基于二进制编码激励的高孔隙岩石物性实验研究

<正>本研究关于压实带形成机理的研究,有助于了解地震波在介质中的传播。压实带是发生在高孔隙岩石变形阶段的一种局部化变形结构。主要研究的是通过测量高孔隙红砂岩的波速变化来认识变形对岩石性质的影响。在调研了国内外相关的研究进展与成果的基础上,开展了数值模拟和室内实验。数值模拟在分析编码激励基本原理的基础上,进行了脉冲压缩仿真研究。从仿真结果看,为了激励换能器的脉冲压缩效果     

高孔隙岩石变形的离散单元模型

实验和野外观测表明颗粒破碎显著影响高孔隙岩石的变形特征.为建立高孔隙岩石变形的数值模型,我们以弹性理论为基础并根据问题的特征进行合理简化,给出了一种颗粒破碎机制,并根据此颗粒破碎条件改进传统的离散单元模型.利用改进的离散单元模型,研究了不同压力条件下高孔隙岩石变形的宏观和微观特征.数值模拟结果表明考虑颗粒破碎的模型能重现高孔隙岩石在不同围压下变形的应力-应变关系、声发射特征、应变局部化和剪切增强压缩等特征.我们还发现,与野外观测结果一致,在高孔隙岩石脆性阶段剪切带内部及附近伴有显著的颗粒破碎.     

基于团簇的岩石动态CT图像可视化与结构变形分析

岩石的变形机制是研究岩石圈变形和局部构造活动的重要基础,岩石的微观结构是研究其变形机制的关键。微观层析成像（微观CT）技术可以无损地获取样品内部高精度三维数字化图像,为观测岩石内部结构提供了技术保证。新近发展起来的动态CT技术,使得观测岩石变形过程成为可能。本文利用一组莱塔石灰岩受差应力变形的三维动态CT图像数据,通过图像切割、图像分割等处理步骤,以团簇为基本表征单位,表征不同形状、大小孔隙的动态变化过程,分析对比全部孔隙、大团簇、小团簇和裂隙型小团簇的动态图像。结果表明:随着岩石的压缩变形,其大孔隙在不断地缩小;在变形的初始阶段,靠近施压活塞的样品上部出现了密集的新生小孔隙;当岩石所受差应力到达73 MPa时,其下半部出现了明显的剪切带,具体表现为大量的新生裂隙生成并且新生裂隙集中带与轴向成约45°交角。此前的研究观测到该样品中下部若干压缩带形成的过程;本文通过基于团簇的可视化技术,观测到了高孔隙度岩石变形过程中压缩带和剪切带共同形成的过程。同时,新生的沿剪切带分布的微小裂隙并没有显示与剪切带相同的方向,而是具有各方向均匀分布的特征。该特征可能与岩石内部复杂的局部孔隙结构有关,是值得进一步探讨的问题。      

中主应力对岩石变形局部化的影响

岩石局部化变形在水利、石油、核废料处理、二氧化碳地质储存以及工程地质和岩土工程中都具有很强的实际意义,为了研究中主应力对于岩石局部化变形的影响,本文把轴对称拉伸和压缩状态的变形带角属性选做边界条件,推导得到RR模型中的本构参数,最后预测得到其他应力状态的变形带角,与Dunham白云岩真三轴实验数据进行比较,发现中主应力对岩石强度、变形率以及变形带角都有影响;变形带角在最小压应力值固定的情况下,随着平均应力的增加而增加,随着最小压应力的增加而减小,与认为中主应力对岩石强度以及变形没有影响的摩尔库伦条件预测结果不同.     

基岩区断层黏滑与蠕滑的地质标志 和岩石力学实验证据

文中总结了基岩断层带黏滑与蠕滑的地质标志与岩石力学实验证据,分析了控制黏滑与蠕滑的物理机制。断层带内的矿物组成、矿物变形机制、流体作用和断层带变形方式等是控制黏滑与蠕滑的主要因素。富含黏土矿物的断层泥具有速度强化型摩擦滑动,控制着断层蠕滑,而以方解石、石英、长石及辉石等造岩矿物为主的断层泥在大陆浅源地震的震源深度条件下具备黏滑条件。脆性破裂伴随的扩容过程是断层黏滑的必要条件,而压实、碎裂和塑性剪切变形形成的叶理和小褶皱对应于蠕滑。在流体作用下,压溶使孔隙和微裂隙愈合,有利于断层强度的恢复和断层闭锁,既是断层发生不稳定滑动的根源,也是断层带局部存在高压流体的条件,而在流体作用下的退变质反应与水解反应生成黏土矿物和层状及环状硅酸盐矿物,不仅降低了断层带的强度,还导致断层向蠕滑转变。断层带内均匀分布多个剪切面和较宽的变形带对应于蠕滑,局部化的R剪切及Y剪切、窄变形带和摩擦镜面对应于黏滑。     

基于三维X射线显微镜的孔隙性砂岩中变形带微观结构解析

孔隙性砂岩中变形带对揭示其相关地质作用过程和工程应用具有重要的意义,而其微观结构是其相关科学与工程研究的关键点。常规的岩石微观结构分析手段对于全面解析岩石内部的微观结构具有一定的局限性,而近年发展起来的三维X射线显微成像技术可以无损地获得岩石内部微米尺度的三维精细数字化图像,是建立岩石微观结构并对其进行解析的有效手段。通过三维X射线显微镜对孔隙性砂岩中变形带扫面,建立了高分辨率三维微观结构图像,利用高密度切片图像,对其微观结构特征进行解析。根据变形带微观产出状带和颗粒破碎过程的解析,建立颗粒破碎-破碎颗粒与残余破碎颗粒重新排列-局部颗粒破碎带-弱颗粒破碎变形带-强颗粒破碎变形带-强弱颗粒破碎变形带相间排列-簇状变形带的完整时间发育序列。      

高孔隙岩石局部变形带的简化模型

用屈服函数和势能函数的偏导数重新定义了岩石的局部化变形带的判定条件,给出了新的局部化变形条件及临界模量.通过对Rudnicki和Rice(1975)为研究剪切带发生条件而建立的本构关系加以改进并放宽限定条件,提出了用四分之一椭圆帽盖模型以及与之相切的圆来简化势能函数,获得了简化模型,并在此简化模型基础上,取得了变形带发生的判定条件以及简化后的临界模量.同时还给出了简化理论模型的结果;通过压缩带和剪切带的产生顺序以及判定条件验证了简化模型的正确性,并与Issen等(2001)的理论模型进行了对比,讨论了简化模型的优越性以及在三轴对称压缩试验中的实用性.     

韧性剪切带及其变形岩石

本文讨论了地壳和上地幔中韧性剪切带及其中的变形岩石。在大多数情况下,韧性剪切带中的变形岩石为糜棱岩,因为经受韧性剪切变形时,岩石的粒度显著减小并发育了强化的叶理(线理)。但是在某些情况下,例如,当隐晶质灰岩及富含长石的岩石经受韧性剪切变形时,剪切带中的变形岩石粒度局部增大或者没有发生明显减小,它们并不是典型的糜棱岩。由于变形环境、变形介质及变形机制的不同,韧性剪切带内岩石变形的产物是不同的     

含预制软弱带的岩石破裂过程的数值模拟

考虑到岩石脆性破坏过程中介质的不均匀性之特点，对岩石样品中含预制弱介质条带的岩石样品破坏过程进行二维有限元数值模拟，并对弱介质带的破坏贯通过程、新的断层的产生和有关的地震活动进行了研究．数值模型展示了岩石从变形、微观破坏到整体破坏的全过程以及微震活动的时空分布特征．应力、应变和微震活动的时空分布形象地描绘了岩石变形的局部化和时空迁移等现象，这与实际地壳中所观测到的现象是一致的．此外，模拟结果与实验观测结果也是一致或相似的．      

高孔岩石局部压缩变形研究新进展

高孔岩石的局部压缩变形能显著的降低岩石的渗透性能,在石油和天然气的储藏和输运,含水层的管理以及二氧化碳的地质储存方面都有很高的利用价值,可以带来很好的经济、环境和社会效应,所以成为岩石力学和地球物理学的研究热点之一.Rudnicki和Rice(1975)发展了基于塑性力学的局部化分叉分析,建立了从均匀变形中分化的非单一...     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Information for authors

正SCIENCE CHINA Earth Sciences,an academic journal cosponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China,and published by Science China Press and Springer,is committed to publishing high-quality,original results in both basic and applied research.     

INTERNATIONAL RESEARCH AND TRAINING CENTER ON EROSION AND SEDIMENTATION(IRTCES)

正Director:Shangfu Kuang,China Vice-directors:Chunhong Hu,China Duihu Ning,China Guangquan Liu,China The International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation(IRTCES)was jointly set up by the Government of China and UNESCO on July 21,1984.It aims at the promotion of international exchange of knowledge and cooperation in the studies of erosion and     

Calendar of events

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Earthquake Engineering and Engineering Vibration Aims And Scope

正This journal is established by the Institute of Engineering Mechanics(IEM),China Earthquake Administration,to promote scientific exchange between Chinese and foreign scientists and engineers so as to improve the theory and practice of earthquake hazards mitigation,preparedness,and recovery.To accomplish this purpose,the journal aims to attract a balanced number of papers between Chinese and