岩石的基本摩擦角及高压摩擦特性

岩石的摩擦特性直接影响到岩石的强度特征,目前岩石力学中几乎所有的强度理沦都通过C,φ值不同程度地考虑了摩擦的影响,甚至Griffith理论也需考虑裂纹面上的摩擦效应作适当修正才能很好地适用于岩石,此外,岩石摩擦还与地壳断层的稳定及粘滑等问题有密切的关系。     

黄土中活断层石英碎屑的SEM形貌特征

通过扫描电镜(SEM)观察断层泥中的石英碎屑的形貌特征,可以确定某一条断层的活动是以粘滑为主还是蠕滑为主,据此判别断层的地震活动性和工程地质类型。迄今为止,该方法主要用于研究基岩中的活断层。但本文的研究结果表明,只要正确区别黄土中的石英砂与黄土中断层破碎石英碎屑的SEM特征,尤其是鉴别出那些只有在断层活     

非均匀断层上的破裂传播及对震级预测的挑战

针对发震断层上的潜在地震开展震级和地表震动预测,对开展地震灾害区划、防震减灾等工作十分关键.由于断裂带本身的多种非均匀性,如断层几何、介质结构、应力的非均匀分布,准确预测震级面临着众多挑战.本文简要回顾了影响地震破裂传播及震级的因素,指出了应力分布状态、断层孕震带尺度、断裂带介质结构对破裂传播过程的影响.在非均匀应力分布下,震级对破裂起始位置(震中)具有强烈的依赖性,即震中-震级存在“测不准”关系,震中对破裂是否延伸到地表也有控制作用.走滑断裂带孕震带尺度(在倾向上的深度)对破裂是否发展为“逃逸型”大地震有控制作用.近断裂带的介质结构对破裂方向性、延展尺度都有显著影响.未来可通过密集地震台阵观测获取高分辨率断裂带结构,并结合实验室流变性质测量,推断发震断层的流变结构,为刻画可能发震的凹凸体提供支撑.针对震中对震级的影响,可以通过破裂动力学模拟,结合大地测量观测、地震学观测、实验室摩擦实验结果,进行数值实验,探索可能发生强震的震中区域,为野外观测提供参照.此外,动力学数值模拟结果也可以弥补大地震近场地表震动观测数据缺乏的不足,为开展基于地震物理过程的灾害区划提供参考.     

云南巧家段金沙江断错河谷

一、问题的提出 Wallace等人成功地将断错水系的概念广泛地应用于测定断层错距。在我国,丁国瑜等非常重视这一概念,并将其应用于研究中国的活动断层。这一概念认为跨越移动着的走滑断层的河谷、水系和山脊等地貌单元应当被该断层逐步错开,并形成一种显示断层错距的左弯     

相邻左旋走滑和逆冲断层之间的相互作用: 1976年松潘震群

根据前人研究所得1976年四川省松潘地震序列的震源参数, 构造了主要地震事件的断层模型, 并计算了该序列中主要地震引起的邻近区域内静弹性库仑应力变化. 计算结果显示, 松潘地震序列的余震主要集中分布在库仑应力增加的区域, 说明大地震较好地触发了余震. 计算结果还显示, 左旋走滑机制的1号地震(M_S = 7.2)引起逆断层性质的2号地震(M_S = 6.7)震源处库仑应力增加了约5 bar, 说明1号地震对2号地震有明显的触发作用. 3号地震也是左旋走滑型事件, 计算显示3号震源受到1号和2号地震的共同触发不太明显. 通过对右旋走滑断层和正断层理论模型的计算, 显示出相邻的右旋走滑断层与逆断层间存在较好的触发关系, 而平行走滑断层间的触发关系相对较弱. 对比松潘地震序列中3个大震的断层组合关系, 研究认为3号地震存在被触发的可能.     

超滑与摩擦起源的探索

摩擦消耗掉全世界约1/3的一次能源,磨损致使大约80%的机器零部件失效,每年因摩擦、磨损造成的经济损失约占国内生产总值(gross domestic product, GDP)的2%～7%.对于中国这样的制造大国,摩擦、磨损造成的损失占比较高.仅以5%计算, 2019年我国因摩擦、磨损造成的损失就可能达4.95万亿元.因此,如何减少摩擦、降低磨损是大家广为关注的问题,也是影响人类社会走向绿色、环保、有效利用资源和能源的关键因素之一.探索摩擦起源,实现超滑状态成为摩擦学研究的重大使命.超滑就是将摩擦系数呈数个数量级的降低,同时伴随磨损率呈数量级下降的一种新技术.本文重点介绍了我们课题组近期在超滑和微观摩擦能量耗散机制方面的研究进展,同时也对国内外相关研究进行了简要评述.     

岩石圈脆性断层作用力学模型

断层是岩石圈最基本的两类构造要素(断层和褶皱)之一。笔者阐述了岩石圈的应力状态,介绍经典的断层力学模型--Anderson断层模式,并分析了该经典模式的局限性。在此基础上,重点介绍最近提出的先存构造条件下的断层作用力学模型--“非Anderson断层模式”,并介绍该模型的砂箱实验验证以及应用前景。     

磷酸钙晶体成核的诱导时间研究

结晶成核作为一种自然现象,早已为人们观察和研究。Volmer和Weber基于Gibbs关于母相、新相和表面相平衡的概念,建立了最初的经典成核理论。长期以来,这一理论一直是人们借以分析结晶现象,研究核化过程的理论依据。近年来高技术的发展促进了成核理论和实验研究的复苏。因结晶是重要的分离和提纯手段,且成核过程可提供溶质输运、界面扩散、表面张力振荡等信息,因而它是发展生物结晶和空间生物技术,开展空间材料科学和微重     

金刚石在C60薄膜表面的气相成核

金刚石薄膜是一种性能优异的功能薄膜,比颗粒状金刚石材料有着更为广泛的应用领域,尤其是在光学和微电子学方面,因此近年来受到极大的关注。然而,在气相沉积金刚石薄膜中,金刚石在光滑非金刚石衬底表面难以成核。为了提高金刚石在光滑衬底上的成核密度,一般需要破坏衬底表面,使之布满宏观缺陷,如划痕、蚀坑等以提供成核点,或在衬底表面预沉积有助于金刚石成核的过渡层如DLC,β-SiC等。因此,寻找增强金刚石在光滑非金刚石衬底上成核的有效方法一直是近年来气相沉积金刚石研究的重要内容。最近,Meilunas等人发现Fuller烯中的C_(60),C_(70)作为过渡层可以显著提高金刚石在光滑Si衬底表面的成核密度。由于Fuller烯是一种新型的光学和半导体材料,因此,研究Fuller烯表面气相生长金刚石薄膜不仅为增强光滑衬底表面上的成核提供了一种新方法,更为重要的是有可能为金刚石薄膜和Fuller烯提供新的应用领域。     

HFC-134a致冷剂气体水合物结晶生成过程及RIN模型

通过对致冷剂HFC－134a气体水合物的结晶生成过程的宏观观测,结合Mori的微观观测图片,认为水合物是通过局部随机成核的,由已成核部分诱导临近区域而扩展至整个两相接触界面,提出随机诱导成核（random inducement nucleation)模型,呈现了计算机模拟结果,并研究了模型中的参数对生长维数的影响。     

格子Boltzmann方法在电流体动力学中的应用: 均匀电场中液滴的变形和失稳

均匀静电场中液滴变形问题是电流体动力学的重要基础内容, 用格子Boltzmann方法研究此问题是一个崭新的领域. 基于Peng等人提出的可以得到高液气密度比和低液相压缩性的单组分两相格子Boltzmann模型, 采用本文提出的液相和气相统一的介电常数与密度的关系式, 对均匀静电场中二维绝缘液滴在绝缘媒质中的变形问题进行了数值模拟. 结果表明, 本研究采用的方法可以很好地模拟出液滴形态变化及其规律, 特别是液滴的失稳射流现象, 并得到电场中绝缘液滴变形问题的重要特征参数——临界介电常数比和临界电场强度. 这些结果与相关的理论和实验符合较好, 表明格子Boltzmann方法在研究存在多相的电流体动力学问题上具有独特优势和很大潜力.     

利用不混溶流体包裹体作为地质温度计和地质压力计

一、非均匀系统和不混溶包裹体具有完全相同的物理化学性质的均匀相叫均匀系统,它为单相系。而组成部分有差別的系统叫非均匀系统,它们有的组成部分有边界可分称为复相系,有的无边界可分称为不均匀连续系。体系存在的状态由温度、压力、组分浓度和其它性质等物理化学条件而决定。如某一体     

断层的亚临界扩展和地震的孕育过程

断层的亚临界扩展,在浅源构造地震的孕育过程中,起着重要的作用。本文用流变介质中的Ⅱ型受压闭合裂纹作为断层的力学模型,研究了在不同受力情况下的断层亚临界扩展过程,进而分析了断层活动规律与地震的关系。如文献[1]中所述,对于断层扩展问题,可选用平板边缘受均匀剪应力τ_0作用的Ⅱ型裂纹作为理论模型。裂纹坐标为y=0,|x|≤a。ξ为以裂纹端点为原点,指向-x方向的活动坐标。     

碱性长石结晶动力学的高温高压实验

花岗岩－ＮａＦ－Ｈ２Ｏ体系中碱性长石结晶动力学的实验研究证明：在碱性长石结晶过程中存在成核延滞,在７００℃时延滞时间约１８ｈ,６５０℃时约６ｈ;碱性长石的成核速率和生长速率都随结晶时间而变化,即它们在整个结晶过程中并非常数。提出把成核延滞时间引入到成核速率和晶体生长速率计算公式中的新思路,并由此获得了较为可靠的成核速率和晶体生长速率。     

近垂直共轭断层在地震中的动态激活:来自2023年土耳其Mw 7.6地震的启示

地表破裂迹线、有限断层反演和余震分布均表明, 2023年土耳其Mw 7.6地震具有复杂的多段破裂特征,尤其在西侧存在一对在同震中被激活的近垂直共轭断层.根据经典断层力学理论,在均匀应力、脆性变形和小应变条件下,很难同时激活两个近垂直共轭断层.为了调查该现象,我们通过数值模拟二维情形下断层上的地震破裂过程和断层外介质的弹-塑性变形,来研究近垂直共轭断层在地震中的激活情况.模拟结果表明:(1)近垂直共轭断层在地震中并非同时被激活,而是在应力传递的作用下依次发生破裂,即二者间存在因果触发关系;(2)在一定夹角范围内,共轭断层均可能在地震中被动态激活,但具体的激活程度依赖于断层的几何构型和摩擦性质;(3)当前一个断层在交界处存在障碍体而非保持连续均匀时,与之成近垂直关系的后一个断层更容易被触发.这些结果从动力学角度为理解2023年土耳其Mw 7.6地震的主震破裂过程和余震分布提供了参考.由于在许多观测实例中(包括本次土耳其地震)后一断层的触发都发生在前一断层的拉张象限,我们推测正应力的动态释放在其中扮演了关键角色并且断层上的有效摩擦系数不能太低,从而不再需要援引高孔隙水压、低断层摩擦系数或者韧...     

R600a水平管内两相流型转换及摩擦压降特性

R600a作为天然工质,因其环境友好性和出色的制冷能力在欧美国家得到大范围推广,被用作可替换制冷剂之一.R600a两相流型转换和摩擦压降的精确预测对制冷系统的设计和优化具有重要参考意义.针对这个问题,开展了在内径为6 mm的水平管中R600a的两相流型以及摩擦压降的实验研究,实验工况为饱和温度282.4~304 K,质量流率范围67~194 kg/(m~2 s).实验中利用高速摄像仪,观察到塞状流(plug flow)、层流波动流(stratified-wavy flow)、弹状流(slug flow)、环状流(annular flow)4种流型,并绘制流型图,将流型图与文献中经典的I/A流型转换曲线进行比较.在综合考虑了气体惯性力、液体的黏性力和液体的表面张力对流型转换的影响,引入修正后的韦伯数We~*,提出了新的流型转换曲线关联式.同时基于环状流和非环状流的流型划分,对摩擦压降分区变化进行针对性的讨论,发现摩擦压降在不同的流型区呈现出不同的变化规律.将摩擦压降实验值与9种摩擦压降关联式进行对比,结果显示Gr?nnerud关联式和Muller-Steinhagen Heck关联式分别能够较好预测非环状流和环状流的两相摩擦压降.     

非均匀热流下R245fa/R134a两相流型及换热特性

针对有机工质在非均匀热流边界条件下的气液相变问题,基于质量分数配比为0.7:0.3的非共沸工质R245fa/R134a,建立了非均匀热流下10 mm内径水平管内的两相流动沸腾换热实验系统.实验工况为质量通量175～373kg/(m~2s),热流密度9.95～47.57 kW/m~2.利用高速摄像仪和图像处理技术,对观察到的泡状流、塞状流、分层流和环状流4种流型进行了灰度值分析,并分别绘制了非均匀加热和均匀加热时的流型图.基于流型分析了干度、质量通量、热流密度和饱和温度对两相换热系数的影响,并将实验数据与4种现有关联式进行对比.结果表明,在相同的加热量下,相比于均匀加热条件,非均匀加热条件下流型由间歇流转变为环状流时的初始干度更低;换热系数在低干度区随干度变化较小,而在干度较高的环状流区域随干度增大而增大.此外,换热系数随质量通量、热流密度增大而增大,而饱和温度对对流沸腾区换热系数的影响不大,对核态沸腾区有一定影响.在非环状流区域4种换热关联式的预测能力都表现较差,而在环状流区域SunMishima关联式的预测精度相对最高.     

非均质泥石流固液两相运动特征探讨

非均质泥石流是一种固体颗粒级配宽、容重变化大、流速分布不均匀的典型的固液两相流, 广泛分布于我国的西部山区, 表现出独特的固液两相运动特征. 基于非均质泥石流固液两相分界粒径的概念, 以Darcy公式和质量守恒定律为理论基础, 分别推求非均质泥石流固液两相平均流速表达式. 在此基础上, 根据云南省小江流域蒋家沟泥石流模拟实验数据及实测资料, 揭示了非均质泥石流固液两相运动特征. 蒋家沟泥石流实验与实测资料计算分析结果表明, 蒋家沟泥石流以临界容重2.234 t/m³为界限, 当泥石流容重低于、等于和高于该临界值时, 分别出现液相流速大于、等于和小于固相流速的3种情况, 由此可以分别揭示稀性泥石流、均质泥石流和稠性泥石流3种不同类型泥石流的运动特征. 研究结果为构建非均质泥石流动力学奠定了基础, 并对泥石流防治工程规划设计和预测预报泥石流灾害具有重要的现实意义.     

聚光型太阳能热发电系统非均匀辐射能流特性及解决方法的研究进展

分别对槽式、线性菲涅尔式、塔式、碟式4种聚光型太阳能热发电技术中的聚光集热系统内非均匀辐射能流分布特性及由此带来的问题和挑战进行了总结,重点回顾了针对非均匀辐射能流特性带来的问题所提出的解决方法的研究进展,包括作者团队近年来在该方面的相关研究.分析看出,吸热器内的太阳能辐射能流分布表现出强烈的非均匀性,不均匀的辐射能流分布必然造成吸热表面/吸热体内不均匀的温度分布,即出现过高的局部温度、过大的温度梯度.局部温度过高容易造成局部热斑烧毁、吸热涂层性能减退、传热流体变性劣化;温度梯度过大导致出现热应力热变形,容易造成吸热器关键部件的结构失稳破坏.接着指出,非均匀的能流分布之所以给聚光集热系统带来诸多挑战,其根源在于吸热器内均匀的吸热能力与吸热表面/吸热体内非均匀的能流分布之间不能相互匹配,进而导致吸热表面/吸热体出现不均匀的温度分布.据此,作者将现有的解决方法总结分类为两种途径:(1)优化吸热器的"吸热"能力,使之与非均匀分布的太阳能流相匹配;(2)均化"聚光"系统内吸热表面/吸热体内的太阳能流分布,使之吸热器内均匀的吸热能力相匹配.最后,本文提出了解决聚光集热系统内非均匀能流特性问题的思路:需要从"聚光"与"吸热"不匹配的矛盾入手,以"光热匹配"为原则对聚光集热系统进行优化,提高"聚光"过程与"吸热"过程的协同性.     

微孔晶体的晶化

从宏观和微观角度简要总结了微孔晶体晶化过程及晶化机理的研究,包括微孔晶体的成核与晶体生长(宏观角度)、晶化机理的主要观点、结构导向效应、研究微孔晶体晶化的主要技术手段及最新的研究思路和策略(微观角度).借鉴于致密晶体晶化行为的研究,微孔晶体的晶化过程分为成核与晶体生长两个阶段.在成核阶段,提出了晶核可以从液相(液相成核)、固相(固相成核)或固液相(双相成核)中成核,后被统一为"通用"成核机制.在晶体生长阶段,研究主要集中于生长模式.受制于当前较低分辨率和灵敏度的表征手段以及合成体系的复杂度,人们对晶体的成核与生长机制的认识还存在着极大的争议.在微孔晶体的晶化过程及晶化机理研究中,一项重要的内容是通过特定的表征手段确认在晶化过程中生成的小结构单元,包括色谱、电喷雾质谱、原位和非原位核磁共振、紫外拉曼光谱等.结合实验数据和理论计算可以确定一些单靠实验数据不能确认的结构单元.在微孔晶体的晶化过程中,结构导向剂起到了极其关键的作用.本文简要总结了结构导向剂的种类和导向的典型结构.最后介绍了新近提出的"反向进化"法,该方法可用于研究在晶化的早期阶段生成的小结构单元及晶化起点的结构.