类岩材料多裂隙体在单轴压缩下的数值模拟

应用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D)软件,考虑岩石的非均匀性,对含不同裂隙倾角和分布密度的试件在单轴压缩下的破坏模式进行研究,探索了不同裂隙倾角和分布密度对多裂隙类岩石材料断裂破坏模式的影响规律.数值分析与实验结果基本一致,试样破坏是一个由渐变到突变的过程,总体破坏过程可大致分为弹性变形阶段、裂纹萌生和稳定扩展阶段、裂纹不稳定扩展至失稳阶段3个阶段;声发射事件也可对应分为线性阶段、增长阶段、突变阶段3个阶段.对比不同试件组发现,含多预制裂隙体的裂纹贯通方式和整体破坏方式由裂隙倾角起主导影响作用;裂隙分布密度对裂隙体整体破坏形式的影响因裂隙倾角的差异而有所不同.     

表征孔隙孔径分布的岩土体孔隙率模型及其应用

指出了现有岩土介质的孔隙率模型不能准确表示孔隙的孔径分布特性,提出了3种孔隙率模型.利用3种模型对黏土在二维空间和生态护坡材料在三维空间的微观孔隙孔径分布进行预测,显示了无论是总孔隙率或各级孔径下的累计孔隙率,预测值与实测值均非常接近.利用孔隙率模型,给出了基于土体微观孔隙结构的固结变形计算公式,在低固结压力下压缩应变计算值与实测值相差约0.007;建立了多种非饱和土的土-水特征曲线模型,从形式上包含了现有的土-水特征曲线模型,由于模型中的颗粒分布分维数是建立在孔隙分布特性的基础上,其物理意义更为明确;最后给出了土体黏聚力及体积密度与土样尺寸的关系式,验证了黏聚力及体积密度随土样尺寸增大而减小的规律.     

岩石探针和地震探测手段约束华北深部地壳结构组成及演化

厘清大陆深部地壳形成、演化及其动力学过程,对于了解板块构造、揭示壳幔相互作用至关重要.针对华北深部地壳物质组成、结构及演化等问题,本研究在限定其地震学结构特征基础上,结合深部地壳岩石捕虏体的来源深度(定深)、化学和物理性质(定性)和形成年龄(定年)的研究成果,构建了华北深部地壳多维度物理、化学结构模型.结果表明:华北陆块地壳厚度变化于30～48 km,全地壳和地壳内部各层均呈现东薄西厚特征.东、西部地壳虽然厚度上有明显差异,但内部结构特征有一致性,即整体上较少典型的高速基性下地壳,平均P波波速(～6.3 km/s)、密度(2.72～2.78 g/cm3)并呈中性岩石特征.深部地壳岩石捕虏体除斜长角闪岩外主要成分包括基性和酸性的麻粒岩.中生代时期华北陆块部分地区地壳存在榴辉岩捕虏体,指示了当时局部地区曾存在厚达45 km的地壳,但现今地震学剖面并未显示;此外,有些地区(如汉诺坝)基性岩石捕虏体揭示出新生代基性岩浆底侵,难以在地震学模型中识别.因此,岩石探针与地震探测结果的结合,将更有助于全面认识深部地壳结构组成和演化.     

地球深部科学中的静态超高压实验研究

目前超深钻探的最大深度只有13km,幔源岩石所提供的上地幔物质成分资料一般涉及的深度也仅在200km以内,全球性地球物理测量虽然能提供地球深部从地幔直至地球核心的物理参数,但无法了解地表以下各层圈的物质组成,因而开展超高压下的模拟实验研究对于了解地球深部物质的成分、性质和状态非常重要.超高压实验技术分为两大类型:动态超高压实验技术和静态超高压实验技术.动态超高压实验技术是利用各种爆轰装置产生冲击压力,同时在瞬间产生高温.在地球内部,物质一般处于静高压状态,因而动态超高压实验一般仅用来进行核幔边界区和地核物质状态方程的测定,所获得的实验结果可为静高压实验研究提供基础资料,而其他关于地球深部的模拟实验研究主要是在静态超高压实验装置中进行的.     

大别超高压榴辉岩高温高压下地震波速和密度的初步实验研究——对造山带地壳深部组成和莫霍面性质的启示

深部岩石高温高压下物理性质是制约地球物理测深成果解释、建立岩石圈物质组成和结构模式、探讨超高压变质带俯冲和折返机制的先决条件,也是大陆科学钻探先行研究的重要基础性工作.地震各向异性(Seismic anisotropy)和S波分裂(Shear wave splitting)研究已成为揭示岩石圈动力学机制的新方向,但目前有关超高压岩石的实验数据尚十分缺乏例如,目前国际上对榴辉岩地震波速实验研究最详细的成果应属Fountain等1994年对挪威加里东造山带榴辉岩的研究,该研究系统测定了至600MPa不同压力下榴辉岩和有关麻粒岩的P波速度和波速各向异性,但未研究S波以及温度对波速的影响.本文报道了大别超高压榴辉岩及其围岩在高温高压和组构定向条件下精确测定地震P波、S波、波速各向异性、S波分裂、泊松比、密度和体积变化的初步成果,探讨了实验结果在大别超高压带深部结构、组成和莫霍面性质研究中的意义.     

浅谈岩石超声波测试技术

岩石超声波检测技术是近年发展起来的一项新技术,它通过检测声波信号在岩体岩石内传播过程中的波速、波幅、波形及频谱等声学参数的变化,间接地了解岩石介质的物理力学特性.具有简便快捷、能进行大范围测试以及对被测介质无损伤等特点,文章针对超声波测试原理及测试方法进行了分析.     

青藏高原西部综合地球物理剖面和岩石圈结构与动力学

应用青藏高原吉隆－三个湖综合地球物理剖面提供的重力，地磁，大地电磁和人工地震资料，对该区岩石圈速度结构、电性结构，密度与磁性结构进行了综合性研究，给出了各地体、缝合带，断裂带的深度及浅部结构特征，同时，依据青藏高原已有的地球物理资料，对比分析研究了高原东，西部的岩石圈结构，并探讨了高原深部构造及其动力学模型。     

力学在地震预报中的作用

地震预报是当代自然科学中的几大难题之一。研究预报是我国杜会主义建设的需要和人民群众的迫切愿望。解决地震预报将涉及多种学科、多方面的相互关联与渗透。本文从研究地壳力学状态入手。把整个地球的地壳看成是一个薄壳弹性体来处理,研究其应力应变及应力场的变化。论证了在地壳岩石与土层中,地应力引起的位移位属于同一数量级,求解出位移位随地壳深度的变化规律;认为地壳力学状态及其应力应变场的变化,是地震预报中最直接的前兆因素。通过研制的电阻式地应力观测系统,进行连续七年观测实验,获取了大量观测资料。经计算分析证明,可测得地壳力学状态及构造应力场的参数。从而证明:地震的孕育和发生与构造应力场参数变化密切相关。通过观测实验还发现,中强地震临震前在近场观测到有低频率应力应变波动群出现,进而探讨这一特征及其机理,将有助于寻找临震预报的一种可靠途径。     

灌注桩后注浆技术研究

随着城市化进程的发展,灌注桩后注浆技术在国内外的应用越来越广泛,灌注桩后注浆是通过把浆液注入地层中,浆液以充填、渗透、挤密和劈裂等方式,挤走土颗粒或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置,浆液固结后将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体,从而改变岩土体的物理力学性质。文章将对后注浆前后的土体性质变化进行室内试验,分析得出相关结论与经验。     

灌注桩后注浆技术研究

随着城市化进程的发展,灌注桩后注浆技术在国内外的应用越来越广泛,灌注桩后注浆是通过把浆液注入地层中,浆液以充填、渗透、挤密和劈裂等方式,挤走土颗粒或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置,浆液固结后将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体,从而改变岩土体的物理力学性质. 文章将对后注浆前后的土体性质变化进行室内试验,分析得出相关结论与经验.     

岩石抗拉试验劈裂法测试技术的探讨

岩石的抗拉强度是岩石的重要力学性质指标,在工程上,将劈裂法试验规定为测定岩石抗拉强度的必做试验。文章在论述抗拉强度的定义及其影响因素、劈裂法及其试验影响因素的基础上,分析了运用劈裂法测定岩石抗拉强度试验的过程,即试验设备、试验操作步骤、试验数据工程处理及试验结果。试验表明,运用劈裂法来测定岩石抗拉强度的试验结果是可行、可靠的。     

退火与“机械退火”对金属玻璃结构和力学性能的影响

金属玻璃是一种新型亚稳态金属材料,具有一系列优良的物理、化学和力学性能。然而在高温或室温长期使用条件下,金属玻璃易于转变为更稳定、更低能量状态的晶体材料,已成为限制其广泛应用的瓶颈之一。研究金属玻璃的退火对其结构、力学性能的影响具有重要的意义。文章综述了常规退火与"机械退火"对大块金属玻璃的结构和力学性能的影响。研究发现:在玻璃化转变温度以下退火时,密度、剪切波速度、纵波速度和弹性模量随退火时间的增加而增加,这是由于在结构上不同程度的原子重排所致;大块金属玻璃在低于屈服强度的恒定应力下"机械退火"密度增加;卸载载荷室温下时效处理超过30天后,屈服强度和断裂强度均降低,并且在塑性阶段锯齿状塑性流动的幅度增加。这个结果可能对于深入理解大块金属玻璃的结构和塑性变形具有一定的指导作用。     

汶川8.0级地震地表破裂白鹿镇段的变形特征*

汶川8.0级地震在彭县-灌县断裂上形成的地表破裂带主要位于彭州磁峰与安县睢水之间,全长约90 km,白鹿镇位于该断裂地表破裂带的南段。应用全站仪和GPS对地表破裂带的垂直位错量、水平位错量、构造缩短率进行精确测量,结果显示,沿彭县-灌县断裂,白鹿镇地表破裂的垂直位错量和水平位错量都是最大的,其中最大垂直位错量位于白鹿老街,为(2.7±0.2) m,最大水平位错量位于白鹿河堤岸,为(0.7±0.2) m。究其原因,可能是沿彭县-灌县断裂,白鹿地区煤层含量最为丰富,煤层厚度最大,因而该地区软弱岩层的屈服强度相对最低,从而导致该地区断层两侧岩体的滑动量最大。另外,通过白鹿中学附近垂直于断层走向的探槽,甄别出两条呈叠瓦状排列的分支断层,该探槽所揭示的地表破裂面倾角度数及倾角随深度的变化趋势与通过震源机制解推断的结论一致。     

机械系统中干摩擦模型的力学分析

干摩擦是机械系统中广泛存在的力学行为。它可减小系统在外界激振下的振动响应振幅,起到减震、缓冲的作用。文章对干摩擦力学模型的研究做了简要回顾,对各种干摩擦力学模型的参数识别、响应求解方法等做了系统综述。     

地基土压缩模量与基础沉降量分析

通过一个建筑地基实例,对不同的地基土,以不同的压缩模量,进行地基沉降量计算,从而认识压缩模量对地基沉降量的影响,对压缩模量和沉降量的关系有一个明确的了解。     

Recent progress in understanding mechanisms of shale gas wellbore integrity failure

Although significant progress has been made in shale gas exploitation in China, the industry is confronted with a prominent problem of wellbore integrity failure that mainly manifests as casing deformation and sustained annulus pressure(SCP). In the current paper, we present an analysis of failure mechanisms of shale gas wellbore integrity. Our results demonstrate that casing deformation is strongly linked to tension-compression cycling loads arising in multistage fracturing, rock heterogeneity, anisotropy, lithological interface, and natural fractures and faults. Among those factors, fault slip caused by fracturing fluid flowing into natural fractures is suggested to be the principal one that may give rise to casing deformation. SCP, however, is induced by micro-annulus or micro-fissures arising from multiple drastic changes of pressure and temperature during fracturing. Finally, we discuss approaches to maintaining shale gas wellbore integrity, including lowering the elastic modulus of cement sheath, casing optimization, staged cementing, fault slip prediction, and control of fracturing parameters.     

Study Progress of FRP Rebars in Concrete Structures

Fiber reinforced plastics (i. e. FRP) rebars are one kind of high-performance composite materials used in concrete structures of civil engineering. Compared with ordinary steel rebars, FRP rebars have the characteristics of high tensile strength, antisepsis, light weight, low elastics modulus and low shear strength, et al. At present time, FRP rebars have been studied and applied in Europe, America and Japan. Since 2000, in the Fund of NSFC, we systematically carried out experimental and theoretical studies on FRP rebars. The progress of our research is briefly introduced in this paper.     

多晶纯钛的孪生系统选择准则

提出一个利用无限小应变理论(infinitesimal strain theory)计算孪生在宏观试样坐标系下应变张量的模型,该模型利用基体晶粒取向数据和外加载荷方向计算{1122},{1012}和{1121}3种孪生系统在孪晶坐标系下的应变张量,并将其转换至宏观试样坐标系下.将计算结果和工业纯钛的单轴压缩实验数据对比,得到较好吻合,从而提出并验证了多晶钛的孪生系统选择准则,即特定取向的晶粒中只能激发微观应变张量与宏观变形一致的孪生系统.通过计算,绘制了分别沿TD,RD和ND3个方向的单轴压缩和拉伸两种变形下可激发{1122},{1012}和{1121}3种孪生系统的晶体取向分布{0002}极图;同时,发现{1122}和{1012}两种孪生系统所引起的差取向和激发所需的晶体取向条件之间相互协调,二者在晶体学取向的角度上可相互以对方为基体反复激发,这是钛及其合金塑性变形的重要机制之一.     

基于建筑钢材拉伸试验的研究

建筑用钢材面广量大,质量至关重要。建筑钢材拉伸试验,是钢材检测分析的重要内容之一,除能检测钢材屈服强度和抗拉强度等强度指标外,还能检测出钢材的塑性。本文对常用建筑钢材拉伸试验的流程及具体方法进行了分析。