俯冲带温度条件下橄榄石中硅氧四面体的非谐振动:透射红外光谱研究

橄榄石既是上地幔的主要矿物,又是俯冲板块的主要矿物。在正常地幔温度条件下,橄榄石中原子之间的振动是非谐振动,这已成为学界共识;然而,对于俯冲带的较低温情况,橄榄石中原子之间的振动的非谐性是否重要,目前还没有比较一致的结论。本研究利用透射红外光谱的方法,系统研究了室温下不同厚度橄榄石中硅氧四面体的红外光谱特征,并着重对其在2100~1500cm-1区域形成的二倍频峰/合频峰进行了指认。在此基础上,本研究通过采集不同温度下的透射红外光谱数据(最高温度达约450℃),确立了橄榄石中硅氧四面体的相应基频峰及二倍频峰峰位对温度的依赖性,进而得出其相应红外振动的非谐系数(χ)随温度(T)的变化关系,具体为:χ838=6.37(2)×10-7×T+0.0014(1)及χ993=7.86(3)×10-7×T+0.0015(1),其中温度的单位为℃。外推到600℃时,有χ838=0.0018(1)及χ993=0.0020(2)。这些结果表明,在俯冲带的较低温条件下,橄榄石中硅氧四面体的内部振动的非谐性可能不重要。     

钻柱振动特性的仿真分析

钻进过程中,钻柱振动是不可避免的,而且钻柱产生振动的原因是多方面的。随着研究的深入,人们不仅认识到钻柱振动对钻井作业产生的负面影响,还认识到利用振动可以得到许多井下信息。运用一根钻杆模型,分析了其在不同工作状况下的振动特性,得到了钻杆在横向、纵向、扭转振动的多阶振型,以及对应的应力应变图。对照振型和应力应变图,联系钻井实践中各种钻柱失效形式,以期从中找出一些振动与钻柱失效的关联,更好地利用振动去解决生产问题。     

缺损桩的导纳谱判别法及应用

利用振动工程中的模态分析技术,对桩基系统的振动特性进行研究。根据桩基系统的集中质量参数振动模型,对完整桩和各种缺损桩模型的导纳谱进行了大量的正演计算,按照导纳谱特征与桩基的缺损类型及缺损位置之间的对应关系,编制了相应的判读软件DSP1.0系统,实现了桩基完整性以及缺损桩缺损位置和缺损性质的计算机自动判读。     

系统自振对绝对重力仪的影响模式分析

隔振问题是绝对重力仪研制中的关键技术难题之一。在自主研制"小型mGal级绝对重力仪"过程中发现,除了需要克服地面振动的影响之外,系统自振的影响也不容忽视,最大能达到mGal量级。通过对研制样机实验观测结果的分析,研究了系统自振产生的原因以及对系统偏差与观测内符合精度的影响模式,并给出了改进方案,以消除"系统自振"的影响,提高研制仪器的观测精度。     

A Numerical Study on the Screening of Blast-Induced Waves for Reducing Ground Vibration

Blasting is often a necessary part of mining and construction operations, and is the most cost-effective way to break rock, but blasting generates both noise and ground vibration. In urban areas, noise and vibration have an environmental impact, and cause structural damage to nearby structures. Various wave-screening methods have been used for many years to reduce blast-induced ground vibration. However, these methods have not been quantitatively studied for their reduction effect of ground vibration. The present study focused on the quantitative assessment of the effectiveness in vibration reduction of line-drilling as a screening method using a numerical method. Two numerical methods were used to analyze the reduction effect toward ground vibration, namely, the “distinct element method” and the “non-linear hydrocode.” The distinct element method, by particle flow code in two dimensions (PFC 2D), was used for two-dimensional parametric analyses, and some cases of two-dimensional analyses were analyzed three-dimensionally using AUTODYN 3D, the program of the non-linear hydrocode. To analyze the screening effectiveness of line-drilling, parametric analyses were carried out under various conditions, with the spacing, diameter of drill holes, distance between the blasthole and line-drilling, and the number of rows of drill holes, including their arrangement, used as parameters. The screening effectiveness was assessed via a comparison of the vibration amplitude between cases both with and without screening. Also, the frequency distribution of ground motion of the two cases was investigated through fast Fourier transform (FFT), with the differences also examined. From our study, it was concluded that line-drilling as a screening method of blast-induced waves was considerably effective under certain design conditions. The design details for field application have also been proposed.     

混凝土单桩对瑞利波的阻隔机理试验研究

通过室外试验的方法绘制相对加速度的二维等值线图,并依据桩周土体的振动情况进行区域划分,进一步研究单桩几何尺寸变化时其周围土体振动区域的变化情况。结果表明:单桩桩前、桩两侧存在振动加强区,桩前的振动加强现象更强,以桩角处尤为明显;当桩长与波长的比值在0.109～0.840时,隔振区、反射区的面积增长幅度较大,而绕射区的面积则迅速减小,当比值在0.840～0.962时,隔振区、反射区以及绕射区的面积变化很小,数据趋于缓和;桩径与波长的比值对桩周振动区域的影响较大,随着比值在0.013～0.163之间增大,隔振区与反射区的面积分别增加了0.249 m~2、0.129 m~2,增长的速率均较快,而绕射区的面积以较快的速率降低了0.088 m~2;振源距与波长的比值对隔振区与反射区的面积影响较大,当比值在0.163～0.961时,隔振区与反射区的面积急速下降,当比值在0.961～1.068时,变化趋势趋于缓和,对于绕射区面积,随着比值的增加,绕射区的面积仅仅增加了0.037 m~2。     

地铁列车曲线运行引起学校建筑物振动响应分析

地铁以其快捷、准时、运量大等优点,已成为重要的轨道交通形式,但由此引起的环境振动问题日益突出。针对杭州市地铁3号线曲线地段的某中学建设工程,利用有限元软件ABAQUS,对车辆-普通整体道床轨道系统的竖向耦合模型进行振动响应分析,得到考虑轨道高低不平顺影响的轨道振动源强。应用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立双孔平行曲线盾构隧道-土-桩-建筑物系统的三维有限元模型。以轨道支点力作为激励对地铁列车运行时的隧道-土-桩-建筑物系统的振动响应进行计算,研究地铁振动波在地层中的传播规律和建筑物的动力响应特性。根据相关环境振动控制标准对建筑物的振动舒适性进行评价。结果表明：轨道加速度和扣件动支点力的最大值分别约为40 m/s²和30 kN;地层和建筑物的振动以竖向为主,水平Y向振动略大于水平X向振动;地面加速度随着距隧道中心线距离的增加而逐渐衰减;各建筑物楼层的振动主频位于16~40 Hz;部分建筑物楼层的振动响应水平已超出了规范的限值要求,建议对地铁轨道或建筑物采取适当的减振措施。     

爆破振动下围岩支护锚杆动力响应解析解

为了研究爆破掘进施工对巷道支护锚杆的影响,采用结构动力学理论,从理论上推导出了锚杆在爆破地震波作用下的振动规律,计算出锚杆上的位移、振速、轴力随时间的变化,研究了黏结式锚杆在爆破动荷载作用下的动力响应特征。结果表明：自由段锚杆的轴力和轴向振速呈现指数型衰减,而锚固段锚杆的轴力和轴向振速以及剪应力呈现正弦变化,整体表现为先增大后减小。锚固长度对锚杆振动效应影响较大,不同锚固长度时锚杆受力状态不同,在锚杆满足抗拉强度的前提下,可以适当减小锚固段长度。剪切刚度对锚杆的振动有一定的影响,剪切刚度越大,锚杆与锚固砂浆之间的剪应力也越大。故为了防止锚杆不发生剪切破坏,尽量选择剪切刚度较小的锚固剂材料。研究成果对掘进爆破安全技术的提高具有一定的指导意义。     

砾钢渣抗液化特性试验研究

陈化的钢渣作为土工回填材料是废弃钢渣循环利用的主要途径之一。按土的工程分类方法,将废弃钢渣划分为砾钢渣、粗钢渣和细钢渣。针对砾钢渣,考虑固结应力比、振动频率、围压和含砾量等影响因素开展动三轴试验研究。分析了砾钢渣的应力、应变和动孔隙水压力的特性,分析了砾钢渣试样的动强度与振动次数、动应变与振动次数、孔隙水压力与振动次数和动应力与动应变关系。采用Seed和Finn提出的饱和砂土动孔压计算模型分析砾钢渣的动孔压曲线类型,并与传统砂砾土的抗液化强度进行比较。得出砾钢渣的抗液化特性较好,工程中可以用砾钢渣替代传统的砂土、砂砾土、砂砾料和砂卵石作为回填料,解决砂砾资源日渐短缺的问题。     

超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验

振动有助于碎岩,以往关于振动碎岩机理的研究大多在低频率段展开。为填补超高频率段下振动碎岩机理的空白,采用单轴动静组合加载模式,开展了超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验研究,其中超声波振动频率为20kHz,预压范围为100～500N。研究结果表明:当预压小于200N时,岩石内部应力状态无法满足强度准则,岩石强度下降不明显;当预压大于等于200N时,岩石强度随振动时间的增加而逐渐降低且存在最优预压力值(400N)使得岩石强度最低。缩短振动频率与岩石固有频率的差值有利于提高超声波振动碎岩效率。