地球自转速率变化引起的全球应力场

本文用有限元方法计算了地球自转变化引起的全球应力,包括离心惯性力和纬向惯性力引起的应力。离心惯性力变化引起的应力其主方向为SN向和EW向,应力的大小随着地球自转角速度的持续增加而积累,其量级可能达到几十到几百兆帕或更大。纬向惯性力引起的应力,在均匀地球的情况下,主应力方向为NE向和NW向。在地壳厚度按一定规律分布时,应力场的分布沿EW方向具有分带性,并且与全球大洋中脊的分布有对应关系,但应力幅度很小。      

地壳运动整体观论纲

本文在全面讨论了构造体系与全球运动场、板块构造与旋转扩张、断块构造、镶嵌构造、地洼说与地球自转、构造迁移的方向性及地球水圈、气圈和生物圈的运动规律以后,提出了地球动力系统统一观,并进一步论述了包括重力、热力、离心惯性力等在内的地球动力系统中,地球自转和自转速度不均衡乃是发动地壳运动的主因,而地球整体的运动和变化,又受着天体活动的影响。
本文纲要性地指出,地壳上各种地质现象与相关的自然现象是一个有联系的整体,受控于地球整体的运动系统。      

同步耦合断裂及其动力学依据

通过对地球自转速率变化推动构造运动的可能性以及地球自转角速度变化的原因和依据的讨论，提出地球自转惯性力差是决定板块相对运动趋势的主要动力学因素之一，揭示了加速期和减速期经、纬向构造之间的分布规律性，认为经、纬向构造之间的耦合关系是一种客观存在，同步耦合断裂就是由地球自转速率变化所反映的动力学状态决定的。同时，笔者对同步耦合断裂概念及耦合区构造组合的研究意义进行了探讨。     

地球公转自转与地壳动力学

经典力学是有相对性的,但在地球公转自转力学和地壳构造动力学的研究中有一定可用性。地球的公转和自转是地壳构造应力的天体力源,在此力学体系中的岩体力学基本方程还须做重要改进或重建。     

内蒙古东南部中生代构造应力场的多次转换及动力机制探讨

通过对内蒙古东南部中生代地质构造特征的综合研究,将该区域内中生代构造应力事件划分了8个阶段。构造应力场的压、张应力交替变化,此起彼伏,此消彼长,反映出地壳存在着弹性运动。地壳的发展历史就是在弹性运动过程中不断调整平衡,在调整平衡过程中形成了各种建造和构造。其动力主要来源于地球自转造成的地应力变化。      

地球自转与地质体系论

本文对比分析了各大地构造学说的特点,认为在地球的各种运动形式中,最重要的是地球的自转。地球在其运动中由于向心力和离心力联合力场作用的结果而形成各个圈层,地球表面形态和各圈层的物质在其旋转过程中发生不同形式的运动,而出现各种地质构造现象及相关的自然现象,诸如大气的流动、海水的进退、岩石的形变、地幔物质运动、各层圈物质交换与变化等等。在地球发展演化过程中,地壳的结构和构造也发生了一系列的变化,板块、构造体系、地槽、地洼、断块、大地波浪等大地构造形迹都是由于地球自转中地壳运动的结果。各种地质现象相互联系的总体,称之谓地质体系。     

开合旋构造体系及其形成机制探讨:兼论板块构造的动力学机制

开合构造总体上可以表述为:地球膨胀为开,收缩为合;垂向上地球物质离心(地心)运动为开,向心运动为合;水平方向上地球物质相背运动为开,相向运动为合。从驱动机制角度,我们把以热力(热能)为主体驱动的上浮物质运动定义为开;将重力(势能)为主体驱动的下沉物质运动定义为合。因此,开与合是一个高度综合的概念,具有广阔的内涵,开合运动是联系一切地质运动和地质科学的纽带。开合运动具有同步统一性,即垂向的开在水平方向也表现为开;垂向开得强烈,水平方向同样开得强烈,反之亦然。地球刚形成时诸多开合构造是无序的,地球的旋转运动统领地球上所有物质、能量、运动和大大小小的各种开合构造于旋转运动中,并将它们调剂到有序状态。简言之开合构造体系是开合旋运动长期作用下形成的不同时期、不同层次、不同级别的开合旋回组成的动态平衡构造体系。本文总结了地球开合旋构造体系物质组成、结构构造特征和规律,建立了开合旋复杂构造体系简要模型。提出平衡体系的形成机制是开合旋运动遵循地球重力均衡准则、最小内能原理(结晶化)、几何淘汰生长(垂直地心生长)和物质均匀化四条自然演化规律,其中重力均衡准则是主导的。由于地质事件(构造运动)在破坏开合旋平衡体系的同时,经常直接或间接向体系内输入新能量,往往使新的旋回比老旋回的结构构造更符合地质演化的自然规律,于是使地球显得更强大而有活力。这一次又一次的地质事件(构造运动)是开合旋构造体系螺旋式向前发展的动因。本文最后用开合构造观点探讨了地球的形成和演化,分析了板块构造运动的动力学过程。     

东亚大陆今后50年大震趋势动力学预测

用地震动力学研究已发生地震的时空分布及迁移规律与动力的关系,并将这种关系顺时间轴向未来进行外延,是探讨今后一个历史时期内地震活动趋势的重要方法。东亚大陆大震频度随时间分布的间歇性和升降规律、大震空间分布的纬向性和活动带走向、以及大震在各活动期中的迁移方向,都与地球自转角速度变化状态有关。因之,根据地球自转角速度随时间变化观测曲线进行拟合外延,外推得出今后的各种地球自转状态,可求得今后50年东亚大陆大震的活动趋势(大震活动高低潮时期划分和各期活动水平升降变化规律、频度沿纬度的分布各时段活动带的走向和危险地段、以及各危险时段中大震的时空迁移方向)。     

试论矿田断裂地球化学

构造地球化学这株刚萌芽的幼苗正以其强大的生命力引起国内外地质工作者的重视.构造地质学是研究地壳运动规律的科学;地球化学则是研究组成地壳的化学元素——原子运动规律的科学.十分明显,这种宏观的岩块、地块的运动与组成它们的基本单位——原子的微观世界的运动之间必然存在着密切的内在联系.我们可以看到,世上的超基性岩都沿深断裂带分布;火山岩都出现在地壳的某些活动区;与岩浆活动有关的内生金属矿产大多和地壳一定的构造带息息相关,如智利、赞比亚和乌拉尔的铜矿带和我国南岭的稀有-有色金属矿带部是引人注目的例子.即使在一个矿床的形成过程中,不同的构造阶段亦常有不同的元素富集,而且这种构造-岩浆-矿液的发展演化往往具有十分明显的规律性.这些现象并非偶然的巧     

流体地质作用的构造效应

许多事实证明，在地壳及地球深部存在着大量的流体，它们以气体、液体、熔融体等形式存在于地球内部不同深度处。这些流体的活动在地壳及岩石圈运动演化过程中扮演着十分重要的角色，其作用贯穿于地壳与岩石圈运动演化的全过程，地球表面形成的各种构造与流体作用的参与有着密切的联系。     

论地质科学中全球变化研究的方法

文章借引用与大气和海洋全球变化有关的研究方法论述了与地质科学有关的全球变化问题。为使地质上的全球变化研究有一个理论依据，首先从数学上划分了自然中的对流与结构。银河系中星云旋臂相对星云星座为结构。太阳系中行星绕太阳的线速度随离太阳的距离均匀递减相对行星的自转是一种结构。在地质上，大陆板块好比是一种结构，而山系就是所谓的对流。结构是分层次的，对流是相对确定层次下的结构而言的。我们通过对银河系、太阳系以及地球大气、海洋和固体地球中结构的描述，就会发现在确定的层次下结构可以用线性动力学的方法描写。文章分析了宏观地质结构形成的力源问题，认为圈层角动量交换应力和地转偏向力的共同作用可以从量级上解释大陆的漂移及其漂移的方向性。最后，对地球科学全球变化研究的前景作了初步的探讨     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生内核快速旋转的主要原因。科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂移；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生大规模的水平运动——圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１°。对于一个内核差异旋转的地球，太阳辐射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期与地质旋回的一一对应关系。地球轨道和太阳轨道的全球变化响应，为太阳辐射量变化控制地球内能释放提供了证据     

平动模式下挡土墙非极限主动土压力

针对平动模式下墙背倾斜的挡土墙,假定墙后所形成的土拱为圆弧形,建立位移同内摩擦角、外摩擦角的非线性函数,并考虑土层间剪应力作用,通过水平层分析法,得出了挡土墙平动模式下非极限主动土压力分布、合力、作用点高度的解答,其解析解与试验值较其他方法吻合得更好,验证了该方法的合理性。结果表明：是否考虑土层间剪应力,土压力的大小均随墙体位移的增大而减小,不会影响土压力合力大小,仅影响土压力的分布,且考虑剪应力作用的土压力在墙体上部较不考虑剪应力要小,下部反之。剪应力对土体起阻碍作用,随内摩擦角的增大,剪应力出现先显著增大后略微减小的状态;随外摩擦角、位移的增大,剪应力增大;随着墙背倾角的增大,剪应力先减小,再反向增大,土压力随之增大。同时考虑土拱效应与剪应力所得出的合力作用点高度介于仅考虑土拱效应与库仑解之间。     

石笼挡土墙的颗粒离散元细观力学模拟研究

针对在施工过程中,石笼挡土墙墙面位移的发展、墙背填土中土应力的变化的问题,从细观层面,采用基于离散单元法的颗粒流程序,通过多组试件的模拟压缩试验,确定了填土、填石、石笼等材料合理的力学参数值,以工程中的实体石笼挡土墙为原型,建立了墙背阶梯式石笼挡土墙数值模拟模型。通过在填土表面施加均布荷载,研究了挡土墙的力学行为。模拟结果显示：填土中的水平应力随深度的增加对均布荷载的敏感性降低,填土深度越浅,应力值越早得到增加,增加幅度越大,这主要是由于石笼挡土墙上部发生了较大的位移,均布荷载的作用大部分消耗在上层填土中,仅有小部分能量传递到较深填土;石笼挡土墙变形主要发生在填土阶段,应加强石笼挡土墙填土阶段的施工管理;无论是在填土阶段,还是均布荷载作用阶段,石笼挡土墙墙面的位移值均是中上部较大,下部较小。由此可推断,墙背阶梯式石笼挡土墙的破坏形式为倾覆式。     

The elastic distortion problem with large rotation in discontinuous deformation analysis

Conventional discontinuous deformation analysis (DDA) results in a change of block volume, which is known as free expansion, during rotation calculations because of the use of a linear displacement function to simulate the behavior of a block with a rigid body and elastic behaviors. This study demonstrates that the linear displacement function also generates unsolved elastic distortion, especially when the block undergoes large rotation in each calculation step. The distortion disturbs the contact judgment in the open–close iteration and update calculations of vertex coordinates, stresses, velocities, etc. at the end of each calculation step. A new procedure follows the flow chart of the original DDA, but it adopts additional codes for the coordinate-transformation calculations in vertex coordinate, stress, and velocity updates. When the vertex coordinates are updated, vertex displacements caused by strains are calculated before involving the block-rotation term in the displacement function to mitigate the elastic distortion. In addition, new codes compile formulas to transform stresses and velocities with block rotation. The new DDA ensures the correctness of rotating elastic calculations to solve practical falling rock problems with a large rotational angle in each calculation step.     

盾构隧道抬升作用下极限上覆土压力计算方法

注浆抬升技术是盾构隧道不均匀沉降治理的有效措施之一,但目前尚存在隧道抬升过程上覆土压力计算困难而无法估算抬升引起的隧道受力变形的问题。利用透明土结合PIV观测技术设计研发了模拟盾构隧道抬升的小比尺室内模型试验系统,通过试验获得了隧道抬升过程极限上覆土压力及上覆土速度场,根据上覆土的剪切滑移特征将上覆土分成了4个不同的运动区域,进而结合相关联流动法则,提出了隧道抬升作用下极限上覆土压力计算模型,并基于虚功平衡方程,推导了极限上覆土压力计算表达式。将计算所得的极限上覆土压力值与试验结果进行对比,两者有较好的吻合度,计算误差在4%～15%之间。     

全球构造运动与地球自转相关性的新证据

近20年来,国际地学界不同领域的学者应用多种先进的手段与方法,对现今地球各圈层的水平运动分别进行了长期观测与研究,揭示出地球不同圈层水平运动的基本规律,为全球构造运动与地球自转的相关性提供了新的重要证据。
对地球不同圈层水平速度矢量场的对比分析发现,现今地球各个圈层均存在速率量级不同的总体西向运动的特征,不同圈层的水平运动速度矢量场具有高度的相似性,且与地球自转密切相关;在中低纬度地区,各圈层西向速度矢量居主导地位;在中高纬度地区形成一些东向回流;速率大小与纬度存在统计相关关系,纬度愈小,速率愈大;岩石圈稳态水平运动速率在纬度φ=0°与φ=35°呈极大值。      

考虑坑壁位移和土压力方向的直撑力学特性

鉴于基坑支护中常见的直撑设计一般都没有考虑基坑位移和土压力的变化,总结了土压力和基坑位移之间非线性关系的研究现状,分析了随坑壁转动时土压力大小和方向的变化规律。在此基础上,推导了直撑轴力和坑壁位移之间、以及直撑纵向变形与坑壁位移之间的数学关系式。结合工程实例,进一步研究了直撑轴力和变形随基坑初始位移、支撑点、土压力作用点、土体与挡土结构间摩擦角等因素变化时的发展变化规律。研究表明,直撑轴力及其变形随基坑位移、支撑点高度、土体与挡土结构之间摩擦角的增加而减小,随土压力作用点高度的增加而增大,与基坑初始位移值基本无关。