叶蛇纹岩脆性-半脆性破裂研究

利用Paterson气体介质高温高压流变仪对纯叶蛇纹岩在100~400MPa围压、25~700℃温度和10-5~1.5×10-6s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。实验结果表明叶蛇纹石在低压条件下表现为脆性破裂,高压或脱水条件下表现为半脆性破裂。随着温度的增加,叶蛇纹石的强度显示逐渐降低的趋势;尤其在脱水条件下,温度的增加可导致叶蛇纹石强度大幅度地降低,而且此时预热时间对强度的影响比未发生脱水时更加显著。结合前人的研究并对比发现,围压在室温下的增加导致叶蛇纹岩强度增加;但在高温下围压的增加导致试样强度整体上降低,这很可能是试样内聚力的局部损失与韧性增强引起的。围压和温度的升高,以及断层面上流体的增加很可能会增加破裂面的韧性,从而减小摩擦系数。此外,叶蛇纹石并非以往人们所认为的那样具有极低的强度,其强度要比低温蛇纹石(如利蛇纹石和纤蛇纹石)的大得多,即便在高温(大约600℃)下差应力大于约600MPa和中-低温(≤400℃)下差应力大于约1000MPa时仍没有表现出明显屈服的迹象。在脱水条件下,蛇纹岩并没有发生脱水致脆,相反脱水使得试样的断裂行为变得更加温和些。因此,俯冲带蛇纹岩脱水更可能诱发其周围更加脆性的岩石发生地震而不是脱水的蛇纹岩本身发生地震。     

西北印度洋中脊玄武岩源区地幔特征

利用全球岩石地球化学数据库(Pet DB)中有关卡尔斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)及南中印度洋脊(SCIR)玄武岩的微量元素及同位素组成数据,分析了玄武岩的元素地球化学特征及其沿脊轴的变化,旨在探讨玄武岩源区地幔的(不)均一性及岩浆作用过程的差异。初步研究结果表明:CR、NCIR及SCIR玄武岩组成相近,仅在个别脊段表现有微量稀土元素和同位素组成上的差异,玄武岩整体与N-MORB组成特征相近,与先前通常认为的典型印度洋中脊玄武岩不同。玄武质岩浆主要源自尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,岩浆源区主要由两个地幔端元构成,即以亏损型地幔(DMM)为主(69%),其次为富集型地幔(EMⅡ,27%)。富集组分可能源自古老陆壳物质的混染。自CR经NCIR到SCIR整个印度洋中脊西北分支玄武岩的Sr、Nd及Pb同位素组成表现出均一性,表明岩浆源区地幔组成相近。在SCIR 19°S附近脊段岩浆源区地幔存在有不均一性,有EMⅡ型地幔端元混入的迹象。在CR 3.5°N附近脊段,玄武岩明显富集K、Ba、La及U等微量元素,但由于缺少同位素数据,源区地幔特征有待进一步研究。在上述研究成果的基础上,提出了该区大比例尺的调查填图及密集采样和精细室内分析是CR深入研究的基础,同时加强Sr、Nd、Pb及Re、Os、Be等同位素分析测试,可提供揭示CR地幔不均一性的可靠依据,而厘清印度洋型地幔对CR的影响程度则有助于深入认识地幔不均一性的成因及地幔动力学过程。     

H Odé剪切变形理论在纳米尺度的表象

通常认为岩石是被剪破或张裂的,那么,为何我们能寻觅到位于同压力垂直方向的破裂构造呢?H Odé剪切变形理论给出一个精辟的回答:在塑性或粘-弹性变形中,由于介质的分异作用,存在一个从屈服条件中获得的速度不连续性,这样,其介质就能沿着等速的特征面剪切滑移.该理论亦称为塑性剪切作用准则,之前是从宏观-直观力学表象予以验证,如构造挤压带的破裂面、正压力下Griffith裂隙端点裂开和垂直压力下的碎裂流动等.进而,我们对花岗岩标本实施高温/高压实验,并取其位于轴压垂直方向裂隙的薄壳表层做扫描电镜观测.然后把从其表层观察的具有H Odé力学表象的微纳米现象,同一般剪切作用的屈服效应结构,从3个方面相比较鉴别.（1）粘-弹性变形:高温-高压的实验样品更容易产生塑性压缩容积流动,不仅具粘性也具弹性变形,随之,样品可展现纳米涂层作用和纳米分层作用.（2）纳米尺度结构:纳米尺度颗粒能成为单一纳米粒-纳米线-纳米层结构,且复体的纳米粒可细分成粒状的、线状的和片粒状的结构等.（3）有序组构:尽管H Odé破裂的粒化流动和纹理流动的优选方位,同普通剪切作用相比,处于弱势范畴,然而综合分析观之,这两者的屈服特征是完全一致的.反之,我们应用H Odé剪切理论去研究一些非常规的变形现象,必能拓展纳米地质学的研讨范畴和认知能力.      

饱和黄土卸载特性影响因素研究

黄土边坡开挖过程中常遇到边坡发生变形甚至破坏的情况,不同的开挖速率导致边坡的变形特征也不相同。通过饱和黄土的卸载三轴试验,研究固结围压及卸载速率对卸载状态下饱和黄土的应力-应变特性、孔隙水压力的发展及应力路径的影响。试验表明,固结围压越大,土体破坏所需的偏应力越大,抗剪强度越大;卸载速率越大,对应的偏应力峰值越大,抗剪强度越大。卸载速率相同时,土体卸载初期的超静孔压为负值,增大至正值后孔压的增长速率在其增大过程中逐渐减小;固结围压越大,土样剪切过程中对应的孔隙水压力越大。卸载三轴试验中,土体均表现为应变软化的特性;饱和黄土破坏时的应变均为1%~3%,且固结围压越高,破坏时的应变越小。固结围压相同时,卸载速率越大,孔压增长速率越快,但孔隙水压力值越小。     

武汉鹏湖湾地区老黏土动力响应特性及强度弱化规律研究

岩溶区老黏土在人类工程活动所引起的动荷载作用下,会产生动力变形特性的改变,强度参数也会发生相应的弱化,最终导致土洞上覆盖层结构性的破坏。以武汉市鹏湖湾地区的老黏土为研究对象,结合该岩溶塌陷场地的工程地质条件,开展相应的室内动三轴试验,研究老黏土在围压、动应力比和循环次数等因素变化时的动力响应特性和强度弱化规律,提出其在循环荷载作用下的强度弱化模型。结果表明,随着围压、动应力比及循环次数的增加,老黏土的孔隙水压力有所提高。当其它因素保持不变,且动应力比与循环次数不超过某一临界值时,土体的强度随着动应力比、循环次数的增加而降低,即超孔压的增长引起老黏土强度的衰减。而在围压增长的初期,土体的强度与围压成正比,当围压增大到某一临界值时,老黏土的抗剪强度显著降低。强度折减率随围压、动应力比、循环次数的增加均有不同程度的降低,提取出经验公式,得到的老黏土强度弱化模型具有较高的相关性,进一步得出老黏土的强度弱化机理。     

1804号台风"艾云尼"引发的广州两段强降水分析

1804号台风"艾云尼"给广州带来了近10年最强的台风降水,对期间主要出现的两次强度明显不同的强降水过程的成因进行了对比分析,结果表明:(1)第1段强降水主要是受"艾云尼"外围环流影响,第2段转受其本体环流影响,深厚的低空急流为强降水的产生提供了较好的水汽和不稳定能量条件;(2)第2段强降水过程高低空辐散辐合强度均增大到第1段过程的1.5倍以上,为第2段强降水的增强提供了更好的动力条件;(3)第2段强降水过程水汽通量及辐合强度较第1段明显增强,为降水的增强提供了更好的水汽条件;(4)强的θse平流输送及其随高度的减弱是不稳定能量维持的重要原因.     

宽视场遥感相机像移速度模型及补偿策略

宽视场遥感相机在轨成像期间,受地球自转、卫星颤振、姿态机动等因素影响而产生像移,导致成像质量降低。为此,提出了一种适用于宽视场遥感相机的像移速度模型,并考虑了离轴角对计算精度的影响,推导了离轴三反相机像移速度和偏流角解析式。以某卫星为例,仿真分析了3种典型成像模式下像移速度和偏流角在焦面的分布情况,仿真结果与定性分析结果一致,验证了像移速度模型的正确性。在此基础上,针对侧摆兼具俯仰成像模式,提出了相应的像移补偿策略。补偿效果表明,卫星侧摆35°兼具俯仰35°成像时,采用全局优化偏流角匹配策略能保证整个焦面区域的调制传递函数（modulation transfer function,MTF）均大于0.95（16级）;采用局部优化偏流角匹配策略能保证焦面重点观测目标的MTF大于0.95（96级）;采用提出的像移速度匹配策略在分11组调节行周期情况下,能保证整个焦面区域的MTF均大于0.95（16级）。仿真结果表明,提出的像移补偿策略能有效解决侧摆兼具俯仰成像时的像质下降问题,可为宽视场遥感相机像移补偿提供可靠依据。     

1961—2019年青藏高原中东部夏季强降水与大尺度环流的关系

采用一元线性回归、合成分析等方法对1961—2019年青藏高原中东部71个站点夏季强降水与大尺度环流进行了分析,研究结果表明,近年来青藏高原中东部强降水呈增加趋势。在强降水高值年时,青藏高原中东部水汽辐合加强,中纬度西风和热带地区东风带向极移动加强,高层辐散流场、水汽输送以及上升运动条件,共同作用导致了强降水的产生。在强降水低值年时,青藏高原中东部大部水汽异常辐散,区域内的季风水汽输送减弱,西风带和东风带均向赤道移动减弱,高层为气旋式环流异常。通过风暴轴、波作用通量和E-P通量进一步分析发现,当北大西洋地区风暴轴偏强（偏弱）时,瞬变扰动作用加强（减弱）,使得北大西洋地区高纬度西风加速（减弱）,急流出口区的不稳定能量激发了欧洲西北部的异常反气旋（异常气旋）,并通过Rossby波列调控季风输送,导致了青藏高原中东部地区强降水的变化。     

西藏贡觉粉砂质泥岩工程地质特性与蠕变强度研究

川藏铁路在穿越西藏贡觉地区时遇到三叠系粉砂质泥岩,在高地应力条件下容易发生大变形等危害。文章开展了不同围压下的岩石三轴压缩和和三轴蠕变试验,结合PFC数值模拟,研究了粉砂质泥岩在不同围压下的蠕变特性和长期强度研究,结果表明:贡觉粉砂质泥岩流变具有西原蠕变模型特征,蠕变与常规三轴试验条件下,随着围压不断增大,粉砂质泥岩试样均由拉-剪破坏向单剪破坏过渡,剪切破裂面与水平线的夹角逐渐减小,微裂纹数量减少;蠕变试验相较于常规三轴试验,由拉应力引起的压碎带影响范围更广;在高围压条件下,粉砂质泥岩更容易发生流变,随着围压的增大,轴向应变、侧向应变和体积应变均增大,微裂纹数量呈下降趋势;瞬时弹性模量及黏弹性系数与围压呈线性递增关系,黏弹性模量与围压呈对数型增长关系,黏塑性系数与围压呈指数型增长关系。在荷载长期作用下,岩石长期强度低于瞬时强度。     

煤岩体孔隙结构应力特征的数值模拟研究

为了探究不同加载方式下煤岩体孔隙周围的应力分布规律,通过CT三维重建技术构建含有不同孔隙形状的煤岩体骨架模型,并利用ABAQUS软件进行单轴、三轴压缩实验模拟。结果表明,球状孔隙结构在单轴压缩条件下,上下区域表现为拉应力集中,左右区域表现为压应力集中。不同倾角的椭球状孔隙结构其长短轴区域的应力集中类型不同。单轴压缩过程中,轴向加载速度影响球状孔隙周围的Mises应力峰值和σ₁应力的变化;三轴压缩过程中,孔隙结构依然经历了压密、弹性、塑性和破坏4个阶段,较低的围压条件使得弹性阶段“应力-应变”曲线与“应力-时间”曲线高度重合。从微观角度为煤岩体力学研究提供了一种新的方法和思路。