裂纹是以什么方式朝前扩展?

裂纹扩展过程的研究是断裂力学中一项非常重要的课题,因为它深刻地反映了材料破裂时的动力学过程。本实验在一台自制的超小型压力机上进行。样品选用载玻璃板(48×28×1mm~3)。玻璃板内预制一条平行于压力轴方向的小裂纹。裂纹的长度2_a_0≤5 mm。实验时,室内的平均温度为6—9℃,相对湿度为40—45％。样品受压后,在给定的初始压力P和缩短量u的作用下,裂纹开始稳态扩展,此后,不再对样品施加任何增载。用显微镜观察裂纹     

贵州喀斯特地区碳酸盐岩的宇宙成因核素36Cl侵蚀速率

喀斯特地区侵蚀速率是理解全球碳循环、喀斯特地貌演化以及土地利用等学科的最基本问题之一.侵蚀速率估算方法主要包括:(1)流域河水化学溶解物平衡的计算;(2)置于不同环境下的大理岩片重量损失的观测;(3)显微侵蚀测量仪对暴露地表的直接测量;(4)碳酸盐岩中石英脉的长期观测;(5)地表岩石中宇宙成因核素36Cl(半衰期3万年)的测定.与其他方法相比,地表岩石中36Cl含量反映了104~105年尺度内的岩石暴露和侵蚀历史.本项研究收集了贵州省内不同地区的碳酸盐     

致密砂岩层系多尺度波耗散规律及双重分形结构模型

了解地层岩石的多尺度非均质性特征对不同频率弹性波响应的影响,对基于地震资料解释与反演地下介质属性至关重要.本文联合采用超声波实验(550 kHz)、声波测井(约10 kHz)和地震勘探(约30 Hz)手段,对鄂尔多斯盆地延长组致密岩石开展观测,估算了不同频率下致密砂岩中的纵波传播速度和衰减.超声波观测结果显示,随着围压增大,孔隙度对衰减的影响有变小的趋势,而黏土含量的影响随围压增大而增大.不同频率范围内,波速和衰减随孔隙度或黏土含量的变化趋势基本一致.测量结果中值及分布特征显示,从超声波到地震频段,纵波速度趋于下降,而衰减却有增大趋势.从超声波到声波频段,速度减小更为显著,中值减小了362 m/s;而测井速度与地震观测结果较为接近.衰减在声波和地震频率之间的差异更为明显.为解释多尺度观测数据,提出了描述孔隙介质中裂隙和黏土尺寸具有自相似分布特征的双重分形结构模型.模型预测与实验结果对比揭示了相关储层黏土包体和裂隙的分形特征.本研究可为进一步解释复杂岩石宽频带波频散和非弹性现象提供理论模型.     

在不同压力下岩石光谱辐射特性研究

近十多年,国内外的一些学者对岩石加载至破裂的实验研究中,都观测到了岩石破裂时出现的低频至无线电波的电磁辐射,以探索地震预报的新前兆,遥感技术在资源勘探、环境科学等众多国民经济部门已得到了广泛地应用,取得了瞩目的成果,遥感这一先进技术能否用于地震预报?在国内外没有进行过研究,我们首先从理论上进行了研究之后,在实验室进行了实验,对岩石标本加压至破裂的过程中,用地面遥感仪器监测从可见光到远红外的光谱辐射的动态变化,得到了很好的结果。     

用遥感法测量钢建筑物应力的实验研究

我们在研究岩石的电磁辐射中,发现岩石的红外辐射和微波辐射随岩石应力状态变化而变化的物理现象,若这一物理现象在钢材料中也存在,那么对钢建筑物的应力及其分布有可能进行遥感测量,我们对钢材料进行了实验,得出了钢材料的红外辐射能量和微波辐射能量随钢材料应力状态变化而变化的实验结果,本文报道了这一新结果.     

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.     

不混溶流体与变质硅质大理岩相互作用的实验研究

流体的不混溶在自然界是一种常见的地质现象,这主要表现在两方面:(1)野外对硅质大理岩的详细研究表明其变质过程中流体的主要成分为NaCl-H_2O-CO_2,并且证实了流体的不混溶影响变质岩的矿物组合,变质温度和压力以及变质矿物的结构.(2)近几年用人造气液包裹体方法研究热液性质时发现不混溶流体可以存在于很高的温度和压力下.过去人们对不混溶流体的广泛存在以及不混溶流体与变质岩矿物组合的相互作用对变质过程的重大影响没有足够的认识,在研究变质硅质大理岩与流体相互作用的实验中所涉及的流体仅仅为     

豫西晚太古代含铁建造的变质作用

豫西晚太古代含铁建造,虽然普受中压型角闪岩相变质作用,但因生成环境不同仍显示出变质程度的差异,下面以午阳和许昌为例加以说明。 午阳晚太古代含铁建造可分为下部赵案庄组和上部铁山庙组,前者由斜长角闪岩和片麻岩类岩石组成;而后者除有上述岩类外,下部有大量的大理岩,上部有多量的云母片岩。两组     

上地壳低频地震波频散现象的物理学机制被揭示

<正>上地壳岩石低频地震波的频散现象及其成因一直是学术界关注的热点,最近科学家采用双重孔隙结构逼近地壳岩石,对比理论预测与实验观测,为上地壳孔隙岩石中低频地震波强频散现象提出了合理的物理学解释.这项题为"双重孔隙介质波传播理论与地震响应实验     

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。     

基于CT成像和数字体图像相关法的岩石内部变形场量测方法的研究进展

在采矿工程、边坡工程、隧道工程、水利水电工程及新兴的岩体工程如深埋油气储库、地下核废料处置库、地热开发等生产开发过程中,岩石是主要工程对象.直观观测与定量表征应力场、渗流场和温度场等多物理场耦合作用下岩石内部非连续结构演化始终是岩石力学重要和具有挑战性的研究内容.高精度微CT能够在微细观甚至纳米尺度上观测岩石内部结构,通过与数字体图像相关法结合,可实现岩石内部变形场的透明可视化与定量解析,为岩石的非连续结构与多物理场效应的透明解析和推演提供了新的有效途径.本文回顾了近年来微焦点CT在岩石内部结构检测、数字岩心和内部变形场量测方面的应用,详细阐述了CT原位扫描实验与数字体图像相关法的原理及主要进展,分析了岩石微细观结构对应变场测量精度的影响及数字体图像相关法在岩石内部变形测量中的典型应用,探讨了数字体图像相关法测量岩石内部变形场面临的挑战.     

岩石磁性及地球磁场的起源

一、岩石磁性在现代地磁学中,岩石磁性的研究具有重要的意义,这一方面是因为地球的异常磁场是由地壳岩石层产生的,另一方面,岩石的磁性也反映和记录了岩石生成时的地磁场情况,是古地磁学研究的重要根据,从本世纪初起,尤其五十年代以来,随着岩石磁性、海洋磁性的观测和研究的进展,以及岩石磁性成因的探讨,发现它们与地质时期岩石状态和变化以及地球海陆变迁等都有一定的联系,因而形成古地磁学这一新的研究领域,古地磁学已是研究地球演化和发展的一个有力工具。     

基于电磁Hopkinson杆的无机玻璃动态力学性能测试技术

无机玻璃作为典型的脆性材料,其失效应变极小,因而对其进行动态力学性能测试一直是冲击动力学和实验力学领域的难点问题.本文提出一种全新的实验技术——电磁分离式Hopkinson压杆(electromagnetic split Hopkinson pressure bar, ESHPB)来解决这一难题,并利用钠钙硅酸盐玻璃进行了验证.实验结果表明,与单向冲击加载相比,采用双向对称ESHPB能够使玻璃试样更快地实现应力平衡和恒应变率变形,从而获得更为精确有效的动态力学性能数据.通过与准静态实验结果的对比发现,该种玻璃材料在冲击载荷下压缩强度显著增大,呈现出很强的应变率效应.此外,本文还利用超高速相机原位实时观测了玻璃试样的变形和破坏过程.变形图像表明,当裂纹不断成核、扩展并汇聚至充满整个试样时,试样完全失去载荷承受能力.     

SnCl_2-HCl熔体的蒸气压

对于SnCl_2的蒸汽压曾有许多研究工作者进行了测定,但是数据颇不一致。SnCl_2-KCl熔体的蒸汽压,除了有个别数据外,其余尚未见发表。本文报导用载流法测定360—425℃时熔融SnCl_2和SnCl_2-KCl的蒸汽压的数据和计算有关的热力学函数。实验时用仔细去氧后的氮为载流气体。流速在160毫升/分左右。温度用校正后的水银温度计测量,误差约为±2°。实验后,根据失重按下式计算蒸汽压: P=ni/ni+nf·P_0 (1)式中ni表示操作压力为P_0时n_f克分子惰性气体带     

基于椭圆形微裂纹演化与汇合的准脆性材料本构模型

微裂纹演化与汇合是导致准脆性材料损伤及破坏的主要因素.采用复势函数法求解了受远场载荷作用下代表性单元中椭圆微裂纹的变形,讨论了椭圆微裂纹初始取向的变化对微裂纹尺寸增长和偏转角度的影响,并结合微裂纹扩展准则推导了损伤起始的临界应力.基于翼型裂纹扩展过程的能量守恒方程,建立了损伤阶段的本构关系.对裂纹汇合模式进行了讨论,建立了翼型裂纹汇合的几何模型,由翼型裂纹汇合的临界条件给出了断裂失效应变,最后给出了与细观结构演变过程相对应的本构模型,并应用该模型计算了岩石类材料单轴压缩下的应力应变曲线,与实验结果吻合良好.     

2006年春季天气背景下腾格里沙漠近地面气象要素与输沙通量的变化趋势

目前在研究沙漠地区的沙尘暴时, 缺乏长期的、实时观测的数据资料. 中国科学院风沙科学观测场是一个建立在沙漠地区流动沙丘上的长期风沙科学观测站, 2006年春季的沙尘暴无论是沙尘暴发生的频率还是危害程度都是近几年较为严重的. 利用中国科学院风沙科学观测场2006年春季采集的6次沙尘暴发生过程中的实测资料, 对沙尘暴发生过程中近地层风沙活动特征和气象要素的变化进行统计分析, 旨在说明沙尘暴发生时, 近地层风沙活动特征和沙尘暴对近地层气象要素的影响以及近地层对沙尘暴事件的响应. 沙尘暴发生时, 近地层的湍流度比晴天明显增大, 其值随高度的变化表现为先增加后减小, 同时, 在沙尘暴发生时, 湍流度在近地层的最大值的高度要比未发生沙尘暴时高出10 m左右. 在沙尘暴发生时, 虽然风沙活动的时间比较短, 但风对沙粒的搬运能力大大增强, 由实测的资料计算的输沙势占整个月份输沙势的29.94%. 在沙尘暴发生时, 由于风速风向及地形等因素的影响, 近地层的风沙流和风蚀过程存在空间变异性, 风沙流随高度变化可以表示为指数函数; 同一点的风沙流运动方向并不是单一的, 而是在一定范围内摆动; 同时, 在沙尘暴期间, 风蚀和风积交替进行.     

成岩深度测算原理的探讨

现有资料已经证明,岩石圈及其以下相当深度的岩石表现为固体性质,因此,应该按固体内应力状态测算深度;岩石力学实验证明围压越大,岩石的抗张,抗剪强度越高,在特续增高围压的条件下,岩石抗压强度几乎是无限的,Ｓｉｂｓｏｎ提出１０－１５ｋｍ左右之下岩石逐渐由脆性转变围 ,韧性岩石及具有弹性的固体,并不外于静流体压力状态。在目前缺乏反映流变程度数据的情况下,当已经测得不可忽略的差应力时,暂用弹性固体模型代替静     

硅片空蚀实验中表面粗糙度和润湿性的影响

通过几何形貌变化和沉积Au和DLC超薄膜改变硅片的表面粗糙度和润湿性, 利用自制的振动空蚀实验装置对硅片在去离子水中的材料微观破坏情况进行研究. 扫描电子显微镜(SEM)和表面形貌仪用来对实验前后的硅片表面形貌进行检测; 采用接触角测量系统对试样表面润湿性进行表征. 结果表明, 振动空蚀实验后硅片表面会产生由于脆性断裂引起的微小蚀坑和裂纹, 随实验时间增加, 蚀坑和裂纹的数量增加且尺寸增大, 造成材料剥落; 几何形貌引起的粗糙度增加和表面沉积Au和DLC超薄膜引起的表面接触角增大, 都使得硅片的空化更易于发生, 从而加重了空蚀破坏程度.     

加工硬化材料裂纹尖端塑性区的位错分布

由于裂纹尖端塑性区的位错分布与材料的断裂密切相关,它引起了人们的极大兴趣。人们在处理裂纹尖端塑性区的位错分布方面已进行了大量的工作。最近,Ellyin和Fakinlede采用非线性的位错模型讨论了加工硬化材料的裂纹尖端塑性区的位错分布。但由这个模型得到的位错均为正位错,且位错分布函数D(u)随x单调变化,这和实验结果不一致。龙期威用修正的BCS模型讨论了线弹性裂纹尖端塑性带的位错分布,发现在裂纹尖端塑性     

赋存深度对岩石力学参数影响的实验研究

研究赋存深度对岩石物理力学参数的影响,对于认识深部岩体变形破坏规律,以及分析深部工程灾害事故机理具有十分重要的意义.通过在北京门头沟矿区大台井同一岩层进行现场取样,获得了赋存深度处于410~1010m的7个深度水平上的同一层玄武岩,将其加工成77个标准试件(其中单压21个、三轴35个、劈裂21个),借助MTS815和RMTS150岩石力学实验系统,分别进行了单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂实验,获得了玄武岩密度、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等基本岩石物理力学参数随赋存深度的变化规律.研究发现,统计意义上玄武岩密度、弹模、单拉强度、单压强度、黏聚力、内摩擦角随赋存深度的增大而线性增加,仅泊松比随深度增加而线性减小.另外,还简要分析了造成不同深度同一岩层物理力学参数差异的原因.