Wegener's theory: The role of geophysics in its eclipse and triumph

Wegener's hypothesis of continental drift was based on a synthesis of world geological observations. Although there was much debate about the correctness of the geological interpretations, the chief objection to the theory came from the absence of a viable geophysical mechanism and in particular from the argument in favour of the mantle having finite strength. By about 1950 the hypothesis was widely rejected by geoscientists but soon after the development of palaeomagnetism provided what was needed to test it: a quantitative method of determining the position of the continents in the geological past. Comparisons of palaeomagnetic polar wandering curves from the different continents provided strong support for the essential ideas which Wegener had put forward. By the early 1960s the hypothesis of convection in the Earth's mantle made possible by solid state creep removed the basic geophysical objections to Wegener's theory. Sea floor spreading neatly complemented continental drift, and integrated into the concept of plate tectonics, has provided a framework in which much other geological and geophysical data fit.

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Zusammenfassung Wegener gründete seine Hypothese der Kontinentaldrift auf eine Synthese weltweiter geologischer Daten. Wenn auch viel über die Richtigkeit der geologischen Denkung diskutiert wurde, der wesentliche Einwand gegen die Wegenersche Hypothese wurde jedoch im Fehlen eines existenzfähigen geophysikalischen Mechanismus gesehen und im besonderen aufgrund der Argumente zugunsten eines Mantels mit einer endlichen Widerstandsfähigkeit. Bis etwa 1950 wurde die Kontinentalverschiebungshypothese von den Geowissenschaftlern weitgehend abgelehnt, aber bald nach der Entwicklung der Paläomagnetik war es möglich, mit Hilfe dieser neuen Methode diese Hypothese zu testen, nämlich eine quantitative Bestimmung der Positionen der Kontinente in der geologischen Vergangenheit vorzunehmen. Vergleiche der paläomagnetischen Polwanderungskurven von verschiedenen Kontinenten ergaben eine starke Unterstützung der wesentlichen Ideen der Wegenerschen Theorie. Anfang der sechziger Jahre wurde gezeigt, daß Konvektion im oberen Erdmantel durch Kriechvorgänge auch im festen Zustand möglich ist, dadurch wurde das Hauptargument gegen die Wegenerschen Hypothesen beseitigt. Die Ozeanboden-Spreizung ergänzte in bester Weise die Kontinentaldrift und beide wurden in das Konzept der Plattentektonik integriert, in deren Rahmen sich viele andere geologische und geophysikalische Daten einfügen.

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Résumé L'hypothèse de Wegener sur la théorie de la dérive des continents s'était fondée sur une mondiale synthèse géologique. Malgré beaucoup de débats sur la justesse des interprétations géologiques la principale objection à l'hypothèse de Wegener était vue dans l'absence d'un viable mécanism géophysique et en particulier à cause de la résistance limitée. Jusqu'à 1950 environ l'hypothèse de la dérive des continents était largement rejetée par des géoscientifiques, mais peu après, grace au développement du paléomagnetism il était possible de tester cette hypothèse avec l'aide de cette nouvelle méthode, c'est à dire de déterminer qualitativement les positions des continents du passé géologique. Combarisons de courbes de migration du pôle magnétique des différents continents montrent un fort support des idées essentielles de la théorie de Wegener. Dans les années soixante on a vu que la convection dans l'enveloppe terreuse supérieure était aussi possible à «solid state creep»; de cette manière le principale argument contre les hypothèses est éloigné. Sea floor spreading a complété à la meilleure façon la dérive des continents et l'une et l'autre sont intégrés dans le brouillon de la tectoniques des plaques, dans le cadre de lesquelles beaucoup des autres données géologiques et géophysiques s'insèrent.

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膨润土热传导性能的温度效应

以高庙子（GMZ07）和美国怀俄明州（MX80）钠基膨润土为研究对象,采用热探针法研究温度对压实膨润土试样热传导性能的影响。在保持干密度和含水率不变的情况下,使用KD2 Pro型热特性分析仪测定不同温度（5～90 ℃）试样的热传导系数,并对部分试样进行压汞试验。试验结果表明：GMZ07和MX80膨润土的热传导系数均随着温度的增大而增大,在90 ℃时最高可达5 ℃的1.2～1.5倍,主要原因是温度引起的水汽潜热传输促进了试样内部的热传导;当试样温度高于60 ℃时,温度对热传导系数的影响较低于60 ℃时更显著;含水率不为0时,两种膨润土热传导系数的温度效应均随干密度的增大而减小;干试样的热传导系数几乎不随温度发生变化,这与水汽潜热传输的强化机制有关。热传导系数温度效应的机制可理解为：热传导系数取决于试样内部可供潜热传输的水分和传热通道数。     

ROCKWORKS三维成图在物探中的应用研究

随着矿产勘探程度的提高,资源勘探向深部方向发展,多功能数据采集系统的研制应用,二维和三维正反演解释软件的开发,如何使解释数据以更直观的方式展现出来,已成为目前物探界迫切的要求。而ROCKWORKS软件作为地质建模与成图工具,在三维地质成图方面有许多特别的功能,这里对ROCKWORKS在深部物探数据三维成图的应用进行深入研究,并结合EH4多功能数据采集系统的物探数据进行了应用研究,对于软件的部分功能也提出了有建设性的建议。     

改进的非线性徐变模型及其在混凝土坝施工期温度应力仿真分析中的应用

在目前的混凝土坝温度应力仿真计算分析中,一般采用弹性徐变模型考虑施工期混凝土徐变对温度应力的影响。当坝体内的温度应力比较小时,采用弹性徐变模型计算温度应力是可行的,但当坝体的温度应力超过相应龄期的抗拉强度一半时,混凝土的徐变变形不再与坝体的应力呈线性关系,而是呈现出剧烈的非线性变化趋势。温度应力与抗拉强度越接近,相应的非线性徐变变形越大。根据已有的混凝土徐变试验成果,提出了一个用于混凝土坝施工期温度应力仿真计算的混凝土非线性徐变模型,给出了相应的计算方法。算例表明,采用传统的弹性徐变模型与提出的非线性徐变模型计算的温度应力存在一定的差别,采用传统弹性徐变模型计算的温度应力偏大。     

地球物理中波动方程有限差分偏移模型应用及实验对比

浅层地震反射法获得反射地震剖面发生偏移是地震数据处理过程的中心环节。本文建立了针对不同要求所需要的地层及速度模型,合成了用于偏移处理的叠后自激自收剖面。利用15°和45°有限差分法及Stolt方法、相移法对剖面进行了处理,并将处理的结果进行了对比,对算法间的差异进行了总结。     

Particle shape effect on thermal conductivity and shear wave velocity in sands

This study presents the correlations between quantified shape parameters and geotechnical properties for nine sand specimens. Four shape parameters, sphericity, convexity, elongation and slenderness, were quantified with two-dimensional microscopic images with the aid of image processing techniques. An instrumented oedometer cell is used to measure compressibility, thermal conductivity and shear wave velocity during loading, unloading and reloading stages. As the particle shape inherently determines the initial loose packing condition, initial void ratio and shape parameters are well correlated with compressibility. The applied stress in soils increases the interparticle contact area and contact quality; round particles tend to achieve higher thermal conductivity and shear wave velocity during stress-induced volume change. Multiple linear regression is implemented to capture the relative contributions of involved variables, revealing that the thermal evolution is governed by the initial packing density and particle shape. The experimental observations underscore the predominant effect that particle shape has on the geomechanical and physical properties upon stress-induced soil behavior.     

Similarity criterion for the nonlinear thermal analysis of the soil freezing process: considering the dual effect of nonlinear thermal parameters and boundary conditions

Acta Geotechnica - Model tests are an important method to predict the design and long-term performance of structures and are widely used to analyze the seismic performance, wind resistance, etc.,...     

基于二维粘滞性波动方程的地震波衰减理论研究

地震波在传播过程中的能量衰减特征一直是地球物理学研究的重点和难点,它直接和地层的岩性、粘滞性、内摩擦密切相关.由于地层的含流体,粘滞性和内摩擦都相对较大,使得地震波的衰减变得明显.如何才能合理地模拟出地震波在岩石中传播时其能量的衰减关系,如何有效地运用地震属性因子较准确地预测复杂地层的含流体油气特性,是本文研究的重点.品质因子可以表征地层中岩石的相关特性,但却不能从岩石的物性上解释地震波传播过程中的频率衰减情况.在基于常规波动方程正演理论的基础上,添加了弥散～粘滞性特征,从岩石的内摩擦和粘滞系数上模拟地震波的能量衰减变化特征,分析由于含流体地层的吸收衰减现象,有利于在实际处理中的应用.     

岩土材料导热系数与孔隙率关系的数值模拟分析

采用有限元方法数值,模拟了岩土材料的导热系数与孔隙率之间的非线性关系。有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的热流密度分布和稳态热传导傅立叶定律,计算在不同孔隙率条件下的等效导热系数。研究表明,岩土材料模型等效导热系数随着孔隙的增加而减小;并且当孔隙率大于逾渗值后,等效导热系数的减小梯度明显降低;含孔隙岩土材料的热传导特性与渗流一样具有逾渗特性。     

抗拔桩极限平衡方程及其应用

将抗拔桩侧阻力分解为与桩侧正压力不相关的桩-土黏结强度 、与桩侧有效正压力成正比的摩擦力 两部分,采用摩擦定律计算摩擦力 。基于轴对称条件,假定土体为半无限弹性体,以Mindlin公式积分计算分析极限平衡状态下桩-土共同作用,依据平面应变条件下柱状孔扩张的弹性力学解建立桩-土界面位移协调方程,推导出抗拔桩极限平衡方程,给出了求解方法及计算参数确定方法。该方程能反映桩与土的材料特性、桩体尺寸、桩顶埋深、群桩效应、卸荷效应等多因素对抗拔桩极限承载力的影响。结合海上风电大直径超长抗拔钢管桩足尺试验进行验证。对比分析结果表明,该方法计算的抗拔极限承载力与实测值接近,计算精度远高于现行规范推荐方法,其结果可为工程应用及抗拔桩承载力机制研究提供参考。     

缓坡方程的有限元解法及应用

利用有限元方法离散椭圆型缓坡方程,能适用于复杂区域,并很好地拟合不规则边界;采用改进共轭梯度法求解离散方程组,可以大大降低计算内存要求,提高计算效率。利用结合上述两种方法的模式对规划的日照港区水域进行了波浪数值计算,并将计算结果与物理模型试验值进行比较,结果表明:该模式能适用于较大区域的波浪场计算,并可以得到较好的计算结果。     

岩体裂隙网络非线性非立方渗流研究与应用

裂隙岩体渗流与岩体其他分析密切相关。岩体裂隙网络渗流理论最初主要是建立在线性立方定律的基础基上的,当裂隙水头较大或者流速较大时,裂隙水流不再满足线性立方定律,此时如仍用线性立方水流分析,无疑将会给渗流分析带来较大的误差,甚至引起工程事故。当裂隙水流不满足线性立方定律时,研究这种渗流自身的规律则是非常重要的,也是必要的。通过研究裂隙网络稳定和非稳定情况下的非线性渗流、非立方渗流规律,得出以下结论：①当渗流规律偏离线性渗流较远时,按非线性渗流计算出的水头分布和流量与线性渗流相差较大;当偏离不远时,计算出的水头分布和流量与线性渗流相差较小,可近似简化为线性渗流分析;②当渗流偏离立方渗流较远时,按非立方渗流计算出的水头分布和流量与立方渗流相差较大;当偏离不远时,计算出的水头分布和流量与立方渗流相差较小,可近似简化为立方渗流分析;③对于非线性非立方渗流,应综合考虑非线性与非立方两种因素对渗流的影响。     

新型边界积分方程的无单元解及其应用

目前隧道及大型地下工程往往在裂隙岩体中开挖,而裂隙与地下空间的距离及裂隙的扩展条件,制约着隧道及地下工程的稳定性。应用能考虑孔洞和裂纹问题的新型边界积分方程与无网格加辽金法结合,建立一种新型的边界无单元法。在该方法中基本的未知量是由边界上的面力和边界上位移密度函数构成的复变量边界函数 。文中应用的边界积分公式和Muskhelishvili的积分公式直接相关。将无网格构造方法引入新型的边界积分方程,建立了新型的边界无单元法。应用该方法详细分析了含隧道和裂纹间相互关系等问题,其数值结果与解析结果吻合很好,说明该方法的正确性和可行性。     

自适应非线性有限元的多重网格法求解及应用

描述了非线性自适应有限元的多重网格法求解过程。 通过算例说明了方法的有效性以及自适应多重网格有限元用于开挖施工过程模拟分析的优越性。     

抗差理论及在水文学中的应用

综述了国内外抗差理论的研究过程与发展趋势,介绍了抗差估计的理论基础、方法和特点,分析了抗差理论在水文学中的应用现状,提出了进一步研究的问题.     

Cosserat介质理论针对节理岩体的应用

由于考虑了内在尺度的影响,Cosserat介质理论较传统连续介质力学更精确和一般化,在考虑具有微结构介质的力学行为时拥有优势.节理岩体的力学性质明显受结构面影响控制,传统连续介质理论对于认识结构应力、应变的真实状况是有限度的.Cosserat理论应用于岩土介质模拟时,根据具体情况有三种方式一种是将岩土介质视为粒状材料,第二种则是将节理岩体看作是层状材料,此种模型应用最为常见;另一种则是将高度节理化岩体看作是块体结构.与试验或其它数值计算的对比表明,采用层状和块状模型对节理岩体进行数值模拟得到的分析成果是合理可信的.空间模型的应用也作了讨论.     

非饱和土的新非线性模型及其应用

为描述非饱和土的应力-应变特性,基于非饱和土三轴剪切试验,提出泊松比变化率（即切线泊松比随轴向应变的变化速率）的概念,发现非饱和土的切线模量和泊松比变化率均随轴向应变的增加呈指数衰减规律,基于此提出了一种描述非饱和土应力-应变关系的新非线性模型。该模型不仅能描述应变硬化,而且能描述应变软化;能对非饱和土三轴不固结不排水剪、固结排水剪、固结不排水剪试验的应力-应变关系进行描述;模型共包含6个参数,物理意义明确,确定方法简便。利用提出的模型对国内外文献中的三轴试验进行了模拟,结果表明,模拟结果与试验数据有很好的吻合度,从而验证了模型对试验数据的合理性和适用性。     

热反射技术及其在多年冻土区道路热保护中的应用

热反射技术是一项被广泛应用于建筑物及道路表面降温的主动冷却技术, 国内外很少对此技术在多年冻土区道路热保护方面进行研究。针对多年冻土区气候及工程环境特点, 综述了热反射技术在冻土区道路中的应用现状和研究成果, 阐述了热反射涂层的基本成分、 反射机理和测试方法, 分析了路用热反射涂层的材料性能、 反射效果和路用性能, 简要介绍了热反射涂层在路基边坡应用方面的研究进展。指出在当前条件下利用热反射涂层保护多年冻土区道路所遇到的问题及可行的解决方案, 并在此基础上提出了今后研究的重点： 从材料选择、 理论分析和试验方法入手, 对路用热反射涂层的颜色、 反射性能、 路用性能和区域适用性进行改进和研究, 加强多年冻土区道路热反射涂层的野外试验和分析, 深入研究复杂气候和工程环境下的热反射涂层性能。     

The theory of the recoverable linear strain sensor and its application in geomechanics

Summary After introducing the new linear strain sensors and the theory behind their modus operandi, the paper discusses in general the performance characteristics as well as the potential value of their application in geomechanics. Application features and effects of application environments are then outlined and examples of practical applications are given.