矿物二级相变理论及应用

相变是固体性质研究的一个重要领域,它不仅具有重要的理论意义,在技术上也有广泛的应用。在地学领域,矿物相变与地球动力学过程有密切的联系,通过矿物相变的研究可以了解矿物的生成和演化,了解地质作用的演化过程。因而矿物相变研究近年来有了较大的发展。目前矿物相变研究在不断向热力学和动力学研究方向发展。 1.矿物的二级相变和朗道理论矿物在给定的热力学条件下结构不稳定就套发生相变。热力学可以给出一个很好的相变分类。Ehrenfest把相变前后的自由能变化作为相变分类的依据,在相变点自由能的一级微分不连续的相变称为一级相变,把自由能的二级微分不连     

弹性地基板的分析简化模型

将弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分变换解与弹性半空间地基上四边自由矩形板受任意竖向荷载作用的弯曲解析解相结合,建立了求解板下地基位移的方法。对一些算例进行大量数值计算分析,得出弹性半空间地基上四边自由矩形板板下地基水平位移和竖向位移的分布规律;并基于该位移分布规律,提出地基位移沿深度按一定的函数关系变化的假设,考虑板下地基水平位移,利用板地基系统的总势能最小原理,通过复杂的变分运算,得出弹性地基板的简化模型。在不考虑板下地基水平位移时,该模型退化成双参数地基模型,并给出了求解其上四边自由矩形板的近似边界条件。     

群论在结晶矿物学中的应用

群论是高等代数的一个分支,在量子化学和矿物物理学中早已广泛应用。本文重点介绍群论在结晶学和矿物学中的应用:结晶学中的点群、空间群均为群论中的群;对称要素组合定理与群的乘法;以对称要素的矩阵表象证明对称要素的组合定性。进而讨论了如何划分群中的类以及类在结晶学中的用途和意义。最后简略介绍了原子轨道的对称变换和特征标的概念。     

岩浆岩中石英晶体的对称性连生

矿物晶体连生是岩浆岩中晶体生长及岩石结构形成过程中的一个重要现象，可以提供岩浆演化过程信息.用电子背散射衍射技术(EBSD)分析了天堂寨花岗岩和梅川花岗闪长岩中石英晶体的结晶学取向关系.这2种岩石中石英的道芬双晶和交生(两晶体以某个相同的面重合连生)出现概率非常高.除了道芬双晶和交生外，还发现了一种特殊的石英晶体对称性连生现象.在这种特殊的对称性连生体中，考虑石英的劳埃群3 2/m(而不是石英的点群32)，两晶体形成的道芬双晶的双晶面(0001)或(1010)与第3个晶体的对称面(1120)重合.这样的重合使得这3个晶体的连生体保留了道芬双晶的某些对称性.这种双晶面与第3个晶体的对称面重合的现象在我们以前报道的NH₄Cl晶体聚集体和透辉石枝晶聚集体中也出现过.这种现象说明晶体的连生受控于对称性，即:晶体连生会选择对称性高的形式.由于劳埃群是与晶体空间格子的对称性相关而并不是与晶体结构的对称性相关的，所以，空间格子的对称性可能是控制晶体对称性连生的主要因素.      

拟神经网络反演在煤田中应用

Parker快速富氏变换反演单一密度界面存在两方面问题：一是求解目标界面重力异常难度较大;二是受正演速度及反演参量维数的限制,不能对界面进行精细划分.拟神经网络BP算法的引入,首先解决了快速三维正演问题,又突破了反演参量维数的限制,实现快速收敛,有效解决两个或多个密度界面的反演问题.在实际应用中,先用密度“补偿法”正演求取剩余生力异常,然后利用拟神经网络BP算法同时反演两个二维密度界面,拟合求得两个界面的深度异常,在此基础上预测煤田.     

基于整数小波变换的空间矢量数据压缩方法

针对空间曲线矢量数据相邻坐标点间坐标值大小差别不大的特点,提出一种新的矢量数据压缩方法:首先将空间坐标点间的差值转换为整型的偏移量,使用偏移量表示矢量数据的坐标点;然后利用整数小波变换(IWT)处理偏移量序列,最后对变换后的小波系数进行无损熵编码.使用此方法对中国数字地理地图数据的SHP文件进行压缩,实验结果显示, 压缩比超过11,高于其他类似方法,表明本压缩方法能够实现较高压缩比的空间矢量数据无损压缩.      

渗流作用下深埋巷道围岩热交换过程的数值模拟

为了研究深埋巷道围岩温度场的分布规律,基于传热学和渗流理论建立了深埋巷道围岩的热扩散数学模型,结合边界条件采用MATLAB对其进行了数值求解,获得了在风流和渗流耦合作用下围岩的温度场和温度矢量分布。研究结果表明,渗流改变了围岩初始温度场和温度矢量的对称分布的状态,围岩内部的温度场可划分为向内扩散区和向外扩散区。在围岩与风流的热交换作用下,巷道的壁面温度将接近风流温度,温度矢量零点的范围呈现出逐步增大的趋势。当热交换达到平衡状态时,向内扩散区的温度场呈现为环状对称分布状态;而向外扩散区等温线的形状没有明显的改变,但等温线的分布逐渐稀疏。     

含五次对称的准晶体的点群与单形

应该把有关准晶体的研究纳入晶体学领域,扩大晶体学的内容与涵义。作者把含有五次对称的准晶体的点群与单形作了推导,与经典结晶学相比,增加了14种新点群和24种新单形。此外,作者根据准晶态的构筑原理,又推导出4种准晶格。     

通过探针分子芘研究超临界CO_2流体密度不均一性

近年来超临界CO2在环境地球科学领域应用广泛,在这些研究应用中,CO2流体在超临界状态下的溶剂化特性起到了十分重要的作用。在超临界高密度压缩区域里,体系温度和压力的稍许变化都会导致流体密度的突变,因此通过有效的探针分子研究超临界CO2流体的异常溶剂化行为具有重要的理论和应用价值。文中从新的角度运用荧光探针分子芘在温度308.15K和不同压力下研究超临界CO2性质,与以往采用的参照线方法有所不同,文中所提出的参照点模型手段引入序参量方法和新定义的溶剂化作用参量,测定近临界区超临界CO2流体局域密度增强的变化。文中同时讨论了3段密度区域模型(three-density regionmodel)、局域密度不均一性以及探针芘在超临界CO2中的分子间相互作用。将荧光探针分子研究的流体局域密度增强与热力学测试的流体等温压缩系数进行综合对比,有助于更好地从微观和宏观两方面理解超临界CO2的特性。     

降温速率对硫酸钠溶液晶体析出影响的试验研究

为探讨硫酸钠盐渍土盐胀机理,研究了十水硫酸钠晶体在硫酸钠溶液中的析出规律.针对不同浓度的硫酸钠溶液,在1℃·min^-1、0.1℃·min^-1和0.02℃·min^-13种降温速率下,通过降温试验对晶体初始析出温度进行观测.试验表明：十水硫酸钠晶体的析出受降温速率的影响,随着降温速率的减小,晶体初始析出温度升高;降温速率的大小对晶体析出后溶液浓度变化几乎没有影响,但其会影响晶体形态,降温速率越小,晶体形态更为稳定;晶体析出受到相变驱动力作用,相变驱动力与降温速率大小呈正比,降温速率越大,晶体初始析出结晶力越大.     

α-石英晶体与刚玉晶体(0001)面腐蚀像的结晶学对称

晶体的腐蚀像是指晶面(或切面)在酸、碱溶液中被腐蚀后形成的具有一定形状的蚀坑。腐蚀像不仅可以揭示晶面及晶体的对称性,还可以揭示晶面的结晶学意义。本文对同属三方晶系,但对称型不同的α-石英晶体(点群32)和刚玉晶体(点群3m)的(0001)切面和晶面进行了腐蚀像的微分干涉显微镜(DIC)观察与研究。经研究发现,α-石英晶体(0001)切面的腐蚀像为等边三角形,与该面上出露三次对称轴的对称关系一致,等边三角形的三边分别平行于[0110]、[1010]、[1100]方向,即垂直于X、垂直于Y、垂直于U轴方向。该等边三角形腐蚀像与该切面边棱的方位关系表明在包含三次轴的方向上无对称面存在,与α-石英晶体的对称型是相符的。刚玉晶体(0001)晶面的腐蚀像亦为等边三角形,与该面上出露3次对称轴的对称关系一致,等边三角形的三边分别平行于[2110]、[1210]、[1120]方向,即X、Y、U轴方向。刚玉晶体(0001)面的腐蚀像与该晶面边棱的方位关系表明在包含3次轴的方向上有3个对称面存在,这3个对称面分别垂直于[2110]、[1210]、[1120]方向,即X、Y、U轴方向,与刚玉晶体的对称型相符。因此,同属于三方晶系同一单形平行双面{0001}的α-石英晶体与刚玉晶体(0001)晶面的蚀坑形态是一致的,均为等边三角形,但等边三角形腐蚀坑的方位不同,等边三角形腐蚀坑与边棱的方位关系反映该晶体的对称型特点。这一研究对认清三方晶系不同对称型矿物晶体(0001)面腐蚀像的对称关系,丰富同一晶系不同对称型矿物各面腐蚀像之间的关系研究具有理论与实际意义。     

草莓红绿柱石(Pezzottaite)的晶体结构测定及其意义

利用CCD单晶衍射仪对草莓红绿柱石进行晶体结构测定,测定其空间群为R3c,并讨论了结构中Li 有序地置换Be2 造成c/a值的变化特征。晶体中发现复三方偏三角面体的负晶包裹体,其宏观对称属m,它与空间群Rc相对应,但与测出晶体结构的空间群有矛盾。X射线结构测定已否定了其空间群为Rm的看法。要解决草莓红绿柱石晶体空间群是否有对称中心(Rc或Rc)的问题,还需进一步将X射线结构的数据及其有关的电性实验结合分析。     

埋置简谐扭转荷载作用下广义Gibson饱和地基动力响应

考虑地基为饱和半空间,研究了广义Gibson饱和地基内作用简谐扭转动荷载时地基的动力响应问题。从Biot饱和地基固结理论出发,结合扭转振动的特点,建立了剪切模量随深度线性变化的饱和地基扭转振动的动力微分方程,通过Hankel变换求解此微分方程,给出了Hankel变换域内的切向位移和剪应力关于待定系数的表达式。根据饱和地基表面为自由表面,荷载作用面位移连续、剪应力差等于动荷载大小,波的辐射条件等边界条件求解出待定系数,借助Hankel逆变换给出地基内的位移和应力的表达式。通过数值算例研究发现:在同一水平面内,地基内的切向位移和剪应力曲线的实部和虚部都呈现出非常明显的波动变化规律;在竖向平面内,动荷载作用面上部区域内随深度逐渐增大时,地基内切向位移和剪应力曲线的实部逐渐增大,而在动荷载作用面下部区域则正好相反;扭转动荷载的影响范围主要是荷载作用面上下2倍半径区域。     

基于点云密度特征的滑坡位移监测方法

激光扫描仪对同一目标两次采集的点并不重合,无法通过点云的直接比较快速确定滑坡位移。考虑到单个点云位置的不确定性和区域点云密度的稳定性,将点云的密度作为滑坡表面变形的表征,提出了基于点云密度特征的滑坡位移监测方法。将离散的三维点云转化为二维的密度图像,再利用粒子图像测速技术分析位移前后两幅点云密度图像的相关性,从而计算栅格图像中各子集的相对位移值;当各子集的位移全部计算完成后,得到目标区域的平面位移场。室内块体移动试验表明该方法的计算精度受变形梯度的影响,在地表变化剧烈处会产生一定程度的误差,且子集相关性系数无法达到1。在黄藏寺滑坡的位移监测中,利用本方法识别出了边坡的变动区域,计算出了滑坡的平面位移场,直观地反映了滑坡表面变形状况,验证了该方法的实用性。     

抛物线拉冬变换算法在近偏移距道数据恢复中的应用

在地震数据处理中,恢复缺失的近偏移距道数据是一项非常重要的工作。本文简述了一种利用抛物线拉冬变换算法来实现空间插值的方法。该方法首先要对原始的共炮点道集（或ＣＭＰ道集）进行动校正,然后通过选择正确的曲率参数对包含零偏移距道的数据作抛物线拉冬变换,再经反变换之后就可将原来缺失的数据正确地恢复出来。文中用理论合成记录验证了该方法的有效性。     

会聚束电子衍射中晶带轴和±G暗场图像的同时观察

在会聚束衍射中(CBED).晶体点群和空间群的标准测量方法需要四种类型的图象(正常衍射图,明埸象,暗场象和±G暗场象).在同一胶片上同时获取四种图象的方法已经报导过(JEOL,NEWS,24E.62,1986)。然而该方法所需要的样品必须具有1μm直径,相同厚度,无弯曲的薄区。因此此,法不适用于实际应用.本文介绍一种从样品中100nm直径薄区获得这些图象的具有使用价值的方法.该方法是通过调节物镜励磁电流和中间镜励磁电流来观察的:它的应用结果也作相应的描述。     

晶体结构空间群的变化

利用有色对称理论解释了各种晶体结构的空间群转变的规律性问题。得出：一个有色空间群（子群）可能代表一个相转变,从单色空间群（母群）转变为有色空间群（干群）意味着结构或是从无序变体向有序变体转变;或是从母体结构向衍生体结构转变;……等。亦即各衍生体的空间群必定是母体空间群的有色空间群（或子群）。     

解冻结壁温度场的一个数值方法

相变热传导问题是一个弱间断的非线性问题。借助于一种数学变换将原控制微分方程变为空间变量为无量纲的微分方程后,采用三时间层隐式有限差分格式(Bonacina,1973)求数值解是非常方便的。本文用这种方法求解了冻结壁温度场。但这种方法只能用于相变温度等于零且水分迁移可以被忽略的粗颗粒土,对于不同相变温度区间的各类粘土则不能使用。     

法向应力对接触面循环单剪力学特性的影响研究

法向应力对土与结构接触面循环单剪力学特性的影响研究具有重要意义。运用80 t大型三维接触面试验机,进行了不同法向应力下粗粒土与结构接触面单剪试验,分析了法向应力对接触面循环单剪力学特性的影响规律。试验结果表明,法向应力对接触面变形位移、滑动位移、切向应力、可逆性剪切体变和不可逆性剪切体变以及抗剪强度等接触面性能参量的数值有显著影响,但对参量间关系形式影响较小。法向应力越大,接触面变形位移在初始几个循环内越大,随循环剪切的进行,其减小速率越快,最终稳定值越小;切向刚度越大,切向应力稳定值也越大,初始几个循环内切向刚度系数越小;不可逆性剪切体变越大,可逆性剪切体变峰值和稳定值越小,相变位移和相变应力比越小;抗剪强度越大,其异向程度则先增大后减小。不同法向应力下,接触面循环抗剪强度与法向应力符合摩尔-库仑准则;切向应力比-切向位移关系、不可逆性剪切体变和剪切功密度关系均具有良好一致性,基本不受法向应力影响,可用双曲线模型描述,这将大大简化接触面本构描述。     

三维激光扫描技术在滑坡物理模型试验中的应用

大型滑坡物理模型试验中常采用高精度的特征点监测,缺少整体变形资料;而三维激光扫描技术可以高精度、快速、完整地扫描实物,获得海量的点云数据,构建实物的数字化模型,从而详细描述表面细部状况。将三维激光扫描技术引入到滑坡物理模型试验坡体表面整体变形监测中,通过数字仿真试验对点云数据4种变形测量方式进行了对比和评价,推导了点云数据单个扫描点的空间位置精度的评价模型,对点云密度进行了理论分析。通过滑坡物理模型试验实例,采用点云比较、重心法、点云叠加方法测量模型的整体变形和单个监测点的位移,对滑坡不同演化阶段变形特征进行了综合分析。研究表明:空间位置精度的评价模型、点云密度模型为三维激光扫描变形监测的测量成果评定,测量方案的优化设计提供了必要的理论基础。点云叠加、点云比较为面测量,可以获得整个模型坡面的变形和位移情况,测量模型的变形趋势和变形量级,重心法、拟合法则属于点测量,可以获得单个监测点准确的位移量。基于三维激光扫描技术坡面监测是结合点测量和面测量的优势,在保证高精度特征点监测同时,获得模型坡面的整体变形和位移。