运动学涡度在藏南冈底斯岩浆带中段谢通门-曲水韧性剪切带中的应用

一般剪切带主要由纯剪切和简单剪切共同作用,不同的剪切带及不同的构造位置两者所占有的比例不同。利用运动学涡度(Wk)可以定量地分析两者间的比值大小。本文通过极莫尔圆法和有限应变轴率Rs/石英c轴组构法对冈底斯岩浆带中段谢通门-曲水滑覆型韧性剪切带的运动学涡度进行了计算,两种方法获得了较为一致的结果。通过极莫尔圆法,对剪切带中的9组糜棱岩样品进行了运动学涡度计算,获得了Wk=0.73~0.96,平均值Wk=0.83。运用有限应变轴率Rs/石英c轴组构法对4个样品进行了分析,得到Wk=0.85~0.93,均值为0.88,两种方法获得了较为一致的应变结果。还根据极莫尔圆图解,计算了该韧性剪切带的减薄量S=0.09~0.35,平均减薄量为0.20。研究表明该韧性剪切带为典型的以简单剪切为主伴有部分纯剪切的一般剪切,该剪切带的形成可能与拉萨地体在中新世时从挤压到侧向伸展的转换有关。该剪切带变形特征和运动学涡度的确定深化了对藏南冈底斯地区的构造演化过程的理解,并对青藏高原中南部的地质研究具有推进作用。     

修正的莫尔-库仑理论的解析和验证

根据主应力可分解为静水应力和偏应力,以及它们在应力莫尔圆和变形方面的相关性,推导出修正的莫尔-库仑理论的数学表达式。从理论上解决了库仑理论和莫尔理论存在的许多缺陷,特别是中间主应力对材料抗剪强度的影响。它的四参数准则的计算结果与一些混凝土的试验数据相当吻合。     

莫尔圆极点确定的新方法

莫尔圆在岩土材料的强度理论、应力路径以及地基承载力等方面具有广泛的应用。极点是莫尔应力圆上的一个特殊点,具有惟一性,通过极点,可以求得任意分析平面的应力状态。特别是对于求解复杂状态下的应力问题,莫尔圆极点法具有简便、快捷的优点。提出了定义极点的新方法--射线法,利用应力隔离体力的平衡法则证明了该方法定义极点的正确性及惟一性,并且发现定义极点的平行线法和法线法是射线法的两种特殊情况。通过比较,发现不同方法所得到的极点位置并不相同,但求得的任意面上的应力状态是相同的,而且平行线法更便于使用。然而,所提出的射线法能加深对莫尔圆极点的理解,从而进一步推动其广泛应用。     

单剪条件下主应力大小及主应力轴方向

对单剪条件下的应力莫尔圆变化过程进行详细分析,将莫尔圆从初始状态到破坏状态的大、小主应力变化过程看做由若干个等增量步组成,从而推导出任意剪应力状态与初始状态对应的小主应力差值与两者大主应力差值的比为一常数,该常数可以根据初始状态莫尔圆和破坏时对应的莫尔圆确定。推导出单剪条件下任意剪应力对应的大、小主应力及主应力轴方向的表达式。讨论了土体材料参数及法向应力对主应力轴偏转过程的影响以及大、小主应力与剪应力的关系。结果表明：在土体材料参数一定的条件下,主应力轴方向由应力比唯一确定;法向应力一定,土体的摩擦角越小,相同剪应力对应的主应力偏转角越大;剪切起始阶段,主应力变化缓慢,随着剪应力增大,主应力急剧变化至土样破坏时保持不变。     

华山花岗岩动力学行为与破坏准则研究

对华山花岗岩进行了应变率范围10-4~100/s、围压范围20~100MPa的动三轴试验测试,结果表明在不同围压下,随着应变率增加,花岗岩的抗压强度增长幅度呈减小趋势,弹性模量和泊松比与应变率没有明确关系;随着围压的增加,弹性模量和泊松比与围压间也没有明确关系。接着,作者分别判别了动态的莫尔-库伦强度准则、动态的霍克-布朗强度准则的适用性,并对试验数据进行分析。研究结果表明,在中等应变率下,动态莫尔-库伦强度准则和动态霍克-布朗强度准则均适用,当采用动态莫尔-库伦强度准则时,花岗岩的内摩擦角随应变率增加变化幅度很小,其抗压强度主要取决于花岗岩的粘聚力;当采用动态霍克-布朗强度准则时,参数m对应变率变化不敏感。     

复杂应力状态下条形基础的临塑荷载公式

莫尔-库仑强度准则的临塑荷载公式由于没有考虑中主应力在强度上的作用使计算结果偏于保守。利用具有线性形式的双剪应力强度准则替换原有的莫尔-库仑强度准则,将中主应力引入临塑荷载的计算中,推导出平面应变条件下考虑中主应力影响的临塑荷载公式,并通过算例说明了新临塑荷载公式的计算结果比原有公式有较大的偏高。     

韧性剪切带的剪切作用类型和韧性减薄量

韧性剪切带组构的演化和剪切作用类型受到许多研究者的关注。运用极莫尔圆法、有限应变法、刚性颗粒法、石英光轴组构结合有限应变测量法、拖尾形态法、剪切带内变形脉体(岩墙)法、碎斑法等方法可以估算剪切带变形过程中的运动学涡度,进而判别剪切带中单剪切组分与纯剪切组分的相对含量。自然界的剪切带一般介于单剪与纯剪之间,运动学涡度Wk介于0~1之间,表明韧性剪切带在变形过程中发生了垂直于剪切带边界(Z轴)方向的韧性减薄。剪切带变形过程中的韧性减薄量可依据有限应变测量与运动学涡度估算求得,也可依据剪切带内的石香肠(布丁)构造求解,还可依据构建极莫尔圆求解。以华北克拉通北缘的楼子店变质核杂岩及其韧性剪切带,以及希腊西奈山的Chelmos剪切带为例,介绍估算韧性剪切带韧性减薄的方法,这种韧性减薄是对大规模岩石圈减薄的有益补充和完善。研究结果表明,定量估算与变质核杂岩相关的韧性剪切带的剪切作用类型是分析变质核杂岩形成机制的有效途径和方法。     

渤海地区岩样的试验研究以及新型岩石损伤本构模型的建立

针对渤海地区油气资源的开采困难以及现有岩石损伤本构模型的理论体系的不足等问题,该文对渤海岩石取样进行试验研究,根据试验所得参数建立了一种新型的岩石损伤本构模型。首先,利用岩石三轴测试仪对所取岩样进行变温度、变围压测试,获得岩样的全应力-应变曲线,并计算出岩样的泊松比、弹性模量以及最大应力差。其次,利用图解法作莫尔应力圆,确定岩样的黏结力和内摩擦角。最后,根据试验部分数据建立一种新型岩石损伤本构模型。该模型参数少,计算简便,将所建模型的计算结果与试验所得全应力-应变曲线进行验证,验证了所建岩石损伤本构模型的准确性。研究结论可为岩石损伤模型的完善以及现场石油资源的高效开采提供试验和理论支撑。     

基于平面应变统一强度公式的结构性黄土填料挡墙地震被动土压力研究

基于结构性黄土不同含水量方形试样的三轴剪切试验,研究了非饱和黄土的残余强度效应和构度与强度参数的关系,引入两种效应修正了平面应变统一强度公式,分析了地震荷载作用下墙后土应力莫尔圆的变化规律,采用水平层分析法,建立了综合考虑中主应力、土结构性、残余强度的黄土填料被动动土压力公式。研究表明:平面应变统一强度公式计算得到的峰值或残余粘聚力和摩擦角随统一强度参数b值增大而增大,结构性对粘聚力的增幅较大,而对摩擦角影响则不明显;结构性黄土的地震被动土压力系数随b值、构度指标的增大而增大,而随水平地震系数的增大而减小;结构性较大时残余强度计算的地震被动土压力系数较峰值强度大,结构性较小时,两者计算结果接近。     

基于平面应变统一强度公式的结构性黄土填料挡墙地震被动土压力研究

基于结构性黄土不同含水量方形试样的三轴剪切试验,研究了非饱和黄土的残余强度效应和构度与强度参数的关系,引入两种效应修正了平面应变统一强度公式,分析了地震荷载作用下墙后土应力莫尔圆的变化规律,采用水平层分析法,建立了综合考虑中主应力、土结构性、残余强度的黄土填料被动动土压力公式。研究表明:平面应变统一强度公式计算得到的峰值或残余粘聚力和摩擦角随统一强度参数b值增大而增大,结构性对粘聚力的增幅较大,而对摩擦角影响则不明显;结构性黄土的地震被动土压力系数随b值、构度指标的增大而增大,而随水平地震系数的增大而减小;结构性较大时残余强度计算的地震被动土压力系数较峰值强度大,结构性较小时,两者计算结果接近。     

变形构造分析的定量化与摩尔圆的引用与发展

20世纪60年代，与板块构造学说建立的同时，在构造地质学中还有一项革新，就是变形构造分析的定量化，从定性描述走向定量计算。定量化的重要标志就是将力学中的摩尔圆引入构造地质学，并且使其改进和发展，在构造地质分析中建立了有限应变摩尔圆，适应了大变形的分析，又建立了极摩尔圆，适应一般剪切的分析。我国地质学家在其中也做出了自己的贡献。     

有限应变测量的关键原理——摩尔圆

20世纪60年代,在板块理论建立的同时,对变形岩石和矿田构造作定量分析以替代定性分析的有限应变测量方法也建立了起来。定量分析的主要标志是将摩尔圆方法从力学引入到地质学,同时也引入矿田构造分析中,并且得到改进与发展。有限应变摩尔圆为分析岩石大变形而建立,极摩尔圆随后为分析广布于野外岩石中的一般剪切变形而建立。我国著名学者李四光在此之前将应力摩尔圆和库仑准则从力学领域介绍到构造地质学,尔后一些中国学者为改进和发展极摩尔圆方法作出了自己的贡献。本文以浅显的方式解释摩尔圆的基本概念和作图方法,附带做些练习和解答。     

岩石有限应变测量反向轮法的计算机CSD软件设计

用计算机实现反向轮法测岩石有限应变的过程, 可提高有限应变测量的准确性和效率.开发出了用Visual Basic 5.0编写的CSD软件, 利用岩石薄片图像或者矿物颗粒轮廓图测出岩石有限应变的大小及应变椭圆长轴方向, 同时测出矿物颗粒分布的优选方位.其操作相当简便, 首先统计出图像中0°~180°各方向上矿物颗粒的边界数目; 然后在方位-边界坐标系中投点, 并利用最小二乘法进行数据点的多项式曲线拟合; 最后求出曲线的极值点坐标, 并根据坐标绘制相应的应变椭圆.软件运行中, 统计出的边界数据和拟合曲线以及应变椭圆图形都是可视的, 并能进行相应的保存.      

极摩尔圆法计算二维平均运动学涡度

通过有限应变椭圆长短轴比(R_s)和长轴与剪切面夹角(α)构建极摩尔圆,本文计算得出二维平面应变平均运动学涡度(W_m)计算公式为W_m=cos ,并以此绘制了W_m关于R_s和α的等值线投影图。公式计算和有限应变数值投影都是计算平均运动学涡度的简捷有效的方法。极摩尔圆计算提供了判定剪切类型(简单剪切,纯剪切,减薄一般剪切,增厚一般剪切)的两种方法:α值判定瞬时应变剪切类型; R_s×tan²α值判定有限应变剪切类型。     

运动学涡度和极摩尔圆的基本原理与应用

运动学涡度是岩石递进变形中非同性的一种量度，利用其对韧性剪切带进行应变分解，确定剪切作用类型是当今构造地质学研究的较新课题。极摩尔圆同时适用共轴和非共为形，是应变分析的一种有利工具，并特别适用于从应变测量数据求取运动学涡度；从力学理论角度对运动学涡度进行了系统而简明的论述，地极摩尔圆的原理进行了推导，提出了它们在韧性剪切带应变分析中的应用。     

The algebraic evaluation of two-dimensional finite strain rosettes

Arrays or rosettes of lines along which the extension or relative extension can be determined constitute finite strain gauge rosettes. Expressions for the principal strains and their orientation in terms of three nonparallel gauge extensions can be established in a suitable form for algebraic evaluation, thus replacing graphical methods based on Mohr construction. Three types of strain rosette problems, including one which utilizes angles, are particularly relevant to the study of deformed rocks. These, together with their relation to grid methods, are discussed and simple examples of their use given. Finally, an approach to the problem of finding best-fitting solutions to overdetermined regular strain rosettes is discussed.     

丹麦法稳健估计在隧道椭圆拟合中的应用

隧道断面在设计时为一标准圆形,受到施工及外部环境的影响变形为偏心率很小的椭圆。减小粗差影响、精确确定椭圆的几何参数是其研究的重点。通过对上海某一隧道断面的测量试验,得出用丹麦法稳健估计可以有效减小粗差的影响,而且拟合值可以很好地逼近无粗差情况下的最小二乘拟合值。采用Matlab 语言实现算法,并详细介绍了用二项式变换求解椭圆参数的方法。     

地基承载力确定的一种方法

根据三轴和直剪试验的特点并以Mohr强度理论为基础建立了Mohr包线的曲线形式。基于弹性理论导出了条形地基在均布荷载作用下塑性区方程,根据方程可以确定临塑荷载及塑性区的范围。与基于直线型Mohr-Coulomb准则建立起来的塑性区方程相比,该方程能反映土体抗剪强度增长随正应力增加逐渐趋缓的特点。算例分析表明：按两种方法计算得出的临塑荷载相差不大,塑性区连成一片时的荷载也基本一致;两种方法得出的塑性区的形状极为相似;随荷载增加,塑性区向下发展的速度比按传统方法得出的结果稍慢。     

高压下尾矿材料幂函数型摩尔强度特性研究

高压下尾矿材料的强度特性是高尾矿坝稳定性分析的基础。理论推导了幂函数型摩尔（Mohr）强度通式 须满足的条件为 , , ;基于高压三轴试验研究了尾矿材料的强度特征,研究表明：幂函数型摩尔强度包络线能较好地反应尾矿材料在高压下的强度特征;尾矿材料在高压作用下试验前、后的颗粒分析结果表明：当围压达到某一阈值时,尾矿材料在剪切过程中将发生颗粒破碎,对于德兴铜矿尾粉砂,阈值为1 200 kPa;对于德兴铜矿尾亚砂,阈值为1 600 kPa。研究成果可为高尾矿坝坝体稳定性评价提供理论依据。     

Avoiding Singularities in the Numerical Solution of the Motion of a Deformable Ellipse Immersed in a Viscous Fluid

Geological materials are largely heterogeneous and are typically comprised of approximately ellipsoidal objects immersed in a matrix with different physical properties. Methodologies for the identification of ancient regional tectonic patterns may be developed based on an understanding of the behaviour of heterogeneous materials. In this contribution, the differential equation governing the rotation of a deformable ellipse immersed in a viscous fluid is considered and is found to contain a singularity when the ellipse becomes circular in shape. This problem is avoided by reformulating the equations using the standard algebraic representation of an ellipse. Thus, the equations can be numerically solved without difficulty.