关于岩石圈有效弹性厚度的地质理解

简要回顾了岩石圈均衡理论的发展及岩石圈区域均衡和挠曲理论在岩石圈动力学研究中起的作用,阐述岩石圈有效弹性厚度(Te)的概念和特征。强调Te的研究是地质学和地球物理学的紧密结合,即通过岩石圈挠曲理论和区域均衡原理,对地形和重力资料进行谱分析计算,来获取岩石圈的物理性质信息。计算的Te(和相应的挠曲刚度)是岩石圈等效的强度,与爆破地震、地震层析成像和大地电磁测深等方法观测到的岩石圈和地壳厚度不同,它们之间只有通过岩石圈的屈服刚度包络面(YSE)才能比较。大洋和大陆岩石圈YSE的理论计算,表明Te值显著小于地震学的地壳和岩石圈厚度。尤其对于大陆岩石圈,地壳厚度、热年龄和应变率均可显著影响岩石圈的强度。本文还以滇西为实例介绍了对相干值曲线计算的新认识和当前岩石圈Te研究的最新趋势。     

全球Argo资料共享与服务平台设计与实现

Argo资料已成为海洋环境和气候变化研究重要的实测资料来源和基础数据支撑。自2007年全球Argo实时海洋观测网建成以来,每年产生的Argo资料稳固增长,数据总量呈现出海量增长趋势,如何实时有效地对Argo数据进行组织管理与信息服务已成为当前Argo资料共享的关键难题。本文针对Argo数据多源异构的时空特性及多元化的信息服务需求,综合运用分布式混合数据库架构,设计了一种适用于全球Argo资料组织管理的弹性扩展云存储模型,建立了基于Matlab的Argo网格化产品高效可视化方法,构建了基于Flex RIA的WebGIS服务框架,并研制了"全球Argo资料共享与服务平台"实例。平台实现了对全球Argo资料的查询浏览、快速下载及可视化分析等功能,并已在中国Argo实时资料中心部署及对外服务。     

基于模型理论和遗传蠕变理论的改良膨胀土非线性流变研究EI北大核心CSCD

为研究膨胀土非线性流变,取水泥改良膨胀土样进行长期一维压缩试验,得到了改良膨胀土在不同应力水平下的应力-应变等时曲线簇。将曲线反映的非线性流变分解为线性黏弹性蠕变变形、线性黏塑性蠕变变形和非线性黏塑性蠕变变形三部分。基于模型理论和遗传蠕变理论建立了各部分流变模型,其中在线性黏弹性蠕变变形和线性黏塑性蠕变变形部分采用模型理论建立元件模型,在非线性黏塑性蠕变变形部分运用遗传蠕变理论建立积分蠕变方程,结合试验数据拟合出材料和方程参数,用该模型得到的蠕变曲线与实测结果能较好吻合。     

对称荷载正多边形孔洞弹性应力解析逼近方法EI北大核心CSCD

提出一种简单有效的计算方法,求解对称荷载作用下含正多边形孔洞无限平面体的弹性应力解。将孔洞内边界向两侧延伸至应力可忽略的远处,其外侧构成半无限平面体。相邻两个半无限平面体有一个公共域,其中一个半无限平面体顶边延伸至相邻两个半限平面体体内。孔洞内边界上面力是已知的,延伸至两相邻半无限平面体体内的顶边上面力可先假设,由弹性理论求出半无限平面体体内应力,再计算相邻半无限平面体顶边上面力,根据对称性得到本半无限平面体顶边上面力改进值,迭代求解直至收敛。该方法具有计算过程简单、精度高等优点。算例分析表明,该方法求解的工程尺度下孔洞周边应力场与复变函数方法、有限元方法计算结果吻合,拟合计算的孔边角点处应力奇异性次数与理论解基本一致。     

植物根系对低液限粉质黏土边坡浅层土体抗剪强度影响的试验研究

随着生态平衡和环保日益得到公众的认同和重视,工程边坡的生态修复与防护技术得到发达国家的重视,生态防护成为边坡灾害防治和水土流失控制的首选方案,代表着边坡防护的发展方向。本文采用等应变直剪仪对两种种植在低液限粉质黏土边坡上的抗旱耐瘠植物的根-土复合土体及素土进行室内剪切试验,探讨不同根系密度和含水量对抗剪强度的影响,结果表明:随着垂直压力的增加,土体抗剪强度随之增加;根系能显著增加土体抵抗剪切破坏能力,其中沙打旺提高土体抗剪强度的效果较锦鸡儿明显;随着根系密度的增加,抗剪强度随之增加;随着土体的含水率增加,根-土复合体抵抗剪切能力先增加后减小;植物根系对土体的内摩擦角影响不大,但对黏聚力影响较大,根-土复合土体抵抗剪切破坏的能力主要由黏聚力的提高决定。本文研究成果对华北地区低液限粉质黏土公路边坡生态防护技术及采煤矿区环境生态治理工程中的植物选择和配置,均具有重要的意义。     

高地应力条件下锦屏一级主厂房围岩松弛深度形成规律和支护时机研究

近年来我国西部已建成发电或正在建设的一批大型、特大型水电工程,其地下洞室群多处于高山峡谷地区,地质条件复杂、地应力较高。受高地应力影响,施工期洞室群围岩易出现不同程度的变形破坏,并常常导致超常规深度的围岩松弛。本文结合锦屏一级水电站主厂房围岩松弛长期物探检测成果,系统分析了围岩松弛深度的形成、发展和演化趋势,再采用数值分析手段,通过围岩位移、塑性区发展趋势来研究最佳支护时机,研究表明:高地应力地区厂房轴线宜尽量与最大主应力σ₁方向平行,能有效减小时效变形导致的不同部位不同程度的围岩松弛;洞室分层开挖时,围岩松弛深度的80%在本层开挖后间隔2～3层时形成;相比开挖后滞后支护,及时支护围岩位移量、塑性区明显较小,因此及时支护为最佳支护时机。研究成果对高地应力条件下大型地下洞室轴线选择、支护设计、支护时机选择具有参考意义。     

基坑悬臂支护桩的双参数有限差分算法研究

在现行基坑规范建议的单参数法的基础上,推导了基坑悬臂支护桩双参数弹性地基有限差分法,将支护桩视为整体,等距离离散化,采用统一的有限差分格式以简化求解格式,并对计算出的土反力超过极限被动土压力的部分进行应力修正,有效地提高了计算精度与效率。以实际工程为例,根据现场监测值反演出地基抗力双参数m和n,将有限差分法的计算值与实测数据进行对比,结果显示吻合良好。从而说明在满足相同精度的条件下,该有限差分法更简便,更具优势。同时讨论了抗剪强度参数及嵌固深度等因素对应力修正的影响,获得了一些有益于工程的结论。     

采空区输气管道弹性变形分析

近年来输气管道工程的大规模建设,其不可避免地要通过一些煤矿采空沉陷区和地质构造复杂区域。煤矿采空沉陷区的地表移动变形必然会使上覆的输气管道发生变形、甚至破坏,因此,分析与预测煤矿采空区地埋输气管道的安全性具有重要意义。本文以西气东输一线为例,依据弹性理论分析计算,当管道下伏分别为土体和岩体时,输气管道破坏时的岩土体垮塌宽度,并统计在垮塌影响范围一定的条件下,岩土体垮塌宽度与管道变形及最小曲率半径之间的规律。结果表明,管道的弯曲变形与垮塌宽度之间呈递增关系。     

植被作用下土壤抗剪强度和径流侵蚀力的耦合效应

利用野外径流小区动态监测和人工模拟降雨试验,阐明了草被和灌木的减流减沙效应,从力学层面揭示了坡面侵蚀产沙的过程机理。结果表明,与裸地相比,野外坡面草地和灌木地径流量分别减少28.1%~56.5%和85.7%~100%、产沙量分别减少84.9%~90.7%和98.5%~100%;在人工模拟降雨强度下,草地和灌木地径流量分别减少51.9%~90.9%和61.7%~80.6%、产沙量分别减少93.6%~99.2%和95.5%~99.2%;植被具有明显的增强土壤抗剪强度的作用,不同植被坡面抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;不同下垫面条件下土壤黏聚力与坡面径流量和侵蚀产沙量呈显著的负相关关系,随着黏聚力的增大,径流量和侵蚀产沙量呈下降趋势;草地和灌木地坡面侵蚀临界径流切应力分别为裸地的2.64~3.16倍和2.44~3.18倍,建立了不同被覆坡面临界径流切应力与土壤抗剪强度和黏聚力的关系。研究结果对定量评价植被减蚀作用和深化土壤侵蚀力学过程有一定的参考意义。     

基于自适应松弛Picard法的高效非饱和渗流有限元分析

有效地模拟非饱和渗流过程对土质边坡稳定性分析、土石坝渗流、污染物迁移等众多领域有着重要的意义。描述非饱和渗流的Richards方程是具有强烈非线性的偏微分方程,通常需要采用有限元等数值方法并结合有效的迭代方法进行求解。Picard迭代法是实用的非线性计算方法,在非饱和渗流领域应用广泛,但经常会出现收敛震荡、速度缓慢和精度降低的问题。为提高计算性能,结合有限元法提出了一种高效的自适应松弛Picard法。通过模拟一维和二维渗流算例,并与传统方法的结果进行对比,对算法和程序的准确性、高效性和鲁棒性进行了验证。测试结果表明,该方法可以在保证计算精度的同时有效地减少数值震荡,提高收敛速度。研究成果对非饱和渗流有限元程序的开发和应用有一定的参考价值。