Recent progress in studies on the nano-sized particle layer in rock shear planes

Since the 1990s, an ultramicro-particle texture in nano- or micron-sized scale has been continually found in shear planes of various rocks, and recently further progress was made in generic physical mechanisms. In this article, the characteristics of the nano-sized particle layer in rock shear planes (including widespread distribution, layering texture, non-linear genetic mechanism, and multiple functions) on an ultra micro-scale were briefly introduced and more information was obtained by analyzing cases from home and abroad. Our findings suggest that (1) there is a paragenetic relationship between the development of shear frictional-viscous and the formation of nano-sized particles, and (2) in the shear movement, partitioning, segregating, and layering in rocks are initiated by the sliding motion of the nano-sized particle layer. Moreover, the plastic rheology of rocks is essentially the movement of ultra-micro-sized particles (nano-size and micro-size), and the nano-sized particle layer in rock shear planes is characterized by some particular physical and chemical effects.     

Recent progress in studies layer in rock on the nano-sized particle shear planes

Since the 1990s, an ultramicro-particle texture in nano- or micron-sized scale has been continually found in shear planes of various rocks, and recently further progress was made in generic physical mechanisms. In this article, the characteristics of the nano-sized particle layer in rock shear planes （including widespread distribution, layering texture, non-linear genetic mechanism, and multiple functions） on an ultra micro-scale were briefly introduced and more information was obtained by analyzing cases from home and abroad. Our findings suggest that （1） there is a paragenetic relationship between the development of shear frictional- viscous and the formation of nano-sized particles, and （2） in the shear movement, partitioning, segregating, and layering in rocks are initiated by the sliding motion of the nano-sized particle layer. Moreover, the plastic rheology of rocks is essentially the movement of ultra-micro-sized particles （nano-size and micro-size）, and the nano-sized particle layer in rock shear planes is characterized by some particular physical and chemical effects.     

颗粒排列角度对砂土剪切特性的影响试验

为了探讨不同砂土颗粒排列角度可能引起砂土剪切特性变化这一工程问题,选取日本标准砂(丰浦砂)土样开展相关研究.通过可以改变砂土颗粒排列角度的特殊矩形容器来实现不同砂土颗粒排列角度的设置,并采用真空预压方式制备试验土样;利用全自动单剪直剪仪进行直剪试验,并采用不同的竖向压力模拟不同深度土层所受上覆土层的压力,探究不同砂土颗...     

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明：(1)钙质砂的抗剪强度和内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下,颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。(2)粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。(3)颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。     

高温超导体的核磁共振最新研究进展

核磁共振作为一种重要的谱学研究手段,在高温超导体的机理研究中发挥了极其重要的作用.近年来,随着新型铁基高温超导材料家族的发现以及基于强磁场下核磁共振技术的发展,相关高温超导方面的核磁共振研究也有了许多新的进展,这些工作对高温超导电性的机理研究起到了积极的推动作用.本文将就核磁共振技术在铜氧化物高温超导体和铁基高温超导体这两大类高温超导材料中的若干最新研究进展进行一个有针对性的概述和梳理,希望对后续高温超导电性的机理研究以及材料探索能起到一些启示作用.     

基于剪切波速与含水率的抗剪强度测量方法*

抗剪强度是土的重要特性。根据剪切波速与抗剪强度关系提出了一种基于剪切波速与含水率的抗剪强度可实现野外长期现场测量的方法,并设计了实现该方法必要装置,对实验土样建立了剪切波速-含水率-抗剪强度模型,将模型与实测数据比较,证明该模型可以满足测量需求。     

破裂岩石注浆固结体的剪切力学性能研究进展

 破裂岩石注浆固结后形成的岩-浆-岩结构面呈现较强的剪切力学特性，且其剪切强度及稳定性是衡量注浆加固效果的关键性指标。基于科学研究的常用方法，从3方面阐述了国内外破裂岩石注浆固结体的剪切力学性能的研究进展：注浆固结体剪切力学性能试验研究，包括剪切强度、刚度及蠕变等性能；注浆固结体剪切强度预测模型研究，主要为理论计算模型和经验模型；注浆固结体剪切变形破坏数值研究，涉及有限差分法、有限单元法和离散单元法等。总结分析了目前破裂岩石注浆固结体剪切力学性能研究存在的主要问题，提出应加强注浆固结体的剪切蠕变性能、长期稳定性以及具有普适性的剪切强度预测模型的研究，以完善注浆加固机理和注浆加固强度强化理论。     

高分解度泥炭土直剪抗剪强度特性及机理

基于大量室内压缩-直剪联合试验结果,系统分析了取自昆明市和大理市3个不同场地典型高分解度泥炭土的直剪抗剪强度特性及机理。试验结果表明:固结快剪、快剪和慢剪所得泥炭土的剪应力~剪切位移关系曲线表现出不同的形态;固结快剪和慢剪时,随着法向应力的增大,剪切变形从塑性变形转变为弹塑性变形为主;不同法向应力下,快剪的剪切变形均以塑性变形为主。高分解度泥炭土抗剪强度包线近似为相交的2段不同斜率的直线;固结快剪和慢剪抗剪强度包线转折点对应的法向应力σs约为200 k Pa,快剪时σs约为100 k Pa。通过分析泥炭土固结压缩变形特性并建立压缩-剪切微结构模型,分析了其抗剪强度来源及演化机理。机理分析表明:随着法向应力增大,高分解度泥炭土经历了从多孔隙状态至相对密实状态的转变,导致其抗剪强度及抗剪强度参数发生相应改变。     

水—岩(土)化学作用对岩土体抗剪强度影响研究的回顾与展望

岩土体抗剪强度对边坡稳定性有重要影响,作为边坡失稳与否的最直接评价指标,对其研究具有重要的理论和现实意义。综述了三十多年来水-岩(土)化学作用对岩土体强度影响研究的发展过程,指出目前的研究主要集中在化学溶液对岩土体力学性质及微细观结构的影响方面,但取得的认识程度较低,尤其在水-土化学作用方面。根据现阶段研究状况,提出加强对土体抗剪强度本质的研究,深入探索内摩擦角物理本质、黏土矿物黏聚力本质及其变化机理,建立具有普适性的定量计算模型。并基于水土化学反应动力学,实现土体黏聚力预测。此外,水-岩(土)化学作用是各类地质灾害发生的内在因素,有必要在岩土体抗剪强度变化本质研究的基础上,开展抗化学风化研究,减缓强度衰减速度,以减少或延缓地质灾害的发生。     

颗粒形状对钙质砂最终级配影响的试验研究

为探究颗粒形状对大剪切应变条件下钙质砂最终级配的影响,采用环剪仪和Morphologi G3对取自我国南海的钙质砂进行了一系列环剪试验和颗粒形状分析。试验结果表明:钙质砂在剪应力作用下发生颗粒破碎导致其级配变化,当环剪的剪应变达到50 000%时,钙质砂级配趋于稳定;级配稳定的钙质砂试样被替换成未发生过破碎的相同级配钙质砂试样后,由于替换前后颗粒的形状不同,导致试样在剪应力作用下继续发生颗粒破碎,试样重新稳定时颗粒级配分形维数相较于原稳定状态时的分形维数有一定程度的增加。     

固结煤矸石抗剪强度特征试验

依据现场大型剪切试验和室内直剪试验,研究了固结煤矸石的抗剪强度特性。试验剪应力-剪位移过程曲线表明,一定含水率条件下的固结煤矸石呈现明显的粘塑性体力学特性。以现场大型剪切试验煤矸石作为试样配料进行了室内直剪试验,分析了含水率和密实度对良好固结煤矸石试样剪应力-剪位移试验曲线以及抗剪强度参数的影响,在此基础上探讨了试样内煤及其它细颗粒的状态变化对固结煤矸石抗剪强度的弱化作用机理,最后对比分析了现场大型剪切试验抗剪强度参数值和室内直剪试验抗剪强度参数值的差异及其产生的主要原因。     

Effect of nano-sized precipitates on the crystallography of ferrite in high-strength strip steel

For strip steel with the thickness of 1.6 mm, the yield and tensile strengths as high as 760 and 850 MPa, respectively, were achieved using the compact strip production technology. Precipitates in the steel were characterized by scanning and transmission electron microscopy to elucidate the strengthening mechanism. In addition, intragranular misorientation, Kernel average misorientation, and stored energy were measured using electron backscatter diffraction for crystallographic analysis of ferrite grains containing precipitates and their neighbors without precipitates. It is found that precipitates in specimens primarily consist of TiC and Ti₄C₂S₂. Ferrite grains containing precipitates exhibit the high Taylor factor as well as the crystallographic orientations with {012}, {011}, {112}, or {221} plane parallel to the rolling plane. Compared with the intragranular orientation of adjoining grains, the intragranular misorientation of grains containing precipitates fluctuates more frequently and more mildly as a function of distance. Moreover, the precipitates can induce ferrite grains to store a relatively large amount of energy. These results suggest that a correlation exists between precipitation in ferrite grains and grain crystallographic properties.     

共面磁场中两平行平板间层流稳定性吸引域半径的研究

考虑一水平方向无限的夹层，夹层中充满均匀的不可压缩的黏性导电流体，其中与流体相邻的介质是不导电的，并且夹层处于共面磁场中。文献[4]和[5]通过定义不同的广义能量泛函对该问题的层流解的非线性稳定性进行研究，并分别得到了层流解条件稳定的充分条件，本文通过比较这两篇文献中不同广义能量泛函下稳定性吸引域半径的大小来比较不同广义能量泛函的优劣。吸引域半径对比结果表明，共面磁场会导致文献[4]中的吸引域半径减小，但不会影响文献[5]中的吸引域半径。     

Influence of Soaking Effects to the Shear Strength of the Colluviums on Mt. Da-Lum

Landslide of colluviums often occurs during or after heavy rainfall because the huge quantity of precipitation induces the upsurge of groundwater table as well as the reduction of effec-tive stress of soil stratum and the factor of safety from slope sta-bility analysis. Moreover,the longer duration of heavy rainfall maintain the higher groundwater table,the shear strength parame-ters may be decline due to the soil being soaked for longer period of time. The campus of Huafan University is mostly covered by colluviums that located on Mt. Da-Lum,Shih-Tin Hsiang,Taipei County,Taiwan,China. Slope stability is one of the major con-cerned issues,for this reason,a slope monitoring test site has been established around the campus. According to the data collected,the magnitude of slope movement influenced by rainfall can be observed. In this study,the colluviums samples are collected from the campus of Huafan University and direct shear tests are per-formed to obtain the shear strength parameters of the remolded soil samples that soaked in the water for various periods of time,i.e. 0,1,2,3,5 and 7 days respectively. From these tests,the change of the shear strength and slope stability of colluviums with respect to the soaking time of soil has been further understood.     

基于能量法则计算黏性土不排水抗剪强度的方法

基于BoltonWhittle建议的能量法则表达来推求土体不排水抗剪强度力学参数,结合孟加拉某工程场地的剑桥型自钻旁压试验成果,计算不同深度的黏性土的不排水抗剪强度值。采用MarslandRandolph提出的分析方法获取该值,对比可知2种方法的计算结果极其相近,验证了基于能量法则的表达推求土体不排水抗剪强度指标的可靠性,且可认为旁压试验成果曲线扩孔压力-对数剪切应变曲线塑性部分的拟合直线斜率即为不排水抗剪强度,截距即为极限压力值。通过基于剑桥型自钻旁压试验和不排水抗剪强度理论计算表明,剑桥型旁压试验及该理论计算方法适宜于用作确定黏性土的不排水抗剪强度。     

固结作用粘土与重塑土剪切破坏特性实验研究

实验材料和配比对模型实验规律影响很大,配制合理的强度参数和选取准确的材料配比是至关重要的。利用直剪实验装置,研究固结条件下黏土与重塑土剪切破坏特性,得到不同材料和配比试样剪切破坏特征及对剪切强度参数的影响规律,确定合理的抗剪强度参数材料配比,为进一步研究模型实验规律提供科学依据。     

CFRP组合加固改善高强混凝土方柱抗剪性能试验研究

利用低周反复荷载试验手段,研究了4种不同CFRP(carbon fiber reinforced polymer)布加固方式(横向包裹CFRP布、横向包裹CFRP布和植螺栓杆组合,以及横向包裹CFRP布和宽、窄夹板组合)对高强混凝土柱抗剪性能的作用.通过分析以上4种不同加固方式对试件的延性、塑性铰转动能力,以及刚度退化等方面的影响,得到如下结论:4种加固方式均可改善抗剪不足高强混凝土方柱的抗剪性能,有效提高试件的变形能力,其中横向包裹CFRP布和窄夹板组合加固方式加固效果最好;同时,在试验基础上提出适用于高强钢筋混凝土柱的刚度退化模型,并与试验结果进行比较,发现试验结果与模型吻合较好.     

水平碳粒填充床上方气体热辐射对阴燃影响

利用分区法计算了水平碳粒阴燃床上方气体层内的辐射换热。计算结果表明：气体辐射因素对阴燃烧转变成明火的影响较大,尤其对出现明火后的气体温度分布影响很大,而对填充床内的阴燃传播影响较小,因此,当仅考虑填充床内的阴燃传播时可不计填充床上方的气体辐射体因素。     

基于一种新强度理论的非饱和土边坡稳定性分析

非饱和土强度及其边坡稳定性一直是工程界和理论界的一个重要课题.Bishop和Fredlund提出的抗剪强度公式虽被广泛接受,但应用工程仍存诸多不便.针对于此,作者提出了一种有效应力与土水特征曲线发展成的一种新的非饱和土强度公式.该公式不需多组的非饱和土剪切试验,便于工程应用.基于此强度公式,采用VB语言,结合Bishop法,编写了非饱和土边坡稳定性的计算程序,讨论了强度分层的影响,还分析了裂隙对非饱和土边坡稳定性的影响.研究结果表明,对于膨胀土边坡,强度的分层是合理的,也是必要的.     

佳禾沟泥石流堆积物的粒度与强度关系分析

佳禾沟位于云南省维西县中路乡佳禾村,历史上曾多次发生不同规模的泥石流,并造成了人员伤亡和财产损失。通过对沟道流域沿线不同位置取样,用泥石流颗粒标度分析法并结合强度实验,发现佳禾沟泥石流松散堆积物的颗分参数μ与P(D_2)之间存在线性关系,这说明μ影响了泥石流的启动;物源区中的细颗粒的迁移、上游泥石流部分物质的随机性停歇和沟道支沟和主沟陡坡物质的随机性补给导致了颗分参数(μ,D_c)的波浪式发展。黏聚力c与μ之间的关系为线性关系,c随着μ的增加而增加。这说明细颗粒的组成控制了黏聚力c的大小,因此推断黏聚力受到细颗粒之间的胶结作用和静电作用等因素的影响。内摩擦角φ与Dc之间的关系为负线性相关,而φ随着D_c的增加而变小,粗颗粒决定了φ的发展。因此,在相同条件下,较大的μ和较小的D_c组合的土体,其强度较大;这从定量的角度上验证了颗粒级配与土体强度的关系。以上结论是否适用于其他流域需进一步验证。此外,还应结合颗粒形状,土动力学,渗透理论分析泥石流发生机理。