大理岩破坏阶段Biot系数研究

在流固耦合研究中经常采用有效应力原理,Biot系数的确定为其中困难之一。为了研究含裂纹大理岩中Biot系数演化规律,在三轴压缩塑性变形后期阶段的不同轴向变形条件下,进行轴向压力加卸载循环;并在轴向压力卸载末期对岩样施加孔隙水压力。通过记录试样的变形,在Shao提出的Biot系数计算方法的基础上,计算轴向和侧向Biot系数。得到了不同围压条件下轴向和侧向Biot系数随轴向变形的演化规律,并对此进行了深入分析。结果表明：（1）Biot系数表现为各向异性,三轴压缩试验时,试样中大部分裂纹沿最大正应力方向扩展,是造成这种现象的直接原因;（2）轴向和侧向Biot系数随着轴向变形的增大而增大,轴向变形的增大引起岩样中裂纹扩展,导致Biot系数增大;（3）低围压条件下轴向和侧向Biot系数均比高围压条件下的值大,这是由于破坏方式不同引起的。     

Biot固结理论中连续性方程形式的讨论

对于Biot固结方程中的连续性方程形式,不同的研究者存在分歧。在详细分析了Biot推导固结方程的过程后,发现其在推导固结方程时用到的弹性应变能密度函数存在错误。为了得到正确的连续性方程,采用两种思路进行了分析：①通过对土体单元变形的分析,得到了考虑土体颗粒和流体可压缩性的连续性方程;②按照Biot推导固结方程的思路,通过修正推导过程中用到的弹性应变能密度函数得到了连续性方程。上述两种思路得到的连续性方程是等价的,同时将上述连续性方程和其他研究者通过质量守恒得到的连续方程进行了对比,结果是一致的,从而确定了连续性方程的正确形式,并澄清了目前在Biot固结方程中的连续性方程上存在的分歧,所得结论可为固结方程的解析或数值计算提供依据。     

双重含水介质水文地质参数的高分辨率识别

某火山岩矿区由于受后期构造影响,含水介质除了发育成岩裂隙-孔洞外,还发育有多组构造裂隙和剪切破碎带。抽水试验显示:抽水早期(≤6min)各观测孔的降深明显大于泰斯理论降深(单重均质),中后期(6min)趋于一致,呈现出双重含水介质的释水特征。本次研究在充分分析双重介质释水机理的基础上,结合时间步长为20s的高分辨率降深资料,采用分段泰斯模型进行了水文地质参数的识别。结果表明:剪切破碎带等强导水介质的弹性给水度略小于成岩裂隙-孔洞弱导水介质的弹性给水度;但导水系数相差很大,强导水介质一般为5 590~6 130m2/d,而弱导水介质仅715~743m2/d,这必然会导致未来矿山开拓过程中初见涌水量和稳定涌水量的显著差异,需要引起足够的重视。     

多孔介质中水合物的热物理参数测量

利用时域反射技术和非稳态热线法测量热物理特性技术,设计制作了一套用于高压状态下测量含水合物沉积层热物理参数的系统。选择粒级(?)0.18～0.25 mm的细砂作为多孔介质,加入0.3g/L十二烷基硫酸钠(SDS)溶液作为多孔介质中的孔隙水和甲烷气体(纯度为99.9%),模拟沉积物中水合物的生成过程。采用交叉热线法和平行热线法两种方法测量了含水合物沉积层中的导热率,交叉热线法导热率的测量结果为(1.112±0.080)W/(m·K),平行热线法导热率的测量结果为(1.078±0.057)W/(m·K)。     

土工参数粗差处理

本文对工程测试数据的常用异常值判别方法作简要的论述，分析了其优缺点；根据土性参数的特点，说明判别方法在处理土性参数粗差方面的局限性，并作了改进；提出利用极值对方差的影响来确定异常值。     

密度差随深度呈双曲线递降的界面重力模拟

为了确定沉积层的界面深度，本文研制出了密度差随深度呈双曲线递降的解释程序。运用双曲线密度差无限平板重力公式计算每个重力点上界面的近似深度，根据求出的深度值，用ｎ边形代替沉积基岩界面，采用Ｖｉｓｗｅｓｗａｒａ Ｒａｏ等１９９４年所提出的公式计算重力异常，再用Ｂｏｔｔ１９６０年提出的方法程序修定界面的深度。     

基于Biot方程的纵波波场高阶有限差分法模拟及波场分析

地球物理勘探中的含油气储层通常被认为是一种典型的双相介质,这种介质模型能更精确的描述含气性储层的特征,开展双相介质波场传播特性的研究具有十分重要意义。研究以Biot理论为基础,从双相介质中的纵波方程出发,导出求解双相各向同性介质中纵波方程的高阶差分格式,在此基础上实现双相各向同性介质中纵波方程的高阶有限差分法正演模拟,数值模拟结果表明:这种算法能在少量增加计算量的前提下大大提高精度,同时波场模拟结果与理论相吻合,波场快照快慢纵波的波场反映出不同速度、相位相反等特征差异,对将该理论应用于实际有重要的指导意义。     

黑龙江森林沼泽区超低密度地球化学调查采样介质对比

黑龙江省中部的嘉荫地区为典型的森林沼泽景观,在该区进行了超低密度地球化学调查采样介质对比研究.通过河漫滩沉积物、活性水系沉积物进行对比研究,发现利用河漫滩表层沉积物所圈定的异常不仅能较好地反映矿化信息,而且能较好地反映该地区的地质背景.水系沉积物测量所圈定的异常很弱,只能反映出露矿信息.研究成果表明,河漫滩表层沉积物是森林超低密度地球化学调查的最佳采样介质.     

面向对象方法在Biot固结有限元程序中的应用

面向对象程序设计方法应用于有限元程序编制带来了相当大的优越性。但迄今为止，这种方法在岩土工程中的应用实例很少。至于用面向对象方法进行土力学中常见的Biot固结有限元分析软件的开发，尚未见报道。现将面向对象有限元方法引入Biot固结有限元程序编制中，用C＋＋语言编制中一个Biot固结有限元程序实例。和结构化程序设计方法相比较，采用面向对象方法进行Biot固结有限元程序的编制，使程序的可维护性、可再生性、可扩充性和程序开发的效率都得到了很大的提高。指出将面向对象程序设计方法引入了Biot固结有限元程序的编制等岩土工程的数值计算领域，是今后的发展方向。     

多层地基非轴对称Biot固结的理论解

提出了一种新方法来推导多层地基非轴对称Biot固结问题的传递矩阵,相应的理论推导工作量较少。基于柱坐标系下非轴对称Biot固结的基本方程,通过引入中间变量,并对坐标 进行Fourier级数展开,对时间 和坐标 进行Laplace-Hankel变换,得到了6×6阶和2×2阶的两组常微分方程;然后,两组常微分方程进行关于 的Laplace变换和逆变换,得到了单层地基非轴对称Biot固结问题的传递矩阵;结合边界条件和连续条件,运用传递矩阵法得到多层地基非轴对称Biot固结问题在Laplace-Hankel变换域内的解,通过Laplace-Hankel逆变换得到了该问题物理域的真实解答。编制了计算程序,并进行了数值计算与分析。该方法具有计算速度较快的特点,方便工程应用。     

中高盐度NaCl—H2O包裹体的密度式和等容式及其应用

由于现有的盐水溶液热力学状态方程比较复杂,对于盐水包裹体使用很不方便.笔者在已推导的低盐水包裹体热力学公式基础上,根据实验数值,采用数学拟合法,得到中高盐度(≥23.3%)NaCl-H2O溶液包裹体较精确的流体密度计算式:ρ(g/cm3)=A+B·th+C·th2(A=A0+A1·w+A2·w2;B=B0+B1·w+B2·w2:C=C0+C1·w+C2·w2)和包裹体等容式:p(×105Pa)=a+b·t+c·t2.当测定出包裹体的均一温度(th,℃)和含盐度(w,%),代入密度式即可计算包裹体的流体密度.再找出此密度、盐度的等容式中参数(a、b、c),将这一等容式和其他公式联立,可求得包裹体的形成温度和压力.本文还列举了利用密度式和等容式计算的3个实例.     

Biot固结理论在地面沉降计算中的应用

在回顾地面沉降研究现状的基础上,提出采用Biot固结理论进行由降水形成的渗流场与应力场的耦合分析,并运用二维Biot固结平面有限元程序计算因开采地下水而引起的地面沉降问题,最后通过工程实例验证了该方法的可行性。     

交通荷载下横观各向同性土的Biot固结分析

在竖向荷载和切向荷载共同作用下,求解了具有下卧基岩的横观各向同性土的Biot固结问题。首先,基于Biot固结理论得到控制方程,同时引入3个状态变量;然后,对时间t进行Laplace变换和对半径r进行Hankel变换。利用Laplace-Hankel联合积分变换求解状态方程,得到交通荷载作用下横观各向同性土骨架位移、孔隙水压力等的一般积分形式解。结合算例验证了该方法的正确性,并分析了切向荷载和竖向荷载共同作用下对横观各向同性土层沉降和孔压的影响,可以发现切向荷载和竖向荷载共同作用所产生的前期沉降明显小于竖向荷载单独作用的情况。为了更好地模拟实际情况,竖向荷载还采用正弦循环荷载。在循环荷载作用下,沉降变化周期滞后于荷载周期。     

岩石与水相互作用的能量原理和Biot系数

岩石与水相互作用的研究不仅在理论上而且在工程实践上具有重大的作用,大量的注水采油工程、核废料贮存等就是利用岩石的各向异性和其水力学特征,同时,水又时常引起岩石和土体滑坡坍塌等自然灾害。在微观分析基础上,从理论上建立了各向异性损伤岩石的能量原理及相应的各向异性Biot系数基本方程;并以红砂岩为例,运用两种不同试验方法获取各向同性Biot系数;以三轴注水、排水等试验,论证了在应力-应变全过程曲线中,Biot系数具有各向异性损伤特征。这种特性对注水和注浆等岩土工程具有重要的指导意义。     

An Inverse Analysis of the Comprehensive Medium Parameters and a Simulation of the Crustal Deformation of the Qinghai-Tibet Plateau

sedonthetheoryoffiniteelementanalysis,aninverseanalysismodelforthecomprehensivemediumparametersoftheQinghai-TibetPlateauissetup.WiththehelpofGPSvelocityfield,thecomprehensivecrustalmediumparametersoftheplateauareinverselyanalyzedandthecharacteristicsoftherelatedmovementmacroscopicallysimulated.ItisthenconcludedthatthetectonicdeformationoftheplateauismainlyintheformofaN-ScompressionaccompaniedbyanE-Wstretching,andthepresenttectonicsettingoftheplateaushouldbetheresultofthecollisionbetweentheIndianandtheEurasiancontinentsduringtheCenozoic.     

Finite volume coupling strategies for the solution of a Biot consolidation model

In this paper a finite volume (FV) numerical method is implemented to solve a Biot consolidation model with discontinuous coefficients. Our studies show that the FV scheme leads to a locally mass conservative approach which removes pressure oscillations especially along the interface between materials with different properties and yields higher accuracy for the flow and mechanics parameters. Then this numerical discretization is utilized to investigate different sequential strategies with various degrees of coupling including: iteratively, explicitly and loosely coupled methods. A comprehensive study is performed on the stability, accuracy and rate of convergence of all of these sequential methods. In the iterative and explicit solutions four splits of drained, undrained, fixed-stress and fixed-strain are studied. In loosely coupled methods three techniques of the local error method, the pore pressure method, and constant step size are considered and results are compared with other types of coupling methods. It is shown that the fixed-stress method is the best operator split in comparison with other sequential methods because of its unconditional stability, accuracy and the rate of convergence. Among loosely coupled schemes, the pore pressure and local error methods which are, respectively, based on variation of pressure and displacement, show consistency with the physics of the problem. In these methods with low number of total mechanical iterations, errors within acceptance range can be achieved. As in the pore pressure method mechanics time step increases more uniformly, this method would be less costly in comparison with the local error method. These results are likely to be useful in decision making regarding choice of solution schemes. Moreover, the stability of the FV method in multilayered media is verified using a numerical example.     

贵州东南部岩(矿)石物性参数概况

通过系统采测岩(矿)石密度标本14417块，经统计整理获得了岩石密度在平面上和纵向上的高密度区(层)，低密度区(层)的分布变化特征和规律。采测岩(矿)石磁性参数标本1858块，研究沉积岩、变质岩、岩浆岩和矿石的磁性特征、磁性地层。铜矿与围岩存在电性差，具备寻找良导体的物理前提条件。