A Generalized Backward Euler algorithm for the numerical integration of an isotropic hardening elastoplastic model for mechanical and chemical degradation of bonded geomaterials

An extended version of the classical Generalized Backward Euler (GBE) algorithm is proposed for the numerical integration of a three‐invariant isotropic‐hardening elastoplastic model for cemented soils or weak rocks undergoing mechanical and non‐mechanical degradation processes. The restriction to isotropy allows to formulate the return mapping algorithm in the space of principal elastic strains. In this way, an efficient and robust integration scheme is developed which can be applied to relatively complex yield surface and plastic potential functions. Moreover, the proposed algorithm can be linearized in closed form, thus allowing for quadratic convergence in the global Newton iteration. A series of numerical experiments are performed to illustrate the accuracy and convergence properties of the algorithm. Selected results from a finite element analysis of a circular footing on a soft rock layer undergoing chemical weathering are then presented to illustrate the algorithm performance at the boundary value problem level. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

火山碎屑密度流沉积机制研究——以松辽盆地东南隆起区九台地区白垩系营城组火山碎屑岩为例

火山碎屑密度流是一种危险的火山活动现象,也是一种重要的盆地物源供给方式,对其沉积机制的研究具有灾害预防和油气勘探的双重意义。松辽盆地东南隆起区九台营城煤矿地区白垩系营城组古火山机构保存良好,发育有典型的火山碎屑密度流沉积物。本文在精细刻画火山碎屑岩的岩石结构、沉积构造的基础上,运用薄片观察和沉积物粒度统计的方法,从物质来源、搬运机制和就位方式角度系统地分析了火山碎屑密度流的整个沉积过程,并结合国内外火山学、沉积学的研究进展探讨了不同浓度火山碎屑密度流的沉积机制。研究区内的火山碎屑密度流沉积物可以划分为五种微相:①块状熔结角砾凝灰岩微相;②无序含集块凝灰角砾岩微相;③逆粒序或双粒序角砾凝灰岩微相;④正粒序角砾凝灰岩微相;⑤韵律层理凝灰岩微相。第一种微相具有熔结结构,可能形成于高挥发分岩浆喷发柱的垮塌,火山碎屑密度流的就位温度较高;后四种微相具有正常火山碎屑岩结构,可能形成于火山口的侧向爆炸,火山碎屑密度流的就位温度中等。沉积块状熔结角砾凝灰岩微相的火山碎屑密度流具有黏性碎屑流的流体特征,沉积物整体冻结就位;沉积无序含集块凝灰角砾岩微相和逆粒序或双粒序角砾凝灰岩微相的火山碎屑密度流具有颗粒流的流体特征,沉积物整体冻结就位;沉积正粒序角砾凝灰岩微相和韵律层理凝灰岩微相的火山碎屑密度流具有湍流的流体特征,沉积物连续加积就位。火山碎屑密度流的颗粒浓度是一个连续变量,但流体性质可能会发生突变,稀释的火山碎屑密度流的沉积机制符合下部流动边界模型,稠密的火山碎屑密度流的沉积机制符合层流(碎屑流或颗粒流)模型。     

我国特殊岩土研究

本文分析，总结了我国特殊岩土理论与应用研究方面的新进展，内容涉及湿陷性黄土，软土膨胀岩土，红土，软岩和特殊土的结构性，指出需要进一步研究的问题，最后对特殊土的研究方法做了阐述。     

关于火山碎屑岩熔结过程的讨论及国内外研究现状综述

对国内外关于火山碎屑物熔结过程的研究历史做出了简要回顾,对与熔结过程相关的术语进行了归纳和说明,进一步探讨了熔结过程中出现的结构构造.此外,分别从野外调查和室内实验两方面总结了火山碎屑的熔结机理,对其研究意义做出主要说明,以期引起国内对火山作用中的火山碎屑物及碎屑流熔结过程研究的重视,以便更好地理解火山的喷发作用和重建火山喷发历史等火山学研究中的重要问题.     

江西南部全南县火山岩产状及时代的讨论

根据野外考察和有关的研究报告,作者认为全南县的火山岩是火山喷发碎屑岩类。中寨—南迳一带的火山岩的时代,根据地层分布和植物化石与粤东对比,建议划归早侏罗世。     

国内外火山碎屑岩的分类命名历史及现状

1981年国际地科联火成岩分类分会委托瑞士学者施米德提出的那个分类表比较简明,但还有些问题值得商榷。50年代末笔者提出了国内第一个岩性分类表。近30年来,充分吸取了国内外学者分类表的优点,在实践中不断修改充实,最近又提出了一个修订的岩性分类表,尚需进一步完善。当前火山碎屑岩分类命名由岩性分类重点转向成因分类。我们参考了国内外学者有关成因分类的新见解,初步提出了一个火山碎屑岩成因分类方案,以供大家讨论。     

堆石料颗粒破碎特性试验研究

颗粒破碎是堆石料的一项基本特性,它对堆石体的变形和强度特性具有明显的影响。对于高堆石坝而言,在高应力场作用下堆石颗粒发生明显破碎,可导致坝体变形率增加。为了正确认识堆石体及堆石坝的变形特性和机理,研究了堆石颗粒破碎特性以及颗粒破碎的影响因素。采用大型三轴试验研究了堆石料的颗粒破碎特性,分析了堆石体干密度、级配特征、堆石颗粒强度等对颗粒破碎的影响,研究了应力状态对颗粒破碎率的影响,建立了颗粒破碎率的计算模型以及颗粒破碎引起的堆石体应变增量与颗粒破碎率的关系。     

Geotechnical characterisation of pyroclastic soils involved in huge flowslides

Landslides of the flow type involving granular geo-materials frequently result in casualties and damage to property because of the long travel distance and the high velocities that these may attain. This was true for the events that took place in Campania Region (Southern Italy) in May 1998, involving pyroclastic soils originating from explosive activities of the Somma-Vesuvius volcano. Although these phenomena have frequently affected various areas of the Campania region over the last few centuries, there were no useful geological and geotechnical references available in the aftermath of the May 1998 events. For this reason Salerno University, which was involved in the scientific management of the emergency, addressed the issue of acquiring data on the geological, geomorphological and hydrogeological features of the slopes where the landslides had taken place. The information acquired made it possible to set up a slope evolution model that is able to interpret, from a geological point of view, past and more recent landslides that had occurred in the same area. As preliminary geotechnical analyses had already validated the above model, more detailed investigations were performed both on the pore pressure regimen of the covers still in place as well as on the physical and mechanical properties of pyroclastic soils, in saturated and unsaturated conditions. The present paper begins by discussing the data acquired during the .rst phase of the studies and then goes on to illustrate the laboratory results so far obtained with the aid of approximate procedures. These help advance our knowledge of pyroclastic soils within a reasonable time frame, thus improving landslide triggering analysis.     

火山碎屑岩对CO2的矿物捕获能力

CO2矿物捕获是指将大气中排放的CO2气注入到地下深部的含水层、油气田等渗透性储层中,通过一系列物理、化学反应,最终将CO2气以碳酸盐矿物的形式“固结”在岩石中。火山碎屑岩具有铁、镁离子含量高且容易释放及分布广泛等特点,是有前途的矿物捕获岩石类型。塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中发育大量的片钠铝石特征矿物,进一步证实了火山碎屑岩的矿物捕获能力。在火山碎屑岩中,CO2注入之后形成的矿物有片钠铝石、铁方解石、铁白云石等碳酸盐矿物,碳酸盐总量高达30%,说明CO2矿物捕获的能力较大。     

堆石料的临界状态与考虑颗粒破碎的本构模型

高应力水平时堆石料的颗粒破碎对其强度和变形机制有重要影响。临界状态土力学理论对重塑土的应力-应变关系的描述较为成功,但目前颗粒破碎对堆石料的临界状态的影响及其数学描述鲜有研究。对堆石料进行了固结应力从0.4 MPa到4 MPa的18组固结排水和固结不排水常规三轴压缩试验,以及6组等向压缩试验。试验结果表明：在排水条件和不排水条件下,不同的固结应力试样都趋于临界状态;堆石料的临界状态在q-p′平面和e-lgp′平面均为非线性变化。基于此试验结果,通过引入状态参数,在广义塑性力学的理论框架下,建立了考虑颗粒破碎的堆石料本构模型,并给出了模型参数的确定方法。与长河坝料的试验进行了对比,结果表明所建议的本构模型可以较好地模拟堆石料从低围压0.4 MPa到高围压 3.5 MPa下的应力-应变特性     

火山碎屑岩的百年研究

火山碎屑岩是爆破性火山喷发行为的直接产物,不同的碎屑成分、粒度及结构反映了不同岩相的堆积动力学过程,对火山碎屑岩岩石学和岩相组合的研究发展成了以物理火山学为代表的现代火山学研究体系。作为火山爆发碎屑物质的集合,其中不同成因类型的火山碎屑物往往可以直接对应不同阶段火山作用动力学参数特征。火山碎屑物3个最基本的堆积物成因类型是火山碎屑降落物、火山碎屑流和火山碎屑涌浪。火山喷发时碎屑化过程主要涉及挥发分的出溶和岩浆碎屑化过程以及不同火山流体内部的碎屑化过程。对于岩浆喷发、射汽岩浆喷发以及射汽喷发的直接产物,火山碎屑岩在组成上都包含了岩浆破碎的同源碎屑、火山通道裹进的异源碎屑以及火山流体在地表流动时捕获的表生碎屑。火山碎屑定义为爆破性火山喷发的直接行为产物,而包括坡移、滑坡体、火山泥石流等火山降解过程的表生碎屑与熔岩流在自生、淬碎碎屑化过程产生的碎屑则被定义为火山质碎屑。火山岩岩相的建立,为20世纪80年代后期向火山学研究阶段的转变奠定了基础。在地质研究的基础上探索火山活动过程和控制机制的经验模型、实验模拟和数值模拟研究,其中流体动力学的介入对理解火山喷发的基本过程具有里程碑式的推动意义。由此形成的火山学是研究火山与火山喷发的形成机理、喷发过程和产物特性的科学。     

新疆西准噶尔托里地区早石炭世构造环境简析

西准噶尔是中亚造山带(CAOB)的一个重要组成部分,厘定早石炭世西准噶尔地区的构造环境,有助于构建晚古生代中亚造山带的构造格局。托里地区下石炭统姜巴斯套组是一套浅海相火山碎屑岩沉积,保存有较完好的古生物化石。本文结合前人的研究成果及下石炭统姜巴斯套组火山碎屑岩特征,指出西准噶尔地区早石炭世早期构造稳定,火山活动较弱,但仍是俯冲构造环境,到早石炭世晚期,西准噶尔地区进入后碰撞构造环境,古亚洲洋在西准地区的闭合时限在早石炭世晚期之前。     

不同围压条件下石英砂破碎特性研究

采用MTS-815程控伺服刚性试验机,对天然石英砂进行不同围压条件下的固结试验,研究其颗粒破碎特性,探讨围压对石英砂颗粒破碎的影响。结果表明,40兆帕以下,固结压力与颗粒破碎程度的变化关系不稳定,当破碎达到一定程度后,颗粒级配趋于良好,围压对其影响逐渐减弱。