断层端部裂纹扩展相似模拟试验及力学机理

基于相似理论制作符合实际地层力学性质的先存断层模型试件,分析在一定地应力条件下试件破坏过程;利用断层端部应力场理论,揭示先存断层构造产生相应破坏模式的机理。结果表明,随着载荷的增加,微裂纹逐渐发育扩展,扩展路径逐渐趋向于加载方向,在裂纹扩展的过程中会伴随产生多条分支路径,随后裂纹相互汇合贯通使试件破坏,利用断层端部应力场理论可以判定新产生的破裂方向,其与先存断层产生的主要破坏的角度具有一致性。      

细砂岩裂纹周围变形破坏过程及应变场分布

用扫描电镜实时观测研究了含不同方向预制裂纹的平板状砂岩试件中不同尺度上微破裂的萌生、扩展、集结和连通，以及形成宏观破裂的过程，对一些局部破裂现象进行了实时显微照相。在实验观测的基础上，利用数字图象相关程序对裂纹周围变形场进行了分析计算。研究结果表明：在裂纹开裂过程中，裂纹周围产生较强的应变集中带，其应变值远远超过单轴压缩试验中记录到的平均2％～5％的破坏应变值；而远离破裂带，应变量则低于2％～5％的破坏应变值，说明了岩石试件的破坏过程是一个非均匀的变形分布及传播过程。     

炭质页岩巴西劈裂载荷下破坏过程的时空特征研究

页岩在加载过程中的破裂时机及其空间位置研究对于页岩气探测及储层评价具有重要意义,为此开展了不同层理倾角条件下页岩的巴西圆盘劈裂载荷下的破坏过程试验,采用数字图像相关技术（DIC）,全程跟踪页岩裂纹萌生、扩展和贯通全过程的变形场实时演化特征,同时记录力-位移曲线,利用扫描电镜获得炭质页岩的破裂面特征及微观结构,采用宏、细观相结合的手段,研究不同层理方向炭质页岩微裂缝起裂时间、空间位置和扩展规律及其破裂机制。结果表明：页岩的巴西劈裂强度随层理方向与加载方向角度的增大而逐渐增大;随加载方向与层理面夹角的增加,裂缝萌生的时间逐渐增加,而裂缝从萌生、扩展到贯通所用时间逐渐减少。所有角度试件基本从试件端部萌生裂缝并沿层理面扩展,除90°试件外,不同层理倾角试样主裂缝破裂的位置逐渐偏离中心位置而向试件外侧发展。各角度试件主破坏类型存在一定差异性,除90°试件竖向主裂缝为张拉破坏外,随加载方向与层理面夹角的增加,各加载角度试件的主破裂模式从张拉剪切破坏逐渐过渡为剪切滑移破坏。     

含孔岩石加载过程的热辐射温度场变化特征

选择含圆孔岩石作为试样,利用单轴加载试验系统和红外热像仪,并结合数值模拟分析手段,对模型受力及破裂过程的热辐射时空演化特征进行了试验研究。结果表明：含圆孔岩石在加载过程中压、拉应力呈对称分布,导致热像的升温和降温区对称分布,即压应力区升温,拉应力区降温,应力场与红外辐射温度场之间呈很好的对应关系。试件加载后期发生破裂,破裂的性质与红外辐射温度变化有密切关系,剪性破裂辐射温度升高,而张性破裂辐射温度无明显变化。试件最终呈剪性破裂,而该区域的带状升温是岩石破裂失稳的重要红外前兆。试验结果再次揭示,利用热成像技术可以监测岩石的应力与灾变现象。     

孔隙水压作用下岩样加载破坏过程的数值模拟

应用自主开发的岩石破坏过程渗流与应力耦合分析软件F-RFPA^2D，通过对孔隙水压作用下岩石试件加载破坏过程的数值模拟，研究了孔隙水压力对岩石强度、应力-应变曲线和破坏模式的影响，再现了受压试件在孔隙水压力作用下破坏过程及其逐步演变的应力场和渗流场。结果表明，孔隙水压力对岩石变形、破裂过程及其破坏模式有很大影响。     

环境侵蚀下水泥土的强度及细观破裂过程分析

研究了环境侵蚀下水泥土的细观破裂行为,利用中国科学院武汉岩土力学研究所的岩石破裂过程细观力学试验系统,对在各种侵蚀环境中侵蚀一定时间的水泥土细观试件进行了一系列破裂过程试验,实时观察并用显微数码摄像系统记录了水泥土试件的细观破裂全过程,得到了水泥土的应力-应变关系曲线及其对应显微图像。研究结果表明,环境侵蚀后水泥土的细观破坏特征主要有两类,即弹塑性破坏和脆性破坏。细观试验是研究环境侵蚀下水泥土破坏过程的有效手段。     

岩石变形过程中红外辐射的实验研究

对岩石变形过程中产生的红外辐射进行了实验研究，实验表明：试件加载过程中，微破裂伴随产生红外辐射，微破裂愈强，所产生的红外辐射就愈强，在红外热像仪中显示图像就愈明显，这一现象的发现将对红外遥感技术用于岩石力学和岩土工程有重要意义。     

油气储层表征与随机建模的发展历程及展望

使用MEMS传感器及其配套技术,近源监测花岗岩样品的受压破裂过程。在岩样完全破裂前近360s的受压过程中,观测到四次微破裂相对集中发生。对岩样不同部位所记录到的微破裂产生的加速度及幅频特性进行了详细讨论。压机油泵产生的噪声在岩样内部的传递,可以很好地表征岩样内部物理状态的变化。预示MEMS技术在震源过程监测和微地震成像以及噪声成像领域有广阔的应用前景。     

水力耦合作用下含三维裂隙类岩石材料的破裂力学行为及声发射特征

水力耦合作用下裂隙岩体的破裂力学行为及声发射特征是关系到地下工程安全建设与灾变预测预警的关键问题。利用水泥砂浆材料及声发射技术开展了室内压缩破裂试验,研究了无水及水力耦合条件下含三维裂隙试件的破裂模式、力学特性、声发射特征以及水压和裂隙倾角的影响,分析了声发射信号主频特征随岩体破裂状态的变化规律。试验结果表明:随裂隙倾角增大,试件破裂模式经历了张拉为主-拉剪复合-剪切为主的转变过程;水压增大增强了试件张拉破裂模式,而剪切破裂模式在一定程度上被削弱;随水压升高,起裂应力、损伤应力和峰值强度均持续降低,水压对起裂应力及峰值强度的影响程度存在阈值(4 MPa);试件破裂过程中声发射撞击率变化呈现明显阶段性特征,从而为起裂和损伤应力判定提供了依据;试件不同破裂状态下的声发射信号呈现不同主频特征,相对高、中、低频波的主频值域区间具有非连续性,低频和高频信号占比与试件破裂状态存在对应关系,因此可为岩体破裂状态的预测预警提供参考信息。     

中国大陆科学钻探主孔2000米以上脆性变形构造应力场

在主孔2000米之内，存在复杂的脆性破裂系统和构造应力场。根据其充填物的特征，可划分为由石英、方解石和绿泥石等矿物充填的微破裂，发育石英、方解石等矿物薄膜或擦痕线理的微破裂和既无矿物充填、也无矿物薄膜的微破裂等3种不同类型的脆性应变现象，它们依次代表早、中、晚和深、中、浅3个不同构造层次的脆性变形。初步分析表明脆性变形阶段存在有以南东东-北西西向为主导的挤压作用、北东-南西向的区域挤压作用、南北向挤压作用和垂向伸展作用等4期构造应力场。郯庐断裂东侧的现代构造应力场在区域上具有极大的稳定性。在脆性和脆-韧性转换带，制约苏鲁高压-超高压变质带侵位的主导应力作用方式为自南东东往北西西方向的挤压，它在时间和空间上具有一定的稳定性。     

研究地基液化的新方法

介绍一种研究地基液化的新方法，利用地震时可能液化的土层的地面加速度，地下钻孔加速度及孔隙水压力方面的连续资料，通过计算处理，先后获得土层的水平位移反应，平均剪应变和有效应力，在此基础上，对平均剪应力－应变和有效应力路径历史作出评价，由此获得地震振动时有关地基液化过程的直接和有价值的资料。     

生物硅的测定及其生物地球化学意义

生物硅（BSi）指用化学方法测定的沉积物中的无定形硅含量。生物硅的含量与水体中初级生产息息相关。硅藻、放射虫、海绵骨针和硅鞭毛虫产生的生物硅是地球化学和古海洋学研究的重要参数。重点讨论了目前生物硅测定方法中的化学提取法，评述了提取过程中存在的一些问题，并对BSi测定的生物地球化学意义进行了讨论。     

The influence of stress history on the grain size and microstructure of experimentally deformed quartzite

Deformation of middle crustal shear zones likely varies with time as a result of the stress build-up and release associated with earthquakes and post-seismic deformation, but the processes involved and their microstructural signature in the rock record are poorly understood. We conducted a series of experiments on quartzite at 900 °C to characterize microstructures associated with changes in stress and strain rate, and to investigate the feasibility of carrying out grain size piezometry in natural rocks that experienced analogous changes. Differential stress (referred to simply as “stress”) was varied in two-stage experiments by changing strain rate and by stopping the motor and allowing stress to relax. The two-stage samples preserve a microstructural record that can be interpreted quantitatively in terms of stress history. The microstructure associated with a stress increase is a bimodal distribution of recrystallized grain sizes. The smaller grains associated with the second deformation stage accurately record the stress of the second stage, and the surviving coarse grains remain similar in size to those formed during the earlier stage. The transient microstructure associated with stress decrease is a “partial foam” texture containing a larger concentration of stable 120° triple junctions than occur in samples deformed at a relatively constant strain rate. Our results indicate that microstructures preserved in rocks that experienced relatively simple, two-stage deformation histories can be used to quantitatively assess stress histories.Grain growth rates during deformation are similar to rates observed in previous isostatic growth experiments, supporting theoretical approaches to recrystallized grain size, such as the wattmeter theory (Austin and Evans, 2007), that incorporate static growth rates. From an analysis of the experimental data for quartz recrystallized grain size, we find: 1) Recrystallized grain size quickly reaches a value consistent with ambient deformation conditions. We argue that this explains a good match between average grain sizes predicted by the wattmeter after complete recrystallization and the recrystallized grain sizes of the experiments. 2) The present formulation of the wattmeter overestimates the rates at which porphyroclasts recrystallize by as much as an order of magnitude, and 3) owing to problems with extrapolation of grain growth data for quartz, the wattmeter is not presently applicable to natural samples deformed at low temperatures. We present a simplified flow law for quartz, and suggest that the change in slope of the quartz piezometer at high stress (regime 1) is related to a switch to a linear viscous rheology.     

分子钟假说与化石记录

进化是整个生命科学研究的核心和灵魂 ,而早期的生命演化在生物进化过程中具有重要地位 ,是科学界研究的前沿和热点问题。基于生物的遗传距离所建立的分子进化速率 ,可用于进一步推测不同生物类群在进化历史上的分歧时间。这一间接时间数据可与化石记录所反映的直接数据进行比较。分子钟研究为探究早期生命演化提供了一个新的途径 ,不仅可用来对基于化石记录的传统结论加以验证 ,同时对于化石记录不完整的生物类群起源历史的推测具有特殊意义。然而 ,利用分子钟方法所得出的不同门类起源时间总是早于化石记录 ,因此分子钟与化石记录的矛盾仍十分突出。文中综述了基于化石证据研究后生动物起源、寒武纪生命大爆发及被子植物起源等早期生命演化的研究进展 ,介绍并分析、讨论了分子钟方法及利用分子钟研究早期生命起源时间问题及其与化石记录间的矛盾 ,同时认为古DNA的证据有利于分子钟的校正     

植硅体研究及其应用的讨论

植硅体是填充于高等植物细胞组织中的非晶质含水二氧化硅颗粒，记录了它所起源的植物细胞的特征，可以在土层或沉积物中很好地保存下来。通过植硅体的形态鉴定和确定组合带，可以恢复古植被、讨论植物群落演替，推断第四纪古气候环境及其变迁，指导地层划分对比。结合数学方法可以进一步计算出各种古环境气候的参数值，从而用以研究气候波动和发现气候事件，进行全球对比研究。在考古学、土壤学、农学和医学等领域，植硅体也得到了广泛的应用。     

Is the tilt of the Thames valley towards the east caused by a distal lobe of the Icelandic mantle plume?

Over the last 30 years, a growing body of research has shown that first-order control of the elevation of Earth's surface is exercised by thermal anomalies in the upper asthenosphere. One line of research is to test models and observations of mantle behaviour against the sedimentary record. A second line of research is to use the sedimentary record to further understanding of mantle behaviour. Here this second line of research is adopted: a particular hypothesis of mantle behaviour is tested against the Quaternary sedimentary record of the Thames valley, England. Schoonman et al. (2017) have proposed that a warm finger of mantle material extending from the Icelandic plume underlies southern England at the present day. That warm finger would represent the distal end of the influence of the Icelandic plume in this area, and would have advanced broadly from west to east, causing a progressive tilt of the surface of the Thames valley towards the east. The warm-finger hypothesis is supported by the evidence reviewed here. That evidence consists of two main sets of observations, both sets established beyond reasonable doubt by many researchers over many years. First, there is the progressive increase in elevation westward from the present-day coast of the North Sea of the 2.5–2 Ma shallow-marine Red and Norwich Crags. Second, there is the subsequent Quaternary record of progressive eastward tilting of the Thames valley shown in the river terraces.     

Work input for unsaturated soils considering interfacial effects

In this research, the interfacial energy is taken into account in the deformation work for unsaturated soils. Based on porous media theory, the thermodynamic balance equations for each phase and the interface are used to derive the work input for unsaturated soils. The work input equation serves as the basis and starting point for the choice of stress state variables, based on which the conjugate stresses and strain increments are derived. The influences of the interfaces on the effective stress and the constitutive law for the liquid phase are then discussed based on the work input equation. The effective stress can be expressed as Bishop's type, and the effective stress parameter is shown to be a function of both the degree of saturation and the interfacial area. The constitutive law for the liquid phase under dynamic condition is also presented. The relationship among interfacial area, saturation, and capillary pressure is proposed to calculate the value of the effective stress. Experimental data obtained from literature are used to validate the proposed model equations. Results show that our findings are in accordance with the existing research. Unlike the phenomenal study, our research has a rigorous theoretical basis, which lays a foundation for further research of unsaturated soils considering the interfacial effects.     

中国近2000年来气候变化石笋记录研究进展

哥本哈根气候大会的召开,使得近2 000年来的气候变化研究倍受关注。本文对气候变化石笋记录,尤其是我国近2 000年来气候变化石笋记录取得的主要成果进行了总结。已有研究的进展主要在于:发现在中国季风区石笋记录中存在近2 000年来的一系列气候事件,并对其进行了高分辨率重建;对地区热月温度进行了年分辨率的重建,以及通过集成研究发现了"环流效应"等等。但以往的研究仍存在石笋古环境代用指标机理、年代学以及区域代表性石笋记录研究不够等问题。为此,文中提出了加强年际分辨率氧同位素古环境机理,特别是大气降水到石笋的一整套迁移变化过程的研究,以及与其他古环境代用指标的响应机理进行综合研究,加强近2 000年来石笋年代学研究和加强区域性代表性石笋记录研究等建议。     

冰川沉积物成因确定的一种新方法

冰川沉积物的成因鉴定一直存在争论,尤其是体现在讨论第四纪冰川沉积物的成因确定问题方面,传统地质学从冰川沉积物的沉积学和地貌学特征方面来讨论其成因受到了挑战,本文试图从沉积砾石中寻找与冰川成因直接相关的应用信息,进而提出用砾石的声发射应力测量法确定其冰川成因的新认识,首先对现代冰川砾石进行声发射应力测量,将此测量值丙与 石所受的实际铅直应力值比较,研究显示二者对应很好,说明冰川砾石是能够记忆上覆冰层所造成的应力,其次,无争议的第四纪冰川砾石亦具有对应的应力记录,最后讨论了有争议的庐山地区第本四冰川沉积,研