3D打印技术在岩石物理力学试验中的应用

3D打印技术在岩土工程领域的应用还处于初步探索阶段,但其可重复制造含复杂内部结构的试样是常规室内试验无法实现的。现阶段制约3D打印技术在岩石物理力学试验中应用的主要因素在于3D打印试样强度偏低,延性较强。初步探讨了3D打印后干燥时间、打印胶水浓度对试样强度的影响,在此基础上提出了最优化打印方案,使打印试样在强度和脆性方面均有很大提升;通过改变打印方向模拟了天然层状节理岩石的各向异性特征。研究结果表明,随着打印倾斜角度的增加,3D打印试样的单轴抗压强度先减小后增大,呈"U"型变化趋势,抗拉强度也随打印方向的改变出现明显的各向异性特征,这与天然层状节理岩石相关研究成果相似。研究成果可为3D打印技术在岩土工程领域的推广和室内试验研究提供参考。     

地矿行业3D打印技术的应用现状

随着地矿行业大转型的发展趋势,三维业务的需求日益增长。3D打印技术近年来蓬勃发展,作为新的应用切入点,相较于传统的制造工艺,更适用于制造精细、复杂、异形、多彩以及一定强度的地矿行业三维模型。通过国内外多项打印技术的对比,认为SLA、FDM、3DP、PolyJet等4类技术最适宜地矿行业模型定制化的打印需求。目前3D打印在地矿行业的测绘、城市地质、设计、矿山、科研、教学、地质环境等各方面均有应用,有较好的应用前景。受3D打印技术的制约,现阶段以打印单色或双色模型为主,且模型表面"台阶效应"难以避免。如何打印出色彩逼真且没有任何毛刺的物品,是3D打印技术在地矿行业应用的一大发展目标。     

水泥基3D打印材料基础配合比试验与质量评价

水泥3D打印技术在土木建造工程和类岩石力学行为模拟中日渐推广,其水泥基3D打印材料方面却一直面临流动性、收缩性、可加工性等质量与成型控制方面的挑战和基础性配方缺乏的不足。首先针对水泥基3D打印实体质量评价的问题,建立了一套考虑成型全过程的6指标评估体系及其质量分级方法,包括流动性、挤出性、凝结时间、可建造性、密实性以及变形率,从打印过程、堆积成型、实体精度三方面实现对3D打印实体模型的质量评价;进而采用不同阈值范围的两阶段正交设计与打印测试进行了水泥基3D打印材料的基础性配合比试验优选,获得了一种综合打印性能较好的基础性配合比;最后对其打印成型水泥基3D实体模型进行单轴压缩试验,并评估了其类岩石力学特性,从而得到一种新型的类岩石水泥基3D打印基础性配合比,可为采用水泥基3D打印材料的工程建造和岩石工程物理模拟试验奠定基础。     

基于不同后处理方法的砂型3D打印类岩石试样力学性能研究

3D打印技术作为一种快速成型技术在岩石室内试验中有着极大的应用潜力,但3D打印试样的低强度、低刚度一直是亟待解决的关键问题之一。为了能够找到提高3D打印类岩石试样强度、刚度的方法,选用GS19砂和呋喃树脂为打印材料,以砂型3D打印类岩石试样为研究对象,在此基础上采用3种后处理方法（真空渗入、低温处理以及渗入低温相结合）分别对试样进行后处理,对经后处理的砂型3D打印类岩石试样开展单轴压缩试验以研究其力学性能,并结合扫描电镜从微观层面分析了力学性能变化的原因。研究表明：不同后处理方法会改变试样的力学性能,其中渗入、低温相结合的方法对试样的强度和刚度提高最为显著,这与试样内部胶结状态发生变化相关。研究结果可为今后3D打印技术在岩石试验中的应用提供新的研究思路。     

3D打印技术在矿床学中的应用研究——以内蒙古乌力吉敖包萤石矿Ⅲ号矿体为例

3D打印(3D printing)是一种以三维模型为样本的快速成形技术,它通过逐层打印或粉末熔铸的方式来构造需要的立体图形。本文从3D打印技术的原理及其发展现状入手,重点列举内蒙古乌力吉敖包萤石矿,利用3D打印机打印具有现实可观性的地质体实体,探讨3D打印技术作为新兴的科技手段应用于矿床学教学与研究的应用价值和发展前景。研究发现,3D打印技术在矿体三维可视化中的应用符合地质图件立体化和3D打印技术多领域化的趋势,未来3D打印技术在地质领域的应用也有助于开拓矿床学教学和研究的新方式与新思路。     

基于CT扫描与3D打印技术的岩体三维重构及力学特性初探

无法直观认识和还原岩石内部结构一直是阻碍岩石力学试验研究的关键问题之一。以天然砂岩为研究对象,运用CT扫描和2种不同的3D打印工艺重构了与天然砂岩试样结构相接近的3D打印试样,并在此基础上通过单轴压缩和巴西劈裂试验对天然砂岩及3D打印试样进行了力学性能测试,对比了两者的强度和变形规律。试验结果表明:通过不同3D打印工艺制作的试样均能够高度还原天然砂岩试样的内部复杂结构。其中,采用3DP打印工艺制作的试样具有与天然砂岩试样更接近的物理力学性能,试验结果的离散性也相对较小。其研究结果可为今后岩石力学研究中材料的替换、室内试验的开展和数值模拟结果的印证提供新的研究途径。     

高温作用后3D打印岩体试样力学性能初探

实际岩土工程中经常遇到高温环境,研究3D打印岩体试样在高温作用后的力学性能对促进3D打印技术在工程领域的应用具有重要意义。以GS19砂和呋喃树脂作为打印基材,运用3D打印技术制备内部结构高度一致的岩体试样,研究不同温度作用后3D打印岩体试样的力学性能,结合电镜扫描试验从微观层面上分析不同温度作用后3D打印岩体试样力学性能产生变化的原因。提出了3D打印岩体试样的最优温度,并研究了含预制裂隙的3D打印岩体试样在最优温度作用后的破坏特征。研究表明：3D打印岩体试样的单轴抗压强度与劈裂抗拉强度随温度的不断升高均呈现先增大后降低的规律,最优温度为150℃;在最优温度作用后,含不同倾角预制裂隙的3D打印岩体试样的破坏过程包含压密、微裂纹萌生、裂纹稳定扩展、贯通破坏四个阶段,裂纹的初始萌生位置均出现在预制裂隙处但随着预制裂隙倾角的变化而有所不同,扩展路径总是趋向于荷载加载的方向并大致呈中心对称形式。     

高温作用后3D打印岩体试样力学性能初探

实际岩土工程中经常遇到高温环境，研究3D打印岩体试样在高温作用后的力学性能对促进3D打印技术在工程领域的应用具有重要意义。以GS19砂和呋喃树脂作为打印基材，运用3D打印技术制备内部结构高度一致的岩体试样，研究不同温度作用后3D打印岩体试样的力学性能，结合电镜扫描试验从微观层面上分析不同温度作用后3D打印岩体试样力学性能产生变化的原因。提出了3D打印岩体试样的最优力学温度，并研究了含预制裂隙的3D打印岩体试样在最优力学温度作用后的破坏特征。研究表明：3D打印岩体试样的单轴抗压强度与劈裂抗拉强度随温度的不断升高均呈现先增大后降低的规律，最优力学温度为150 ℃；在最优力学温度作用后，含不同倾角预制裂隙的3D打印岩体试样的破坏过程包含压密、微裂纹萌生、裂纹稳定扩展、贯通破坏4个阶段，裂纹的初始萌生位置均出现在预制裂隙处但随着预制裂隙倾角的变化而有所不同，扩展路径总是趋向于荷载加载的方向并大致呈中心对称形式。     

基于3D打印和DIC技术的裂隙网络模型变形破裂特征及填充物影响效应

由于工程岩体内部裂隙分布的复杂性,含裂隙网络的物理模型制作是困扰岩石力学试验研究的关键问题之一。提出了一种以水溶性材料为打印基材,以聚乳酸材料为支撑底座的裂隙网络模型3D打印方法。利用打印材料的水溶特性,提出了一种裂隙网络类岩石模型试件制备方法。利用数字图像相关方法,定量研究了裂隙网络类岩石模型试件加载过程中的变形破裂特征,并进一步分析了填充物的影响规律。试验结果表明:采用3D打印技术可以实现复杂裂隙网络模型的制备,模型试件力学特性具有很好的可重复性;裂隙网络类岩石模型试件应力-应变曲线在峰前出现多次明显的应力跌落,而峰后曲线呈现出塑性应变软化现象;DIC技术可以捕捉裂隙网络类岩石模型试件加载全过程的全局应变场,其变形破裂过程表现出应变局部化渐进演化特性,反映了裂纹萌生、扩展及贯通规律;不同的裂隙填充工况会影响模型试件的力学参数和应变场分布,这体现了所提出制备方法的优势,即能够填充符合工程实际情况的裂隙填充物。     

基于CT扫描的含非贯通节理3D打印试件破裂规律试验研究

传统岩石钻孔取芯制备的试件存在同批次内部结构不明确、力学性质差异大等缺点,而插缝法制备试件存在预制节理产状不易控制、精度低、周期长等缺点。3D打印技术克服了传统试件制备方法的不足,但试件存在强度低、塑性高的缺点。采用3D打印技术制作了无节理完整试件A-1-1和非贯通平行四节理试件B-1-1,并进行了真空干燥处理和单轴压缩试验,对试件B-1-1进行了CT扫描试验和内部裂隙三维重构。获得了单轴压缩后该试件的应力-应变曲线、表观破裂模式和试件B-1-1内部裂隙的分布情况。试验结果表明:试件A-1-1的应力-应变曲线与未干燥试件的对比说明真空干燥可提高试件强度减小塑性变形,为3D打印试件在岩石力学领域的适用性研究提供参考;试件A-1-1的应力-应变曲线与煤岩对比,表观破裂模式与中砂岩的对比均相似,说明3D打印试件可用于类似岩石的力学研究;单轴压缩条件下"翼形扁颈漏斗状"破裂模式是使非贯通平行四节理试件失去承载能力的主要破裂模式,其裂隙产生、扩展、贯通演化规律表现为复杂的拉剪组合演化,且内部破裂模式与表观破裂模式存在很大差异,表观破裂模式不能准确表征内部破裂模式。     

花岗质岩石中岩石包体研究的新进展

介绍了近年来国内外在花岗质岩石中的岩石包体研究的部分成果，重点论述了利用花岗质岩石中的岩石包体研究岩浆底侵作用、内生成矿作用、岩浆混合作用和区域变质作用等方面的主要进展。     

蒙古国塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中片钠铝石胶结物的成因

塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中发育大量的片钠铝石自生矿物。通过偏光显微镜、扫描电镜及X射线衍射分析等,查明了火山碎屑岩中的胶结物与自生矿物类型和成岩共生序列。含片钠铝石火山碎屑岩的成岩共生序列为粘土包壳-方解石-一期微晶石英-一期高岭石-二期微晶石英、二期高岭石、片钠铝石-铁白云石;通过MAT253稳定同位素质谱仪确定了片钠铝石和铁白云石的稳定同位素组成为片钠铝石的δ¹³C_PDB为-8.15‰~-2.81‰,与片钠铝石平衡的CO₂的δ¹³C_CO2为-12.91‰~-7.55‰,通过与海拉尔盆地及BGS盆地系碳氧同位素数据的类比,表明片钠铝石中的碳主要为幔源岩浆来源,形成片钠铝石的钠和铝主要来源于安山岩岩屑、长石晶屑碎屑、玻屑和火山灰等;铁白云石的δ¹³C_PDB为-6.76‰~-2.65‰,与片钠铝石的碳氧同位素数据相似,结合相关地质实例及地球化学模拟实验,可以推断铁白云石中的碳也是幔源岩浆来源,铁白云石中的铁离子主要来源于安山岩岩屑、玻屑、火山灰和蒙脱石等矿物。     

Presence of radon in groundwater in parts of Bangalore

Presence of high levels of Radon (²²²Rn) gas was reported from groundwater in Bangalore. To ascertain the ground reality and the nature of the hazards, if any, a study was conducted by the Central Ground Water Board, Bangalore in and around Bangalore city. Groundwater samples from borewells and a dug well were collected and analysed. Available data on Radon gas from both groundwater and surface water sources were also compared. The presence of Radon gas and its concentration in groundwater were examined with respect to geology and well depths. The results are discussed in the paper.     

X射线荧光光谱分析在我国铁矿石分析中的应用

系统介绍了20世纪90年代以来X射线荧光光谱分析（XRF）在我国铁矿石分析中的应用,包括粉末压片法和熔片法两种最基本的分析手段,主要内容集中在熔片—波长色散X射线荧光光谱分析法在我国铁矿石分析方面的测试技术,重点介绍了熔剂的类型、配比、熔片方法、熔融温度以及钴内标的使用,同时介绍了基体效应校正、谱线重叠校正等方面的内容。     

我国矿山环境地质问题类型划分研究

根据矿种类型、矿山开发阶段和矿山存在问题性质的不同,提出了我国矿山环境地质问题类型的3种划分方案。依据矿种所进行的矿山环境地质问题类型划分方案,虽然较为详细具体,但有些问题是相互重复的;依据矿山开发阶段所进行的划分方案,虽然刻画了矿山开发演变整个历史过程中所面临的不同问题,但较为宏观简单;依据矿山自身存在问题的性质的划分方案较为适用。文章最后系统分析了依据问题性质而划分的矿山环境地质问题各类型的特征。     

Association of hydrogeological factors in temporal variations of fluoride concentration in a crystalline aquifer in India

The major part of groundwater in India is found in granitic aquifers. Fluoride in groundwater from a crystalline aquifer in a semi-arid region of granitic rocks in India, known as Maheshwaram watershed, was analyzed for spatial and temporal variability during 1999–2002 to assess the effect of hydrogeological factors on fluoride concentration. Samples were collected from 32 representative wells in the area for the pre- and post-monsoon seasons and analyzed for F content. The CHESS computer program was used to calculate ionic activities of aqueous species and the mineral saturation index (SI) for calcite and fluorite. The GARDENIA computer program was used to calculate the recharge values in the study area. The influences of dissolution kinetics of fluoride minerals and recharge from rainfall on fluoride concentration were of interest and results clearly indicate that fluoride content in groundwater depends on the interaction period of groundwater with host rock. Results could also be utilized for designing remedial measures particularly with dilution method in an optimal way.     

我国荒漠戈壁区矿产勘查技术研究与应用现状

由于荒漠戈壁区的地质工作条件恶劣,为减少勘查成本,避免盲目勘查,在该区开展了航卫遥感技术、大深度物探技术(包括航空、地面和地下等空间)、深穿透地球化学勘查方法和非线性理论数据处理方法等应用,目前在岩性构造推断和矿化信息提取等方面取得了一定的进展。     

复杂性科学理论在地球物质学中的作用

地球物质学是一门以复杂的地球系统为研究对象的新学科,而复杂性科学专门用来研究一些非线性复杂问题。目前复杂性科学已在不同的学科中得到广泛应用,同时也在地球物质学中得到应用,成为地球物质学中最基本和最重要的理论。     

CSAMT 法在辽西康杖子区深部探矿中的应用

可控源音频大地电磁法(CSAMT)具有探测深度大、横向分辨率高、抗干扰能力强的特点,在深部找矿勘探中有着重要的指导意义。肖家营子铜钼矿床是辽西地区一个大型矽卡岩型金属矿床,大部分矿体是隐伏矿体,矿区外围的康杖子区与本区有相似的成矿地质环境,成矿地质条件优越.矿体与围岩电性差异明显,通过应用CSAMT,矿体具有低电阻特点,根据成果推断解释,对深部有利成矿部位进行了钻探验证,取得了理想的探矿效果,在矿区外围取得第二深度空间找矿重大突破。     

氧同位素在海洋磷酸盐研究中的应用

海洋中磷酸盐的氧同位素组成不但记录现代海水磷循环的信息(磷酸盐的来源和生物地球化学作用),还记录古环境的信息。因此,利用氧同位素研究海洋磷酸盐正日益受到国内外研究人员的重视。本文综述了利用磷酸盐氧同位素研究方法及其在现代海洋环境与古海洋的应用进展,展示了中国海洋磷酸盐氧同位素研究现状,提出了今后的研究方向。