻结土体的冻胀融沉给隧道及地面带来不利影响,在联络通道实施土体冻结前期, 根据冻结管的布置, 及时在冻结帷幕内对称设置数个压力释放观测孔,冻结开始后根据检测数据及时进行泄压以防冻胀,保证联络通道开挖及结构施工质量;开挖后,及时在结构 中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告
第 4 页 的外层临时支护(钢格栅)背板后用水泥砂浆充填密实,利用隧道或联络通道内的注浆跟踪注浆加以补强,以补偿土层融沉,控制地表变形。
(2)由于混凝土和钢管片相对于土层更易散热, 并且会影响隧道管片附近土体的冻结质量,从而影响冻土整体稳定性和封土性。为此,我们考虑在冷冻区域隧道管片上铺设保温层,在其对面隧道管片加设冷冻板等保温措施,切断由于温度变化,而出现外界水源补给的现象,以消除冻土帷幕可能存在影响安全的薄弱环节。
(3)加强冻结过程检测, 在冻土帷幕内布置测温孔,以便正确测定冻土帷幕厚度和判断冻土帷幕是否交圈,并配合压力释放观测孔进行检测, 在冻胀达到一定压力时,及时泄压,减少对周围土体及隧道的影响。
(4)在冻结、开挖两侧隧道内均增设环向预应力支撑,以防打开联络通道留口管片时, 隧道产生过大变形,而导致结构破坏。
(5)在冻结过程中, 加强积极、维护冻结的质量控制,使帷幕形成整体状冻结土体, 消除后期冷生构造对融沉产生的不利影响。
(6)由于冻土的蠕变形很强,如遇冻土帷幕有明显变形,温度明显回升, 立即用预制格栅加背板支撑,必要时调整开挖构筑工艺,并同时加强冻结,防止融沉过大,对周围环境产生不利影响。
(7)由于联络通道的开挖和支护层施工时间较冻土帷幕的化冻时间短,根据矿山井筒冻结经验, 由于偶然停冻对开挖安全不会产生大的影响。但是, 为了提高施工安全性,应选用可靠的冻结施工设备。
(8)在联络通道集水井部分施工时, 一般应割除其内冻结管,在此期间将结束人工冻结,因此, 必须合理安排、保证连续施工, 尽量减少温度对其影响,同时, 加强停冻时的冻工帷幕监测,以便及时采取相关措施。
(9)由于人工冻结土体具有三维冻融的特征, 因此,在联络通道砼衬砌结构中, 分别在结构顶面、四周侧面等处设置注浆孔,预埋注浆管,在施工后期, 采用注浆方式以补偿解冻后出现的结构与冻结土体间的孔隙, 消除融沉可能造成的变形,注浆应配合冻土帷幕融化过程进行, 开始可注粘土水泥浆。
(10)在整个施工及解冻过程中, 严密监测隧道变形,特别是在解冻初期15d 内, 做好跟踪补偿注浆工作,当监测数据出现异常,应及时在变形较大部位周围或对应面进行注浆,确保隧道等安全。实践经验
2005 年1月11日~ 2005年6月11日, 我们在北方某城市地铁联络通道Ⅰ区间、Ⅱ区间进行了两个联络通道(含集水井)的冻结法施工,由于联络通道上方10m左右为该城市主干道,施工期间,交通正常运行,冻结前后上部荷载不会有较大变化, 在采取上述措施的同时,除加强监测外,未考虑荷载影响,鉴于联络通道所处位置上方分布有较多的建筑物等, 因此, 我们在地面、房屋、管线布置了 50个监测点,在隧道内布置了162个监测点,从冻结钻孔开始至施工结束后70d 左右进行了地面变形、隧道内沉降、水平、收敛等监测,以检查联络通道在冻结前期、施工过程及后期,冻胀融沉是否给隧道及周围环境带来不利影响,我们从隧道内162个监测点中, 选取24个点的数据。从冻结开始至解冻胀融沉的监测数据看, 冻结 中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告
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周围的土体发生或多或少的变形,其中隧道内监测值均控制在-10~ 10 mm 以内,另从地面监测的数据看,地面沉降值均控制在-30~ 10 mm 以内,冻涨基本发生在冻结期, 其中波动主要在冻结30d 以后,融沉发生在解冻后,解冻周期一般为1~ 2个月,在此期间, 变形波动缓慢、平稳,因此,在施工中严格按照科学、合理的施工方案进行施工与控制,冻胀、融沉不会对地铁隧道产生不利或负面影响。
参考文献
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第五篇：汽车学科前沿讲座报告
本周的学科前沿讲座使我们又回顾了不就前刚刚学过的汽车构造这么学科，让我又有了新的收获和理解。汽车学科前沿讲座报告
汽车的发展史
卡尔·弗里特立奇·本茨（Karl Friedrich Benz，1844年11月25日－1929年4月4日），德国著名的戴姆勒－奔驰汽车公司的创始人之一，现代汽车工业的先驱者之一，人称“汽车之父”、“汽车鼻祖”。
1890-1920 马车过渡到汽车，金属车身出现 1885年，德国工程师卡尔•本茨制成了世界上第一辆三轮车，并于1886年1月29日申请并获得了发明专利，所以，1886年1月29日被认为汽车的诞生日。几乎同时，,德国工程师戈特利布·戴姆勒也成功研制成一辆公认的以内燃机为动力的四轮汽车.1894年奔驰velo是最早的量产汽车.进入20世纪以后，汽车不再仅是欧洲人的天下了，特别是亨利.福特(HeneryFord)在1908年10月开始出售著名的“T”型车时，这种车产量增长惊人，短短19年，就生气1500辆。此间的1913年福特汽车公司还首次推出了流水装配线的大量作业方式，使汽车成本大跌，汽车价格低廉，不再仅仅是贵族和有钱人的豪华奢侈品了，它开始逐渐成为大众化的商品。也是此时开始，美国汽车便成为世界宠儿，福特公司也因此成为名副其实的汽车王国。所以，人们说，汽车发明于欧洲，但获得大发展那是在本世纪初30年代的美国。福特采用流水作业生产汽车，在汽车发展史上树起了第三块里程碑。
汽车基本知识
汽车一般由发动机、底盘、车身和电气设备等四个基本部分组成.发动机：是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。
汽车底盘构造 : 底盘： 底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证 正常行驶。底盘由 传动系、行驶系、转向系和制动系 四部分组成
汽车车身：是指汽车的外壳,内饰,坐椅等.汽车电器设备电气设备： 汽车电气设备主要由蓄电池、发电机、调节器、起动机、点火系、仪表、照明装置、音响装置、雨刷器等组成。
发动机的基本知识
汽车发动机主要结构是机体，其他构件都是安装在机体上。主要由曲柄连杆机构，配气机构，燃油供给系统，润滑系统，冷却系统，汽油机有点火系统，以及电子控制系统等。
汽油发动机（Gasoline Engine），是以汽油作为燃料的发动机。由于汽油粘性小，蒸发快，可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使气体膨胀做功。汽油机的特点是转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，至今不衰。
柴油发动机的优点是功率大、经济性能好。柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。
汽车前沿技术
汽车的电子化、智能化、网络化是现代汽车发展的重要标志，随着消费者对汽车功能和性能要求的日益提高，汽车正在逐渐由机械系统向电子系统转换，目前全球汽车电子产业面临着高速增长的机遇。在国外，电子系统已占到一辆普通轿车总成本的30%，在高级轿车上比例更高，在国内，中高级轿车电子装置的配置已经接近或达到了国外汽车工业发达国家水平。但我国汽车电子业总体上还与国外有很大差距，需要加大研究投入的力度。汽车电子技术经过两个阶段的发展，现正处在第三个阶段。第一阶段的汽车电子设备主要采用分立电子元件组成电子控制器，并开始由分立电子元件产品向集成电路产品过渡；第二阶段则主要采用集成电路和8位微处理器开发汽车专用的独立控制系统；第三阶段开始于20世纪90年代，汽车电子设备广泛采用16位或32位微处理器进行控制，控制技术向智能化、网络化方向发展。在该阶段出现了很多新的技术研究领域和研究热点。
线控技术DBW
汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展，在未来的5～10年里，传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶、线控制动、线控油门和线控悬架等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。
CAN总线网络
随着电控单元在汽车中的应用越来越多，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。在该网络系统中，各处理机独立运行，控制改善汽车某一方面的性能，同时在其它处理机需要时提供数据服务。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术。汽车总线传输是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有：减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性；采用通用传感器，达到数据共享的目的；改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代初开发的一种串行数据通讯协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通讯方式，使CAN总线具有很高的可靠性和抗干扰性，满足了汽车对总线的实时性和可靠性的要求。
机自
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