干、湿沙层对岩石受力微波辐射影响的实验对比

在天空冷背景下，通过实验模拟卫星对地观测，研究盖层对岩石受力过程中微波辐射的影响规律及影响机理.实验以花岗岩及覆被干、湿沙层为例，采用卧式压力机和C波段微波辐射计对岩石受力过程中松散盖层对辐射变化的影响规律进行观测.实验结果表明:花岗岩弹性变形阶段的微波辐射变化与载荷具有很好的同步性，相关系数达0.94，微波亮温变化量为0.015K/MPa.当岩石观测面铺设2.5cm厚的干沙层或湿(含水)沙层时，其对受力岩石微波辐射影响存在差异:1) 干沙层对岩石受力过程中的微波辐射变化量无显著影响;2) 含水沙层显著削弱了微波辐射计所接收到的岩石中由力引起的微波辐射变化信号.     

岩石变形破裂红外与微波辐射变化特征对比研究

利用实验的方法对岩石单轴压缩过程中红外辐射、微波辐射、应变进行了联合测试.实验结果表明,红外与微波辐射的变化特征随应力的阶段性发展,二者呈现不同的阶段性变化规律与破裂前兆特征.红外辐射呈现初始阶段变化很小、弹性阶段缓慢增加、塑性阶段快速增加以及临破裂前回落的变化特征;而微波辐射呈现初始阶段微降、弹性阶段上升、塑性阶段下降以及临破裂前上升的变化特征.红外与微波在岩石破裂前均出现早期和晚期前兆,但前兆规律不同,异常变化形式正好相反.两种手段结合可以更好地监测岩石的应力与灾变现象.     

潮湿岩石受力过程红外辐射的变化特征

利用红外热像仪对干燥和潮湿砂岩单轴压缩过程中的红外辐射特征进行了试验比较.结果表明:潮湿岩石加载过程中平均红外辐射温度(AIRT)随载荷增加呈上升趋势,AIRT与应力的变化步调一致,曲线波动较小;岩石失稳前单位载荷下潮湿岩石的升温幅度高于干燥岩石,水对岩石受力时的红外辐射具有明显推动作用,但破坏瞬间热像特征变化不很明显.干燥砂岩AIRT与应力的关系不是简单的对应关系,但在破坏瞬间出现显著的增温现象和热像特征的明显变化.可以利用潮湿岩石AIRT与应力的良好同步性监测潮湿岩石的应力变化过程,利用干燥岩石破裂瞬间的热像变化特征分析岩石灾变的空间位置与灾变模式.     

压性雁列构造变形过程中热场演化的实验研究

在实验室利用铂电阻接触测温系统和红外热像仪两种仪器,观测了含压性雁列断层结构的岩石标本在变形过程中的温度分布．两种方法的测量结果都显示了热场在时间上和空间上与应力、应变场的关系．实验显示,在岩石标本的不同构造部位的增温速率不同,反映了不同部位的应力分布不同．实验过程中标本变形可分3个阶段:弹性阶段、粘滑阶段、以及破裂阶段．温度变化过程也分为3个阶段,各阶段的温度上升速率不同,热辐射场也发生了相应的变化,反映了不同阶段的主导增温机制发生了改变．实验结果对利用卫星热红外波段资料研究断层现今活动提供了物理依据．     

地基微波辐射计反演温/湿度廓线的BP神经网络训练方案对比

为提高地基微波辐射计反演大气温/湿度廓线的精度,提出了一种直接利用高垂直分辨率探空资料与地基微波辐射计观测亮温训练反演温/湿度廓线BP神经网络方案.基于地基微波辐射计的观测特点,提出了一种基于微波辐射计地面观测资料和探空资料的观测亮温综合质量控制方案,利用质量控制后的观测亮温训练BP神经网络(OBS-BP),并与基于MonoRTM辐射传输模式模拟亮温训练BP神经网络(SIM-BP)的方法进行了对比.结果表明, OBS-BP反演温度廓线的均方根误差随高度逐渐增大,范围为0.62～2.81 K,偏差范围为-0.67～0.43 K,相关系数随高度的升高逐渐减小,变化范围为0.92～0.99;相对湿度廓线的均方根误差在0～4.75 km随高度升高而增大,在4.75 km以上随高度升高而减小,范围为8.21%～24.37%,偏差范围为-3.87%～4.54%,相关系数随高度升高逐渐减小,变化范围为0.13～0.94.将OBS-BP和SIM-BP反演高时间频次的温/湿度廓线的效果进行了对比,得出OBS-BP的反演结果能更好地反映对流层内大气温/湿度演变过程,相对于利用SIM-BP的反演结果, OBS-BP反演温/湿廓线在各个高度层上均优于SIM-BP,与探空资料具有更好的一致性,更适用于实际观测中地基微波辐射计温/湿度廓线的反演.     

岩石渗透率与应变相关特性的实验

鉴于岩石渗流理论尚不成熟的现状,采用实验模拟工程实际的手段,利用MTS伺服机进行瞬态法水渗实验,对实验结果以多项式形式拟合了岩石渗透率-应变方程.实验表明,在岩石变形过程中,渗透率与变形形式密切相关;所有κ-ε曲线都有最低点,岩石在弹性阶段其渗透率变化不大:岩石产生结构破坏后其渗透率远大于弹性阶段的渗透率,最高渗透率大多发生在软化阶段,少数发生在流动段末尾.     

片状岩石全应力应变压缩过程及力学机制试验研究

为了解片状岩石的全应力应变压缩过程及力学机制,利用RMT-150C岩石力学刚性伺服试验系统,对绿泥石片岩和云母石英片岩进行压缩力学试验.基于试验结果,得到岩石全应力应变压缩过程,提出峰前压密、线弹性、微裂隙稳态扩展和微裂隙不稳态扩展4个变形阶段以及峰后应变软化、残余应力稳定两个变形阶段,分析岩石在各阶段的强度变形特性以及体应变、横向应变和轴向应变之间的关系;详细探讨压缩条件下水对试样物理力学性质的影响规律,重点对比峰值强度、弹性(变形)模量等指标的敏感程度和围压效应;并揭示片状岩石在压缩状态下的破裂模式,将整个破坏过程分为单一剪切破裂、鼓状破裂、Y字形破裂及平行劈裂4种形式.     

自由变形结构弹塑性分析的新方法

考虑目前塑性力学实验与理论上存在的众多分歧,从材料弹塑性变形的本质入手,研究受力构件应力分布与变形间的关系.对于一个受力结构,其内应力引起应变,受力较小时应力仅引起弹性应变,εij=Gijklσkl.受力较大后,应力的作用不仅产生弹性应变,也产生塑性应变,εij=εije+εijp.在小变形、弹性变形与塑性变形不耦合情况下,结构中的应力与弹性应变仍呈线性关系而与不受塑性变形的影响.按照以上思想对梁、轴受力结构进行了弹塑性分析,得出在弹塑性下梁、轴内应力呈线性分布,卸载后结构内有残余的塑性变形,而无残余应力.新认识比原有认识更符合结构弹塑性变形实际情况,并具有普遍意义.     

岩石加载过程声波波速变化规律实验研究

通过对花岗岩、片麻岩、大理岩和砂岩进行加载,探寻岩石波速随应力变化的响应特征.实验结果表明:花岗岩和片麻岩在线弹性加载阶段,波速-应力呈线性上升;波速达到峰值之后,波速-应力为二次函数非线性变化,再继续加载则岩样发生破坏.大理岩及砂岩在整个加载过程中波速基本保持恒定.依据成岩类型将波速变化分为两种类型:Ⅰ型,波速线性增加—峰值波速—缓慢下降—突然下降(破坏);Ⅱ型,波速不变—突然下降(破坏).在循环荷载作用下,岩石在线弹性加载阶段,波速呈线性上升;当增加到一定载荷,波速突然下降,岩样发生破坏.以上研究表明,在线弹性加载阶段,波速增加主要是密度变化引起的,裂纹萌生、扩展、贯通直接影响波速随应力的...     

加载岩石红外辐射实验与数值模拟对比分析

利用红外仪对岩石试件进行单轴加栽变形破坏过程进行监测,得到试件破坏过程的红外热像。另外,利用RFPA软件对试件在加载过程进行数值实验,并对试件进行应力状态分析。由红外实验与数值实验结果对比可以看到：试件破坏过程中整体以升温为主,弹性阶段压应力集中区的岩石试件表面红外辐射温度升高,而拉应力集中作用区温度降低。裂纹越集中区温度升高越明显。这一实验结果可以为利用红外手段预测预报地震、岩体工程破坏失稳提供进一步的理论依据。     

大气对星载盐度计辐射传输特性及盐度反演的影响研究

利用MPM93模型, 根据微波辐射传输方程, 仿真不同天气情况下的L波段大气辐射参数及盐度计观测亮温, 并用最大似然估计法反演海表盐度, 研究不同天气情况对海表盐度反演值的影响。仿真结果表明: 考虑了悬浮液滴影响的云、雾及霾情形的大气辐射参数与晴空时差别不大, 可以忽略天气的影响。然而, 降雨对大气辐射参数的影响不可忽略, 并且随着降雨率的增加, 盐度反演误差明显增大。在降雨率不变的情况下, 盐度反演误差随着海表温度增加而减小, 在盐度低值时误差较小。盐度反演误差随海表气温的升高呈现先变大后变小的趋势, 受海面风速、海面气压以及海面水汽密度的影响极小。     

Relative dielectric constant from dry rocks

Relative dielectric constant is an important physical factor in the theory of microwave remote sensing and electromagnetic transmission. This note reports the results of detecting relative dielectric constant from 197 rock samples. The regular pattern of the relative dielectric constant varying with microwave spectrum is revealed. The relative dielectric constants, correlated with the type, density, structure and chemical component of the rock, are discussed. The results are: ( i ) The relative dielectric constant is related to the frequency when it is measured within the frequency of 0.5–18 GHz. ( ii ) The real part of the relative dielectric constant among different types of rocks changes in a large range, the regular pattern of the change is from ultrabasic rock, basic rock, to intermediate rock, acid rock and sedimentary rock. The real part of relative dielectric constant gradually lowers, the change range is between 9 and 5. ( iii ) The real parts of relative dielectric constant have a marked positive correlation with the density of the rocks. ( iv ) The relative dielectric constant related with the structures of the rocks, the smaller the grain of rock, the larger the relative dielectric constant. ( v ) The real parts of relative dielectric constant related to chemical component of the rock are more complex. The imaginary parts of relative dielectric constant are markedly correlated with MnO and LOI, less correlation with Fe₂O₃, FeO, MgO, P₂O₅, and has no correlation with the rest variables.     

矿井地质构造红外探测的理论与实践

红外探测实践表明 ,地质构造引起的岩石密度变化是影响岩石表面红外辐射分布的主导因素 .提出地质构造区密度变化状态模型 ,根据红外辐射原理 ,从岩石有效辐射面变化的角度 ,定性分析了地质构造、岩石密度和辐射功率等因素之间的相关性 ,建立了相关方程 ,介绍了红外探测地质构造的基本方法和适用条件 ,并结合实例说明了应用过程 .为研究红外探测技术在矿井水文地质、瓦斯地质、煤炭自燃等方面的应用提供了理论基础与分析方法 .图 4 ,参 5     

花岗岩在微波照射下的损伤研究

基于采用微波能量预先弱化岩石的方法可以有效的降低岩石强度这一理论。本文先通过对花岗岩试件进行一定条件下的微波照射及劈裂试验,再利用ANSYS软件建立简化的二相岩石模型,模拟不同功率密度和照射时间下模型内部的温度分布和应力分布。结果表明：一定功率下,随着微波照射时间的增加,花岗岩试件抗拉强度逐渐降低,降低速度先快后慢,存在一个最佳照射时间范围。而采用高功率密度和短时间的微波照射时,模型内部的温度梯度增大,更易产生较高的温度应力,造成岩石损伤。模拟结果与试结果基本吻合,为微波辅助机械破岩技术提供一定的参考价值。     

三江源地区卫星被动微波遥感特性的初步分析

微波可以穿透云层,可以全天候监测目标区域,还可以比较有效地分辨水体、植被、冰雪和荒漠等。因此,微波遥感资料是研究地表类型众多的三江源地区的有效手段。全球第一个星载全极化微波辐射计WindSat测量的第3和第4个Stokes参数T3和T4,作为前所未有被卫星传感器大面积、长时间序列测量的亮温,为三江源地表目标的探测研究提供了新的工具和方法。仅使用垂直和水平极化亮温TV和TH,会将小面积水体和沼泽误识别成荒漠。结合WindSat辐射计所测量的4个Stokes参数,可以较好地分辨三江源地区的典型目标,例如雪山、湖泊和荒漠等,有利于消除由于地表目标识别错误导致的土壤湿度研究可能存在的潜在误差。TV,TV-TH,MPDI(MPDI=(TV-TH)/(TV TH))以及T3等值线的走向基本体现出西南东北走向,这与该区域植被分布自东南向西北为针叶林、高山草甸草原、干旱草原及荒漠的特点密切相关。冰雪融化和凝结,以及植被的生长和消亡,使得该区域微波辐射的季节性变化显著。前视和后视垂直极化亮温TV及T3的差值表明,该区域的微波辐射随观测方位角的变化是,雪山积雪冰川和湖区的辐射方向性较强,而植被和荒漠的辐射方向性较弱。     

卫星遥感估算淮河流域区域能量通量的方法研究

利用1998年淮河流域加密观测试验（HUBEX／IOP）期间的资料,进行淮河流域能量平衡的参数化方案的研究,用NOAA卫星的AVHRR资料建立了试验区地表特征参数及能量平衡各分量的参数化方程,并对卫星遥感反演结果和试验观测值进行了对比,为淮河流域能量和水循环的数值模拟提供了物理依据。     

微波照射后玄武岩损伤机理试验研究

为探究微波循环照射下玄武岩损伤机理,在不同微波照射参数下,对玄武岩试件进行微波循环照射和连续照射,通过超声波检测、巴西圆盘劈裂试验,以纵波波速、抗拉强度、损伤变量作为定量指标,衡量微波辐射对岩石损伤效应影响程度。结果表明:采用低功率微波照射时,因单次微波输入能过低不足以达到裂纹起裂能,使得循环照射的功效无法显现,此时不宜使用循环照射微波加载模式;采用高功率微波照射时,微波循环照射对岩石的损伤效应随着循环次数的增多而增强,且较之于连续照射,可实现用较少的能耗达到更好的损伤弱化效果;水是引起岩石损伤的重要因素,在循环照射间歇采用冲水冷却方式可增强岩石受损程度;可见高功率微波循环照射方式可提高破岩效果。