三峡库区消落带巴东组软岩抗剪强度劣化机理

三峡水库蓄水后,库区岸坡的消落带岩土体在库水周期性升降的作用下处于一种“干燥-浸湿”的循环状态。这种干湿循环作用将造成岩土体强度的劣化,并且随着劣化效应的增加,引起岸坡失稳,进而引发严重的地质灾害。以三峡库区巴东县巴东组第二段和第四段软岩为研究对象,在详细的野外调研基础之上,通过不同干湿循环次数下的软岩抗剪强度试验,模拟库水升降对软岩的水岩相互作用过程,探讨了巴东组软岩受库水“干燥-浸湿”循环作用下抗剪强度的劣化规律,利用X射线衍射方法对软岩的矿物成分进行分析,探讨消落带软岩的风化崩解机理。研究发现,巴东组第二段和第四段软岩分别在经历第1次和第3到5次干湿循环时,抗剪强度发生严重劣化;第二段软岩抗剪强度的劣化是由于蒙脱石遇水膨胀造成,第四段软岩抗剪强度的劣化是由于岩石中楔裂压力的发展造成。研究结果可以为岸坡稳定性评价提供理论依据。      

降雨干湿循环作用下的渣土边坡稳定性

降雨作用下边坡不同深度岩土体所经受的劣化作用强度差异显著,从而影响边坡的稳定性。以深圳典型渣土边坡为例,基于改进的 Ｇｒｅｅｎ－Ａｍｐｔ模型计算降雨作用下的浸润锋深度,通过干湿循环与直剪试验,获得了浸润锋内渣土抗剪强度参数的劣化规律,结合劣化规律并采用双强度折减法研究了不同降雨工况下渣土边坡的稳定性。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,渣土的黏聚力及内摩擦角均减小,且前期减小得快,后期缓慢,４次干湿循环后趋于稳定,符合指数函数的变化趋势,保持稳定不再衰减的渣土黏聚力为９．５ｋＰａ,内摩擦角为１９°;综合降雨入渗的干湿循环以及双强度折减法得到的渣土边坡的稳定性系数较仅采用传统强度折减法得到的稳定性系数有大幅度的降低,最 大 减 小 了４４．５％。该方法可以用于准确评价降雨作用下边坡稳定性。      

含２条断续裂隙试件直接拉伸下的颗粒流模拟

采用颗粒流程序 ＰＦＣ构建了试件直接拉伸模型,模拟了含２条断续裂隙试件的直接拉伸试验,通过完整试件的模拟结果与室内试验结果的对比,验证了细观参数的准确性和可靠性,同时分析了裂隙倾角和岩桥倾角对抗拉强度和裂纹扩展的影响。研究表明:在直接拉伸情况下,含２条断续裂隙试件以萌生次生倾斜反翼裂纹为主,少量次生共面裂纹和翼裂纹;岩桥倾角和裂隙倾角均较小时,次生共面裂纹与原始裂隙之间发生搭接、贯通,随着岩桥倾角和裂隙倾角的加大,次生倾斜反翼裂纹扩展使试件 断裂;裂纹扩展的方向与最大拉应力的方向基本保持垂直;岩桥倾角对于试件的抗拉强度和起裂应力影响不大;裂隙倾角对于试件抗拉强度和起裂应力影响明显,裂隙倾角越大,试件抗拉强度和起裂应力越大。      

循环荷载作用下片麻岩劣化损伤机理与规律试验

新疆塔县地区广泛分布的大规模片麻岩崩塌、滑坡主要是由于长期地震力循环作用下岩体劣化所致。为揭示该地区片麻岩在地震力作用下的劣化损伤机理,采用在不同应力水平条件下对片麻岩岩样进行循环荷载试验和三轴压缩试验的方法,分析了片麻岩阻尼参数及循环加、卸载前后三轴抗压强度的变化规律。研究结果表明:片麻岩阻尼比和阻尼系数随着循环荷载次数的增加而逐渐降低,随着应力水平的升高而增大;循环荷载作用后,片麻岩的三轴抗压强度均明显降低,且应力水平越高,降低的幅度越大;此外,片麻岩内部矿物颗粒的相互摩擦,原生微裂隙、孔洞的张开、闭合以及次生裂隙的产生、发展是导致其劣化损伤的主要机制。总的来说,长期地震力作用下,研究区片麻岩由于内部劣化损伤导致的力学性质降低,是该区域广泛发育大规模崩塌、滑坡等地质灾害的主要原因之一。      

干热岩开发中高温水-岩作用下岩石应力腐蚀及多场损伤问题

赋存于地球深部的地热资源,以其储量丰富、清洁再生等优势,有望成为破解我国能源困局,助推“双碳”目标实现的重要途径之一。干热岩(HDR)开发过程中,面临着高温高压环境下水-岩作用问题,在温度场、渗流场、应力场、化学场(THMC)等多场耦合作用下,岩体应力腐蚀效应和疲劳劣化会诱发岩石微裂纹-裂缝扩展、成核与丛集行为,进而影响增强型地热系统(EGS)的热交换效率和地质体稳定性,这也是制约干热岩长期安全开发的瓶颈,亟待突破。通过总结现有干热岩高温高压下多场损伤研究中的实验探索、理论模型、数值分析等多手段跨尺度方法,分析干热岩在高温高压及水环境下的应力腐蚀效应,可阐明循环生产过程中低温工质与高温地质体循环换热下干热岩储层结构演化的动态过程及工程响应,进而揭示THMC多场耦合作用下干热岩储层疲劳劣化损伤机理,为我国深部地热资源高效安全开发提供理论支撑和地质保障;但仍亟待深入开展增强型地热系统的THMC多场耦合作用下岩体应力腐蚀效应的干热岩疲劳劣化机制与长期稳定性研究,如考虑应力腐蚀效应和疲劳损伤的干热岩长期强度评价模型、基于跨尺度疲劳损伤评价的干热岩开发下地质体长期稳定性方法、适应于干热岩储层改造...     

不同冷却时间对高温花岗岩可钻性实验研究

为了研究高温后花岗岩的可钻性和微观损伤变化, 同时也为了研究高温后不同冷却时间对可钻性的影响, 对高温热处理后的花岗岩冷却不同时间(2, 4, 24, 48 h), 通过可钻性实验和铸体薄片鉴定, 得到高温对花岗岩可钻性的影响规律和影响机理, 同时也得到不同冷却时间对花岗岩可钻性的影响。研究结果表明, 花岗岩在热处理不超过500℃和自然冷却2 h的约束下始终保持一个较高的可钻性级值, 在冷却4, 24, 48 h后, 高温对可钻性的影响表现为3个阶段(第一次劣化阶段、强化阶段、第二次劣化阶段)。微裂纹产生的位置及数量影响着岩石抵抗破碎的难易程度, 400℃热处理后花岗岩内部微裂纹开始显著增加, 当石英颗粒内部产生大量微裂纹时, 花岗岩的可钻性显著降低。100℃热处理后同时冷却不超过4 h会显著影响花岗岩的可钻性, 200~400℃热处理后, 花岗岩的可钻性级值会随着冷却时间(4~48 h)的继续增加显著增加, 500℃对花岗岩产生的损伤是不可恢复的, 600℃已经完全使花岗岩劣化。弄清高温和冷却时间对花岗岩可钻性的影响, 可以为干热岩资源的高效开采提供基础的理论支撑。      

利用重复重力观测资料研究地震活动与地壳的损伤演化过程

利用细观损伤力学模型建立了地壳损伤演化过程与地球重力场变化的关系 ,讨论了利用重力观测资料计算地壳微裂纹密度参数变化分布的理论与计算方法。利用河西地区 1992～ 1999年多期重复重力观测资料对该地区的裂纹密度参数变化进行了计算 ,并将计算结果与该地区的各观测时间段内相应发生的一级以上地震活动进行了对比分析 ,取得了一些有意义的结论和认识。     

冻融循环作用下砂岩单轴压缩破坏断口特征分形研究

寒区岩石的力学特征往往受到冻融循环和荷载的共同影响,冻融岩石单轴压缩破坏断口蕴含着与冻融循环和荷载有关的损伤演化信息,冻融岩石单轴压缩破坏断口研究对冻融岩石断裂破坏机理分析有重要价值。为研究冻融岩石单轴压缩破坏断口形貌特征及其与宏观力学参数之间的关联性,通过摄影观测经历不同次数冻融循环的砂岩单轴压缩破坏断口形貌,采用像素点覆盖法计算断口分维值,探究了断口分维值与宏观力学参数之间的关系。结果表明:随着冻融次数的增加,冻融砂岩的力学性能劣化,单轴抗压强度、弹性模量、断口分维值、耗散能密度逐渐减小,峰值应变增大;单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度均与断口分维值之间存在指数关系,断口分维值越大,对应的单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度越大。冻融岩石单轴压缩破坏断口分维值可作为寒区岩体断裂破坏机理分析的有效参数。      

恐龙化石在风化破坏过程中内部裂隙扩展的试验模拟研究

在理论分析的基础上,利用试验结果模拟分析单轴压力作用下含裂隙恐龙化石断裂损伤过程。在FLAC3D中采用FISH语言编写了基于体元分析的计算程序,采用弹脆性本构模型,分析了试验过程中恐龙化石的裂纹萌生→扩展→贯通规律和裂隙化石的断裂损伤机制。在单轴压缩作用下,含有裂隙的恐龙化石试件的破坏过程主要分三个阶段:即线性变形阶段、非线性变形阶段和软化阶段,当载荷超过应变峰值强度后,化石内部将生成大量新的诱导裂隙,导致化石内部结构发生剧烈变化。值得注意的是,恐龙化石峰后的强度软化过程非常不稳定,峰值附近的材料力学行为对化石试件内部缺陷的分布十分敏感。试验表明,有裂隙恐龙化石的抗压强度值比无裂隙恐龙化石的抗压强度值小30%,最终的残余抗压强度也略小,在加载应力作用下,相比不含内部裂隙的恐龙化石,内含裂隙的恐龙化石其内部裂隙会迅速大量扩展,加重了恐龙化石的风化程度和破坏速度。     

冻融作用下人工劈裂砂岩结构面强度特性研究

寒区岩体破坏主要与结构面力学特性及冻融损伤相关.为探究冻融作用下砂岩结构面的强度特性,采用 小圆弧刀头劈裂制备贯通结构面,对其进行了冻融循环及剪切试验,得到了结构面的剪切强度、内聚力及内摩擦 角的劣化规律.试验结果表明:小圆弧刀头制备的结构面完整、均一,且上下盘吻合度高;岩石的峰值剪切强度与 冻融次数呈负相关,与法向应力呈线性正相关;随着冻融循环次数的增加,内聚力减小趋势变缓,内摩擦角无明显 变化趋势.研究结果对寒区岩体强度特性分析具有参考价值.      

冻融循环及含水率对冰碛土力学特性影响

处在季节性冻土区的冰碛土受冻融循环作用影响显著,极大地影响工程的稳定和安全。为了探究冻融循环作用及初始含水率对冰碛土静力学特性的影响,以川西甘孜州海螺沟的冰碛土为研究对象,通过开展不同冻融循环次数及初始含水率条件下冰碛土不固结不排水三轴试验研究冻融循环作用对冰碛土力学参数的影响。试验结果表明：冻融循环作用下冰碛土应力-应变曲线为弱应变软化型;随冻融循环次数增加,冰碛土弹性模量、抗剪强度均呈现出先快速衰减后趋于稳定的变化趋势,且初始含水率越大其力学指标衰减程度越大,黏聚力呈负指数型函数降低,而内摩擦角无明显变化;采用指数型函数对抗剪强度、弹性模量试验值进行多元非线性拟合,建立冰碛土力学参数与围压、含水率及冻融循环次数的关系表达式,拟合效果理想,可用于推算经历冻融循环后土体力学参数值;冻融循环作用会使冰碛土力学性质显著劣化,且劣化程度与含水率呈正相关。研究成果可为高寒山区工程设计与建设提供科学支撑。     

基于DIC和声发射的TC4合金疲劳损伤状态监测方法

钛合金TC4是飞机关键结构件中应用最广泛的材料。为保障飞机在服役过程中安全稳定运行,将数字图像相关(DIC)和声发射技术结合,开展TC4合金疲劳损伤状态监测研究;利用微力拉伸实验系统,对TC4合金进行不同应力水平下的循环加载声发射监测实验。选择试样表面变形不均匀程度参数表征TC4合金疲劳损伤状态,结合加载过程中声发射信号时域经历,分析试件内部微损伤、裂纹开裂及扩展状态下声发射特征参量分布规律。结果表明:利用DIC和声发射技术结合方法,可以实现TC4合金疲劳状态的动态监测及损伤状态的有效表征。     

基于 Ｈａｐｋｅ模型多角度孔雀石光谱特性分析

岩矿的光谱特征是利用遥感手段识别岩矿的理论基础,随着遥感技术的不断发展,多角度观测为岩矿的遥感精确识别提供了新的思路。选取孔雀石粉末的多角度光谱特征作为研究对象,利 用 Ｈａｐｋｅ模型对孔雀石的多角度光谱特征进行精确描述,以确定孔雀石的单次散射反照率的多角度光谱特征。研究表明,光源天顶角和传感器观测天顶角之间的关系对于孔雀石的单次散射反照率有着重要影响,样本的单次散射反照率标准差与其光谱之间整体体现负相关关系。根据这一结论,比较样品单位波长内各角度二向反射率和单次散射反照率标准差,
二向反射率受到影响作用较小,故可以利用多角度条件下单次散射反照率波谱特征提高对孔雀石的遥感识别精度。      

八种硝基苯类化合物对发光菌的联合毒性

以淡水发光菌青海弧菌为指示生物,VeritasTM微孔板光度计为发光强度测试设备,分别测定了8种硝基苯类化合物及其混合物对发光菌的发光抑制毒性.结果表明8种硝基苯类化合物的剂量-效应关系都可用Weibull模型有效描述,从模型估算的单个化合物的半数效应浓度值,可知对发光菌的毒性大小顺序为邻硝基苯胺＞对硝基苯胺＞对硝基苯酚＞对硝基甲苯＞邻硝基苯酚＞间硝基苯酚＞间硝基苯胺＞硝基苯.按等毒性浓度比方法配制混合物进行联合毒性实验,结果表明这8种硝基苯类化合物对发光菌的联合毒性可用独立作用(IA)预测,独立作用(IA)倾向于高估了它们的联合毒性.     

基于孔隙曲折度与等效岩石元素理论的致密砂砾岩导电模型

徐家围子地区深层致密砂砾岩储层岩性成分复杂、储层物性差、分选性差、非均质性强、孔隙结构复杂,给求取储层饱和度参数带来困难.为求取致密砂砾岩储层的含气饱和度,建立孔隙结构复杂的致密砂砾岩储层的导电模型.利用等效岩石元素理论,描述岩石孔隙中孔腔和吼道比对岩石导电性的影响,并引入孔隙曲折度阐述岩石孔隙弯曲程度对岩石导电性的影响;利用串并联导电理论,建立研究区基于孔隙曲折度与等效岩石元素理论的致密砂砾岩储层导电模型.利用徐家围子地区深层致密砂砾岩储层岩电实验数据分析模型精度.结果表明:该模型计算的岩样电阻率值与实验测量值平均相对误差为6.2%,表明该模型能够较好地描述致密砂砾岩储层的导电规律.利用建立的模型及确定的模型参数值对研究区2口试油井进行实际资料处理,2口井含气饱和度大于60%,表明该模型适用于徐家围子地区深层致密砂砾岩储层评价.     

水压力作用下三峡库区侏罗系软岩裂纹扩展规律及力学机制

三峡库区侏罗系地层滑坡发育广泛,研究该地层软岩夹层在不同水压力作用下的强度及变形破坏特性对库区岸坡的长期稳定性评价具有重要理论指导意义。以三峡库区侏罗系典型软岩——沙溪庙组泥质粉砂岩为例,对其进行了不同水压力下的力学试验系统(MTS)三轴压缩试验,并基于断裂力学与有效应力原理对水-力耦合效应下岩石的起裂及裂纹扩展机制进行了分析。研究结果表明：水压力的存在可降低岩石的峰值抗压强度,水压力越大岩石破坏后控制性裂纹的长度及倾角也总体随之增大,次生裂纹的数目也呈现出随之增多的趋势;原生裂纹的起裂及次生裂纹的扩展分别受控于K_Ⅱ、K_Ⅰ型应力强度因子,原生裂纹的起裂角最大为70.5°;次生裂纹的临界扩展长度随原生裂纹长度的增加而增大,当原生裂纹倾角约为45°时,在相同条件下次生裂纹的扩展长度最大;说明水压力的存在加剧了岩石裂纹的扩展,且使岩石的张拉破坏趋势更为明显,而原生裂纹形态特征对裂纹的扩展规律亦具有较大的影响。     

裂隙岩体循环冻融变形特征及影响因素分析

高寒、高海拔地区由于反复冻融导致的岩体变形破坏,对区内工程建设有重大影响。为研究不同裂隙条件下岩体循环冻融特性,在汶马高速沿线选择具有代表性的千枚岩和砂岩,制备了不同裂隙条件（长度、张开度、裂隙组数）试样,在干燥和饱水两种状态下分别进行大温差（-20℃到20℃）循环冻融（50次）试验。试验揭示了饱水裂隙岩样冻融变形过程:冻缩→冻胀→冻缩（冻结阶段）→融胀→融缩→融胀（融化阶段）,干燥裂隙岩样冻融变形过程:冻缩（冻结阶段）→融胀（融化阶段）。进一步,选择冻胀量εd为指标,分析了两类岩样冻融循环次数与εd的关系,揭示了裂隙长度、宽度和组数对εr的影响规律;选择残余变形量εr为指标,揭示了千枚岩和砂岩试样在饱水条件下εr随εd的增加规律,获得了εd与εr间的定量关系;分析了干燥和饱水试样单轴抗压强度随冻融循环次数增加而减小规律,确定了冻融次数与试样劣化间的线性关系。最后,初步讨论了饱水条件、岩性和裂隙条件对岩体冻融循环变形的影响机制。      

酸腐蚀作用下川渝红层砂岩蠕变特性试验研究

岩石蠕变特性对岩体工程的长期稳定有着重要影响, 尤其是在酸雨等水化学作用下, 岩石的细观结构遭到破坏, 蠕变特性及变形更为显著。以重庆二佛寺红层砂岩为研究对象, 通过开展室内三轴压缩分级蠕变试验, 研究了酸腐蚀状态下砂岩的蠕变特性。结果表明: 酸的腐蚀和浸泡会使砂岩内部孔隙增加, 导致砂岩在第一级荷载下会产生较大的瞬时应变和蠕变量, 之后瞬时应变量和蠕变量随着应力增加而增大; 岩样受到腐蚀软化, 蠕变破坏强度为抗压强度的76%, 长期强度仅为抗压强度的54%。为了描述蠕变全过程, 建立了一个损伤蠕变模型来拟合试验数据, 验证了其适用性, 可以为岩土工程建设的稳定性提供参考。      

基于应变软化特征的含软弱层公·边坡稳定性研究

西部山区高速公·建设过程中经常由于边坡开挖而容易导致失稳事故.研究发现,大量公·边坡内的软 弱夹层的岩体强度具有显著的应变软化特征.为了研究应变软化后对边坡稳定性的影响程度,以沪蓉西高速公 ·某典型含软弱夹层边坡为实例,对应变软化模型和理想弹塑性模型进行了对比研究.结果表明:①２种模型计 算所得出的最大不平衡力、水平λ移、塑性区和塑性剪应变的变化规律基本相同,?次开挖后均累计增大,但是采 用应变软化模型计算的累计值和范Χ均大于理想弹塑性模型;②?次开挖的瞬间会产生最大不平衡力峰值,随后 迅速减小,拉应力带主要分布于开挖卸荷面附近以及坡顶面附近１０m 内;③软弱夹层的分布λ置对边坡的稳定 性影响很大,坡脚前缘软弱夹层易发生剪破坏,边坡后缘软弱夹层易发生拉破坏.应变软化模型的稳定系数比理 想弹塑性模型的稳定性系数小,综合得出,影响含软弱夹层边坡稳定性的关键是开挖后软弱夹层的强度参数劣化 程度,采用应变软化模型反映了这一渐进性的破坏过程,与实际情况相符,而理想弹塑性模型δ反映出这一劣化 特征,计算结果偏Σ险.      

接收机天线姿态对多路径效应的影响研究

为探究GNSS动态精密测量中天线倾斜姿态对卫星信号多路径延迟影响的规律,建立卫星与倾斜天线间的相对位置关系,根据多路径效应综合指标,进行理论分析与实验验证。结果表明,天线姿态发生倾斜时,多路径效应明显增加,有效观测值数量降低,定位精度变差;多路径延迟的大小与天线倾斜方向及角度有关,处于不同方位、高度的卫星信号的多路径延迟具有不同的变化规律。