位移、速度双输出传感器的试验研究

位移、速度双输出传感器系用65型速度传感器改制而成,这种传感器能在同一瞬时输出位移、速度两种不同的信号。位移信号通过差动变压器产生,而速度信号通过磁蕊和线圈的相互作用产生。本传感器可用于土中振动位移、速度等参数的测量,它具有高的灵敏度,使用频率范围为2～50赫兹,经现场实测,效果良好。     

JJX型井斜仪的调节

JJX型井斜仪,是目前使用较广的电测井斜的仪器之一.这一仪器常因电桥失谐而产生故障,而电桥失谐是由于长期使用中,受外界物理条件的变化,影响到电桥参数的改变所致.因此,处理这类故障,就不能用更换备用的灵敏元件及其度盘的办法去解决,而应从根本上,即对电桥进行调节,以求得较彻底的解决(图1).要寻求电桥的合理调节方法,必先清楚地了解仪器中电桥的结构,并找出电桥测量臂与其它臂间的函数关系.     

基于LVDT的小应变三轴仪研制及其软土试验应用

研制了基于LVDT（线性可变差动变压器）传感器的高精度小应变三轴仪,详细介绍了该三轴仪的结构、传感器特性及小应变测量的技术细节。三轴仪采用电控调压阀控制轴压和围压,同时可用电机驱动施加轴压,进行各种复杂应力路径的应变或应力控制三轴剪切试验。针对信号干扰等影响微小位移测量精度的问题,提出了恒温、接地、使用高精度直流电源等措施,并利用中值滤波的方法有效提高了LVDT局部位移计的测量精度。利用安装有LVDT位移传感器的三轴仪对上海软土进行K0固结不排水剪切试验,成功获得上海软土在0.001%～0.1%小应变范围内的割线模量变化情况;确认了LVDT位移传感器能够获得比霍尔效应局部位移计更小应变范围的软土割线模量,指出自主研制的设备比黑盒子产品更有利于实现测量精度的提高。     

用于断层测量的温度补偿光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器

针对光纤EFPI传感器通常尺寸很小,而断层尺寸相对较大,导致光纤EFPI传感器在待测断层处安装不便的情况,提出了一种可用于断层测量的光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器.两根陶瓷插芯从陶瓷套管的两端插入构成EFPI结构,通过使用金属内管和金属外管,增大了光纤EFPI位移传感器的尺寸;并且金属外管的两端采用O型圈密封,因此该EFPI位移传感器能够防水防尘.为了消除温度对EFPI位移传感器的影响,两根金属内管采用了不同热膨胀系数的材料在结构上进行温度补偿.在温度连续变化的环境下,对腔长为718.39 m的EFPI位移传感器进行了测量.测量结果显示,经过温度补偿设计后,位移传感器的温度系数由0.14 μm/℃下降到了-0.04 μm/℃,并呈现过补偿.     

用生物标志物定量计算混合原油油源的数学模型

多烃源层叠合盆地混源油油源的定量计算是十分困难的问题.典型原油的人工混合配比实验显示,当两个生物标志物浓度不同的原油相混合时,各类生物标志物的比值参数随端元原油混入量呈非线性变化,以生物标志物比值参数和简单的二元线性关系方程定量计算混源油的混合比例将导致错误的结论.三个或者三个以上原油相混合时,各类生物标志物比值参数的变化更加复杂,各端元原油的贡献更加难以判识.但是,人工混合模拟实验表明混合油中生物标志物绝对含量与端元油的混入量呈线性关系,数学推导证明了这种线性关系,由此推导出相应的数学计算模型,其中:二元混合时比值参数与混入量呈双曲线关系,三元混合呈双曲面关系,四元及其以上的多元混合呈多维曲面,可以矩阵的方式定量计算各端元油的比例.依据这些数学模型,应用生物标志物的绝对含量和(或)生物标志物比值参数均可以定量计算出混源原油中各类原油的贡献比例.数学模型比通常的人工模拟实验方法更加经济、方便、精确和可靠.     

瞬变电磁感应式天线分布电容零相位测试方法与应用

瞬变电磁感应式接收天线处于临界阻尼状态时,主输出信号才是纯目标体的感应信号。这种临界阻尼状态与接收天线的电感、分布电容以及电阻等电参数有关,其中电阻、电感值可以通过频谱仪直接测量得出,但是分布电容无法直接获取。为了能够研制高性能接收天线,本文提出了一种精确计算接收天线分布电容的方法。首先,构建瞬变电磁感应式接收天线等效电路模型;然后,推导输出信号零相位的谐振频率计算公式;最后,通过测量天线的谐振频率,并计算分布电容。为了验证了此方法的可行性,采用标准电容与计算电容比对,并测试了不同类型瞬变电磁感应式天线,测试结果表明:用零相位法计算分布电容精度高,方便快捷,可用于设计和制作高性能瞬变电磁感应式传感器。     

岩土力学研究的一些反思

传统三轴试验径变形的测量多采用链式环状传感器,假设试件为对称破坏,呈X型或沿中心轴对称破坏为合理测量方式,绘制偏应力与体积应变曲线斜率没有意义,如果在三向等量加卸载下斜率具有含义。弹性阶段比例极限和峰值应力恒定,外加应力大于比例极限应力时比例极限和峰值应力随损伤变化。破坏区荷载与位移关系曲线是材料力学与结构综合体现,应将应力和应变改为视应力与视应变;传统的迟滞回线面积是能量耗散表征是不正确的,应是能量存储、转换和耗散表征;沿中心轴破坏应为拉破坏,能很好地解释岩体中拉裂纹现象,因此提出循环加卸载试验以卸载曲线线性段作为材料参数确定依据。对于孔隙连通材料,施加应力大于比例极限应力,在不排水任意应力状态水压力卸载至0,以卸载曲线的线性段决定相应材料参数,建议传统三轴试验改为50 mm×50 mm×100 mm六面体试件。在比例极限应力内,损伤变量恒定,在外加应力大于比例极限应力时,沿应力主轴各方向损伤演化不一致,且随应力路径变化。     

简单产状刻度器

从美国引进的QLP/QLM—4582小径岩层产状仪是三臂式的小径仪器。仪器的上部是测量H_x、H_y、H_z三个磁场分量与I_x、I_y两个重力分量,用以确定钻孔倾角及其倾斜方位角,仪器的这部分可用井斜仪校验台标定,仪器的下部是测量岩层倾角用,测量三个高程差的微聚焦电极系安装在互成120°角的带推靠的三个井径臂端,其各中心电极为10mm×10mm的矩形。电极的岩层分辨率为10mm。在孔径为100mm的钻孔中,岩层缓倾斜时的倾角分辨率为5°42′,该部分的标定比较麻烦。为此1986年研制了简易产状刻度器,经过试验取得了一定效果,现介绍如下:     

基于亚像素角点检测的试样变形图像测量方法

作为一种数字图像测量方法,亚像素角点检测能够在数字图像中可以发现角点的亚像素精度的位置（简称亚像素角点检测方法）。在土工三轴试验中应用该方法使得试样的变形测量更加简便。通过使用高精度标定板,对该数字图像测量方法进行了精度分析,结果表明亚像素角点检测方法的轴向和径向测量的标准差都达到了0.02个像素,相对测量精度达到10-4数量级。在三轴压缩试验条件下,同时使用高精度位移传感器和该测量方法对小变形的干性试样进行了变形测量,证明亚像素角点检测方法对试样变形的测量结果是精确可靠的。     

基于磁偶极子模型水平钻进目标定位的算法研究

在地下水平定向钻进技术中,为了实现水平定向钻进中的轨迹监控和精确导向,需要实时获取地下钻头的空间位置和姿态参数。这里基于磁偶极子模型下的磁场表达式,推导出采用通电螺线管线圈产生一个类似于磁偶极子的静磁场与时谐场的磁场分布。通过非线性和线性算法,对源端钻头与目标端的距离和相对方位进行定位,从而提高了它们的相对位置的测量精度。同时利用磁定位的非线性算法和线性算法,使其目标误差最小,精度高,速度加快,稳定可靠。     

岩石电容——电介质电容之一

岩石是电介质之一.发现了岩石具有电容性,就应该探讨电介质是否具有电容性.本文根据岩石充放电一次电压和二次电压得到的岩石电容性给出了电介质电性模型.依据介质为电容电阻串联的新的模型,利用跨学科的前人对黄铜矿、黄铁矿、玻璃、云母、琥珀以及聚乙烯胶囊的时间域和频率域实验数据进行验证,并进一步与介电常数经典理论对比验证.验证结果表明,新模型的电性参数关系与黄铜矿、黄铁矿、玻璃、云母、琥珀及聚乙烯胶囊实测电性参数关系非常吻合;新模型适用于各种时间的弛豫以及直流和交流环境;新模型也完全能表达各种介电常数和电损耗的关系.主要结论有,介质是漏电的含有内阻的电容;它可以看作若干含内阻电容和漏电电阻的并联电路;介质的阻抗及等效电容取决于介质的电容、电容内电阻、介质电阻及频率;岩石电容是电介质电容的一种.     

小浪底水利枢纽地下厂房岩体支护效果数值分析研究

介绍了小浪底水利枢纽地下厂房岩体力学行为数值分析的过程和方法,包括采用的屈服准则、三维几何模型、岩体力学参数、地应力场、开挖过程模拟和支护结构模拟方法。给出了1.0和0.8两种侧压力系数下,无支护结构、无预应力锚索有锚杆有衬砌、有预应力锚索有锚杆有衬砌3种情况的计算结果,研究结果表明：（1）支护结构对限制围岩位移和塑性区开展作用不大,但对于固定松动破碎岩块、防止洞周局部崩塌脱落有不可缺少的作用;（2）开挖过程对预应力锚索拉力影响不大;（3）开挖过程引起混凝土衬砌较大拉应力,围岩表面的钢筋网,对于限制衬砌开裂和防止其脱落,有重要作用。     

地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡极限分析

针对地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡典型模型,提出了一种地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的极限分析改进方法,该方法考虑了边坡极限状态时锚索的受力变化。基于岩体刚性假设并考虑滑移过程锚索受力变化,结合极限平衡法推导出边坡加固预应力锚索的受力变化公式;地震作用仅考虑地震波传播至滑动面时产生的透射波对边坡稳定性的影响,从功率的角度出发,结合极限分析上限法与强度折减法,考虑预应力锚索受力变化,推导出地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的动安全系数计算理论公式;结合算例,采用考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化两种计算方法,分析了在不同入射波波幅、入射角度及滑动面黏聚力、内摩擦角条件下两种方法计算结果的差异。算例结果表明：考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化计算方法,计算得出的动安全系数变化规律一致,但考虑滑移过程锚索受力变化的改进计算方法得出的动安全系数动态变化幅度明显更小,反映了锚索的抗震作用效果,可为地震作用下该类型岩坡的预应力锚索加固设计分析提供参考。     

Composition,physical properties and origin of sodic anorthites from the ejected plutonic blocks of the Soufrière Volcano,St. Vincent,West Indies

Three complete analyses and one partial analysis are recorded of unzoned sodic anorthites having compositions An_94,9, An_94,0, An_92,7 and An₉₂ (mol per cent). Although crystallising at a high temperature the K and Sr contents are low. X-ray parameters show the material to be in a relatively high structural state comparable with material from Japanese volcanics. Available data indicate small but real differences in optical parameters between sodic anorthites of volcanic and plutonic origin but this needs further clarification. Refractive indices and specific gravities of the analysed samples are also recorded. Anorthite (An₉₀-An₁₀₀) occurs widely as phenocrysts in basic lavas and as crystal ejecta in the calc-alkaline rock suites of the circumoceanic islands. Anorthite can be precipitated from sub-alkaline magmas under certain conditions and does not require the postulation of special magmas or of contamination. It is apparent that factors other than the normative feldspar composition of the magma determine the composition of the plagioclase precipitated. Evidence from experimental work on synthetic systems indicates that an increase in both hydrostatic pressure and water vapour pressure will influence the plagioclase composition but it is not possible to evaluate these effects fully at the present time. The occurrence of anorthite is interpreted as evidence of extensive crystal accumulation at depth from fractionating basic magmas in circumoceanic calc-alkaline suites.     

Application of capacitive deionization technology to the removal of sodium chloride from aqueous solutions

Capacitive deionization has been developed as a promising desalination alternative for removing ions from aqueous solutions. In this study, the evaluation of capacitive performance was carried out by galvanostatic charge/discharge and cyclic voltammetry experiments. The good capacitive and electrosorption behaviors suggest carbon aerogel not only treated as an electrical double layer capacitor, but also as a potential electrode in capacitive deionization processes. Also, the capacitive deionization characteristics indicate that electrosorption/regeneration can be controlled by polarization and depolarization of each electrode. It implies that sodium and chloride ions are electrostatically held to form electrical double layer on the surface of charged electrodes. The electrosorption performance at different applied voltages and solution concentrations was investigated. It is found that the removal of sodium chloride increases with increasing applied voltage and solution concentration, resulting from stronger electrostatic interactions, higher concentration gradient, and less double layer overlapping effect. Based on Langmuir isotherm, the equilibrium electrosorption capacity at 1.2 V is determined as 270.59 μmol/g. Under this condition, due to the presence of micropores associated with the double layer overlapping, the effective surface area for electrosorption of ions at 1.2 V is estimated in the range of 12.18–14.25 % of the Brunauer–Emmett–Teller surface area. The results provide a fundamental understanding of electrosorption of ions and help promoting capacitive deionization technology for water purification and desalination.     

基于多元统计方法的河流水质空间分析

基于聚类分析和判别分析探讨了河流水质空间分析方法,旨在识别采样点的空间相似性与差异性,从而为水质监测网络优化提供支持。该方法首先利用kurtosis和Skewness检验数据分布特征和进行数据对数转化与标准化处理;然后利用聚类分析进行空间相似性分析,确定空间尺度分类情况;最后利用判别分析识别显著性污染指标,以此反映上述空间尺度分类的差异性。以香港后海湾水质管制区为例,结果表明:①通过对数转化显著改善数据分布特征,使绝大部分污染指标呈正态或接近正态分布;②该区域采样点在个案链锁距离与最大链锁距离之比(D_link/D_max)×100<35处明显分为3类,它们分别代表轻度、中度、重度污染3种类型,且后两者属于采样点主要属于营养盐和重金属污染类型,需要控制其生活污水、畜牧污染、工业污染和地表径流污染;③后退式判别分析具有良好的指标降维能力,仅需7个显著性污染指标(pH,NH₃-N,NO₃-N,F.coil,Fe,Ni和Zn)可以反映整体水质的空间差异性,且具有90.65%的正确判别能力;④归纳起来,从3类采样点中选择一个或多个、监测7个显著性污染指标即可全面反映后海湾水质管制区的水质空间特征,实现水质监测网络优化。     

预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律,得到了有益的结论：（1）边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后,预应力锚索内力开始迅速增加,越靠近坡脚的预应力锚索,内力增加越明显,可以监测坡脚处锚索内力变化,评价边坡稳定状态;（2）对于高陡边坡,绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力,不能提高滑动面的抗剪强度;（3）预应力锚索加固高陡边坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。     

利用Hudson裂隙模型分析井径变化对声波测井响应的影响

裂隙性介质因其复杂的结构和可观的藏储量一直是资源勘查领域的重点研究对象。基于Hudson裂隙理论对裂隙介质中不同裂隙参数（数密度、角度、纵横比）下变化井径的井场响应进行数值模拟,得到如下结果：在裂隙数密度较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较大的情况下,斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较小的情况下,横波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙纵横比较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在频率-波数二维谱中,随着井径的增大,波动激发强度峰值所在的频率带以及波动的首次激发频率都向低频区域移动。由此认为：弹性波在裂隙性介质中传播时在受井径变化的影响下产生规律性响应,应用Hudson裂隙理论模拟裂隙介质的井场响应可以系统地分析裂隙参数和井径变化对声波传播规律的影响,进而指导实地裂隙储层声波测井勘探工作。     

利用自补偿技术提高LVDT传感器的稳定性

本文阐述了一种用双次级线圈构成线性变化差动变压器(LVDT)传感器的新方法。这种传感器具有补偿由于环境温度变化,以及传感器激励不稳定等因素影响的能力。实验结果表明,这种具有补偿能力的传感器性能稳定,可在各种环境中使用。     

砂岩储层孔隙保存的定量预测研究

对北方地区若干盆地的砂岩孔隙发育特征的研究表明,地温场、地质年代和盆地沉降方式对砂岩孔隙的演化和保存有制约作用。地温梯度每增加1℃,砂岩孔隙度平均减小约7%;在地温梯度2-4℃/100m范围内,有效储层的保存深度差异可达2500-3000m.地质年代每增加1Ma,砂岩孔隙度降低约0.018%-0.009%.地层超压可最大保存5%-7%的孔隙度。盆地沉降方式不同引起的孔隙保存量的差异为2%-5%,相应的有效孔隙保存深度的差值约1000m。