数字图像技术在岩石细观力学研究中的应用

岩石内部的细观组成和结构决定了其在外力作用下的应力-应变状态,进而控制了其宏观力学响应和破坏机制。数字图像处理技术作为一种材料细观尺度上的空间结构精确测量和数字表述手段,已广泛应用于土、岩石及混凝土的细观结构定量分析中。应用数字图像处理进行的岩石细观力学研究是对岩石力学研究方法的革新。现阶段主要研究内容包括：岩石裂隙隙宽的非接触测量,数字表述岩石结构的非均匀性,进行岩石细观力学行为分析,将提取的岩石数字特征值与相应的岩石物性结合以实现岩石流-固耦合研究,建立基于数字图像技术的岩石细观力学数值模拟方法。在研究相关文献的基础上,对数字图像技术在岩石细观力学定量研究中的成果进行客观评述,探讨各种方法的优缺点,分析展望数字图像技术在岩石细观研究领域中的应用前景。     

土石混合体细观特性研究现状及展望

土石混合体作为一种介于土体与破碎岩体之间的特殊地质材料越来越多地受到工程界及学术界的关注。土石混合体细观结构特性及物理力学特性的深入研究是当今工程建设的需要,也是理论岩土力学、计算岩土力学、试验岩土力学及应用岩土力学发展的必然。在总结国内外有关土石混合体研究现状的基础上,分别从土石混合体的细观结构特征、细观结构模型和细观力学特性3个方面对当前的研究成果进行了概括。在此基础上,总结了土石混合体细观特性研究方面存在的不足,指出开展不同细观尺度的实时加载试验,从不同试验尺度上研究土石混合体的局部变形特征是未来的研究方向; 建立土石混合体细观损伤演化方程和本构方程,加强土石混合体环境依赖性方面的研究,通过细观试验建立土石混合体三维精细结构模型,开展土石混合体开裂方面的仿真计算,加强细宏观力学特征的关系性分析,揭示实时加载条件下内部微结构的演化过程是未来研究的趋势。     

土石混合体细观特性研究现状及展望

土石混合体作为一种介于土体与破碎岩体之间的特殊地质材料越来越多地受到工程界及学术界的关注。土石混合体细观结构特性及物理力学特性的深入研究是当今工程建设的需要,也是理论岩土力学、计算岩土力学、试验岩土力学及应用岩土力学发展的必然。在总结国内外有关土石混合体研究现状的基础上,分别从土石混合体的细观结构特征、细观结构模型和细观力学特性3个方面对当前的研究成果进行了概括。在此基础上,总结了土石混合体细观特性研究方面存在的不足,指出开展不同细观尺度的实时加载试验,从不同试验尺度上研究土石混合体的局部变形特征是未来的研究方向;建立土石混合体细观损伤演化方程和本构方程,加强土石混合体环境依赖性方面的研究,通过细观试验建立土石混合体三维精细结构模型,开展土石混合体开裂方面的仿真计算,加强细宏观力学特征的关系性分析,揭示实时加载条件下内部微结构的演化过程是未来研究的趋势。     

压缩载荷下准脆性材料宏细观损伤变量研究

在连续损伤力学的基本框架内构建损伤力学模型,而对损伤变量的定义及其演化方程的描述则充分借鉴细观损伤力学的研究成果,就可以建立一个宏细观相结合的损伤模型。对于压缩载荷下准脆性材料损伤,通过假设宏观损伤分析和细观损伤分析所得到的有效弹性张量等价,可以求得宏观损伤变量与细观损伤机制相关的表达及其损伤演化方程,进而可以建立宏细观相结合的损伤模型,并以单轴压缩为例表明这种分析方法是可行的。     

干砂强夯动力特性的细观颗粒流分析

通过引进和开发二维颗粒流程序,基于相似理论建立了可以模拟砂土地基强夯加固的细观颗粒流模型,结合小比尺室内细观模型试验,从颗粒细观力学角度入手对干砂在强夯冲击加固过程中的动力反应特性进行了数值模拟。结果表明,数值模拟结果与试验结果有较好的一致性,利用颗粒流模型可以很好地模拟干砂在冲击荷载作用下的锤底动接触应力、颗粒间动接触应力和颗粒位移场分布情况,并可以实时跟踪颗粒的变位及接触应力变化,实现从细观角度揭示干砂强夯动力响应特性,研究工作为今后砂土强夯加固宏细观机制研究提供了一条新的思路。     

基于BP神经网络的岩土体细观力学参数研究

目前颗粒流计算方法中所采用的细观力学参数,均需根据岩土体宏观力学参数试验结果反复调试获取,调试效率很低且有较大的盲目性,因此,急需引入一种新方法,建立岩土体宏观力学参数与细观力学参数的关系。基于PFC3D程序,采用BP(back propagation)神经网络方法,建立宏观力学参数与细观力学参数的非线性模型,通过输入宏观力学参数,即可快速、准确地反演岩土体细观力学参数。研究结果表明：(1)根据BP神经网络模型反演确定的细观力学参数,输入数值模型计算其宏观力学参数,结果与试验值相比,精度一般高于90%;(2)当模型最小尺度上的颗粒数RES = 10、隐含层含6个神经元时,BP神经网络模型的反演性能最佳。实例计算表明,BP神经网络模型对于岩土体细观力学参数的确定具有良好的反演性能,该方法为颗粒流理论的推广应用提供了新的技术手段。     

岩体损伤力学研究进展

论述了岩体损伤力学在岩体力学中的地位，并从细观和宏观两个方面系统介绍了其最新研究进展；对岩体损伤力学研究中的几个重要问题提出了见解，认为分形几何是研究损伤的有效手段。     

单调荷载下砂土变形过程数值模拟及细观机制研究

采用离散单元法的颗粒流理论,模拟了松砂和密砂在单调荷载作用下的变形过程,研究了砂土渐进破坏过程中的宏观力学行为和细观组构参量的演化规律。采用PFC的FISH语言开发了细观组构统计程序,通过记录加载不同时刻试样的细观参量,如配位数、接触法向分布、粒间法向接触力、切向接触力等的演化,分析了砂土变形过程中细观组构变化与宏观力学响应之间的内在联系。应用表征上述量的组构参数研究了砂土的诱发各向异性,探讨了松砂剪缩、密砂剪胀的细观机制。研究成果对于揭示砂土变形的细观机制以及建立砂土的细观力学模型具有重要意义。     

基于BP神经网络的土体细观力学参数反演分析

利用离散元方法对颗粒材料的细观力学特性研究, 目前确定数值计算模型的细观力学参数大多数通过反复调试获取, 效率低、可重复性差。本文采用开源的颗粒离散元程序LMGC开展了土体双轴压缩数值试验, 通过25组土体细观力学参数计算得到相应的宏观力学参数, 建立了BP人工神经网络反演系统。利用土体物理试验得到的土体宏观力学参数, 输入BP神经网络, 反演得到土体的细观力学参数。将所得细观力学特性参数输入所建立的土体数值计算模型, 得到土体破坏过程中的应力-应变关系曲线, 以及土体颗粒的力链图和旋转变形云图。所建立的土体数值试验模型能够较好地模拟土体变形破坏过程, 利用BP神经网络反演细观力学参数以及数值模型计算得到的土体宏观力学参数与物理试验吻合较好, 误差在10%左右, 土颗粒间力链云图以及旋转变形云图较好地揭示了土体变形破坏的机理。     

环境侵蚀下水泥土的强度及细观破裂过程分析

研究了环境侵蚀下水泥土的细观破裂行为,利用中国科学院武汉岩土力学研究所的岩石破裂过程细观力学试验系统,对在各种侵蚀环境中侵蚀一定时间的水泥土细观试件进行了一系列破裂过程试验,实时观察并用显微数码摄像系统记录了水泥土试件的细观破裂全过程,得到了水泥土的应力-应变关系曲线及其对应显微图像。研究结果表明,环境侵蚀后水泥土的细观破坏特征主要有两类,即弹塑性破坏和脆性破坏。细观试验是研究环境侵蚀下水泥土破坏过程的有效手段。     

微机化地面γ能谱仪及其初步应用

本文针对目前地面γ能谱仪功能差,不能及时给出数据和有关图件,调节困难、操作复杂、用附加放射性参考源稳谱等缺点,提出了采用PC－1500袖珍计算机系统的微机化地面γ能谱仪。实现了野外地面γ能谱测量的数据采集和记录、数据打印与绘图、数据存储与传送的一体化。试验表明,该机操作方便,掌握容易,工作效率高,资料获取快,能够快速提供有关地质情况,适用于野外地面γ能谱测量。     

Lunar ranging instrument for Chandrayaan-1

Lunar Laser Ranging Instrument (LLRI) proposed for the first Indian lunar mission Chandrayaan-1 is aimed to study the topography of the Moon’s surface and its gravitational field by precisely measuring the altitude from a polar orbit around the Moon. Altimetry data close to the poles of the Moon would also be available from the instrument, which was not covered by earlier missions. This instrument supplements the terrain mapping camera and hyperspectral imager payloads on Chandrayaan-1. The instrument consists of a diode pumped Nd:YAG pulsed laser transmitter having 10 nsec pulse width and a receiver system. The receiver system features 17 cm diameter Ritchey—Chrétien collecting optics, Si Avalanche Photo Detector (APD), preamplifiers, constant fraction discriminators, time-of-flight measurement unit and spacecraft interface. Altimeter resolution of better than 5 m is targeted. The received signal strength of LLRI depends on laser pulse backscatter from the Moon’s surface. Moon’s surface being a poor reflector, the choice of receiver size and its type and the selection of detector play an important role in getting a good signal-to-noise ratio and in turn achieving the target resolution. At the same time, the spacecraft puts a limitation on payload size and weight. This paper discusses the proposed LLRI system for Chandrayaan-1 and signal-to-noise ratio estimation.     

黄铁矿热电性研究方法及其在胶东金矿的应用

本文概述了黄铁矿热电性标型研究所涉及的黄铁矿热电性理论。阐明了矿物热电性测量最新的仪器和测试方法。论述了对胶东地区7个典型金矿床在成因矿物学与找矿矿物学研究中关于黄铁矿热电性方面的应用成果,包括:(1)胶东地区各金矿床黄铁矿热电性的一般特征;(2)金矿床成矿阶段黄铁矿热电性的演变特征;(3)判断金矿规模;(4)判断矿体延伸规模;(5)矿床的黄铁矿热电性分带;(6)判断剥蚀程度;(7)根据矿物热电性标型特点及其应用经验,提出了黄铁矿热电性标型研究方法。     

岩矿石孔隙度测量方法

介绍一种基于阿基米德原理的测量孔隙度方法,解决岩矿石孔隙度的测量问题。在研究孔隙度测量原理及常用方法的基础上,采用该方法并完成了孔隙度测量仪电路设计工作,给出了仪器技术指标及实测结果分析。孔隙度测量仪由称重传感器、集成放大滤波的模数转换器、单片机、键盘及液晶显示器等组成。该测量仪不仅解决了测量固体岩矿石标本孔隙度的问题,还可以用于岩矿石标本的质量、体积和密度等多种物性参数的检测。本仪器测量孔隙度准确度优于0.5％,均方差小于0.2%,相对误差小于1%,满足岩矿石孔隙度的测量要求。     

微机地学仪器的算法分析与应用

本文根据最新发展的个人仪器理论,讨论了在微机地学仪器设计中如何利用软件算法消除测量误差,实现传感器的非线性校正、数据平滑、信号分析与信息变换等方法技术,某些方法技术引用了笔者的微机地学仪器设计实例加以说明。     

强场源瞬变电磁仪及在某铜矿的试验性应用

为加大瞬变电磁仪的勘探深度,通过吸收电子工业中成熟的技术成功研发出了强场源瞬变电磁仪。该仪器具有发送电流大、关断时间短、勘探深度大等优点。通过在某铜矿区的试验性应用,证明已具备开展野外实际工作的能力,达到了预期的效果。     

全站仪在隧洞三维变形监测中的应用研究

根据隧洞开挖特点,结合现代测量技术,详细地分析了高精度全站仪在隧洞三维收敛变形观测中的应用。对仪器的选择、控制点和测点的布置、位移计算以及三维精度估算进行了详细地分析。     

龙岩地震台地磁核旋观测与环境调查、分析报告

龙岩地震台核旋观测室始建于 1 984年 ,1 985年 2月开始使用。室内建有三个仪器墩。长期来 ,探头一直放在最西边的墩上进行观测。 1 998年龙岩台核旋观测仪故障停测后 ,1 999年 1 2月新购回G - 85 6核旋观测仪 ,并于 2 0 0 0年 1月开始正式观测。由于使用G - 85 6核旋观测仪观测以来 ,H分量一直不稳定 ,Z分量测值也经常出现不稳定值 ,后改将探头放在中间墩上 ,观测结果Z分量测值稳定 ,而H分量测值仍不稳。从2 0 0 0年 7月 5日开始 ,进行加密观测 ,分析结果作者认为有仪器老化与不配套的原因 ,更重要的是环境变化的影响 ,在文章最后提出了相应的建议     

WLD-4C型光电直读光谱仪的开发与应用

报道了北京现代瑞利仪器有限责任公司研制的具有完全自主知识产权的新一代光电直读光谱分析仪(WLD-4C型)。对仪器的机械系统、电器系统、激发光源及计算机软件等作了重大改进,其专有技术保证了仪器的优良性能,与同类仪器相比具有较高的性能价格比,可广泛应用于冶金、机械制造、质检等行业的多种合金的化学成分的分析。重点阐述了仪器结构、工作原理、主要参数、分析性能以及主要特点。     

基于地质体的地下厂房开挖变形插值方法

为了快速地获取施工过程中地下厂房区域的变形分布,在利用建立的三维地质模型的基础上,根据设计资料在地质模型中加入地下厂房模型和监测仪器模型,并根据设计资料的特征,设计了一套三维监测仪器图例,提出了基于设计资料快速加入仪器模型的方法。根据建立好的地质体地下厂房监测模型,进一步结合了基于监测仪器、三维地层、结构面的三维空间位置分布情况,充分利用监测仪器监测到的变形数据,进行了地下厂房变形分布的方法研究。根据监测仪器、地层和结构面的空间信息,改进了Shepard（谢别德）插值方法,使得变形分布插值更加趋近于真实。针对糯扎渡地下厂房工程实例,检验了方法的可行性。