韧性剪切带构造岩类质量平衡分析

本文概要介绍了韧性剪切带研究的新方法－构造岩类质量平衡分析法。     

韧性剪切带相关褶皱研究进展

褶皱是韧性剪切带内普遍发育的构造变形,是研究韧性剪切带乃至造山带构造作用的桥梁,但是对于剪切带中存在的这类褶皱国内尚无统一命名,本文根据剪切带内褶皱的最新研究成果,引进了“韧性剪切带相关褶皱”的概念。目前,国内外学者对韧性剪切带相关褶皱(尤其是鞘褶皱)的研究多集中在运动学和动力学上。本文介绍了韧性剪切带相关褶皱的类型及其研究方法,为客观理解韧性剪切带相关褶皱的形成机制提供了新思路和方法,进而为恢复陆内造山作用过程提供了客观的约束条件。     

基于数字图像测量技术的砂土剪切带分析

在进行土工试验时,土样端部摩擦效应和初始缺陷都可以引起试样的不均匀变形,进而形成宏观的剪切带。基于数字图像测量技术改进了GDS多功能三轴仪,进行砂土的固结排水三轴试验,获得了试样在不同时刻的应变等值线云图和局部应力-应变全曲线,研究了试样端部的摩擦效应。结果表明,端部摩擦显著地影响试样的力学特性,对径向应变的影响可达10%。通过在砂土试样中放置粉质黏土块的方法获得了宏观不均匀土样,并测试其剪切带的形成过程。测试结果表明,试样在两种材料的界面处形成不连续刚度,引起变形的不均匀发展,进而形成宏观的剪切带而破坏。     

韧性剪切带糜棱岩中不对称旋转碎斑系剪切指向模拟实验韧性剪切带糜棱岩中不对称旋转碎斑系剪切指向模拟实验研究现状及其问题

韧性剪切带是大陆变形过程中形成于地壳深层次的重要构造变形形迹,是重建构造变形温压环境、变形几何学、运动学及动力学的重要研究对象。剪切变形方向的确定是韧性剪切带研究的基础环节之一。尽管指示韧性剪切带剪切方向的标志很多,但是由于韧性剪切带变形过程的复杂性,实际工作中往往很难准确地限定剪切方向,甚至常常会发现同一条韧性剪切带中发育指向相反的剪切标志。在变形岩石中,不对称旋转碎斑系被认为是判断韧性剪切带剪切方向的可靠标志。根据有拖尾的旋转碎斑系判断剪切指向要比“云母鱼”、“多米诺”等组构可靠得多。总结前人的理论和模拟试验成果,可以清楚地认识到,碎斑系的演化是其形态、轴率、初始方位、基质及其界面性质、运动学涡度、剪应变强度、剪切带的厚度、碎斑短轴比等因素综合作用的结果。深刻认识不对称旋转碎斑系在韧性剪切带形成过程中的发育过程、限制条件、影响因素,将有助于准确地运用它们来判断韧性剪切变形的构造指向,以便进一步研究与该韧性剪切变形相关的大陆动力学。     

平面应变下原状黄土的剪切带研究

针对黄土地区工程建设中的平面应变问题,使用改进的西安理工大学真三轴仪进行了不同侧向固结压力、不同含水率下原状黄土的平面应变剪切试验,得出了剪切破坏时剪切带倾角试验值,根据应力-应变关系曲线求出了剪切带倾角的Mohr-Coulomb、Roscoe理论解,分析了相应控制因素下原状黄土强度、剪切带破坏模式与倾角的变化。结果表明：应力-应变曲线随含水率、侧向固结压力的增大从原生软化型向次生硬化型转变;剪切带破坏模式随侧向固结压力的增大依次呈现单一剪切带、锥型剪切带和X型剪切带;随着含水率的增大,黏聚力、内摩擦角减小导致Mohr-Coulomb剪切带倾角减小,剪胀作用增强导致Roscoe剪切带倾角增大;随侧向固结压力增大,动内摩擦角增大及剪胀作用增强,导致Mohr-Coulomb、Roscoe剪切带倾角增大。     

黑龙江省小黑山韧性剪切带特征

小黑山韧性剪切带是黑龙江省已知较大的韧性剪切带之一,文中简要叙述了该带的构造特征和岩石特征,初步认为该剪切带为一左行走滑-斜冲韧性剪切带,在南北向水平挤压应力场中派生的左旋剪切作用形成。变形时代为早二叠世末—晚二叠世。该带的发现不仅有可能成为两个二级单元的分界线,而且具有良好的找矿意义。     

遥感图像上韧性剪切带的信息提取及解译标志

以南天山东段铜花山—榆树沟地区为例,通过小波包图像处理分析,结合野外实地验证,认为小波包处理后的遥感图像上,韧性剪切带具有独特的影像特征。剪切带两侧的纹理在形状、粗细、延伸方向和弯曲类型上均表现为明显的不一致。剪切带本身表现为负影像特征及细腻、均匀和密集的定向纹理。大小不同的透镜体被密集纹理组成的强应变带环绕。剪切带穿越早期褶皱时,出现新月形、花朵形、鳄鱼嘴形和辫子形等多种复杂的叠加褶皱形态。根据剪切带两侧的影纹结构可以判断剪切带的运动方向。     

韧性剪切带糜棱岩中不对称旋转碎斑系剪切指向模拟实验研究现状及其问题

韧性剪切带是大陆变形过程中形成于地壳深层次的重要构造变形形迹,是重建构造变形温压环境、变形几何学、运动学及动力学的重要研究对象.剪切变形方向的确定是韧性剪切带研究的基础环节之一.尽管指示韧性剪切带剪切方向的标志很多,但是由于韧性剪切带变形过程的复杂性,实际工作中往往很难准确地限定剪切方向,甚至常常会发现同一条韧性剪切带中发育指向相反的剪切标志.在变形岩石中,不对称旋转碎斑系被认为是判断韧性剪切带剪切方向的可靠标志.根据有拖尾的旋转碎斑系判断剪切指向要比"云母鱼"、"多米诺"等组构可靠得多.总结前人的理论和模拟试验成果,可以清楚地认识到,碎斑系的演化是其形态、轴率、初始方位、基质及其界面性质、运动学涡度、剪应变强度、剪切带宽度/碎斑短轴等因素综合作用的结果.深刻认识不对称旋转碎斑系在韧性剪切带形成过程中的发育过程、限制条件、影响因素,将有助于准确地运用它们来判断韧性剪切变形的构造指向,以便进一步研究与该韧性剪切变形相关的大陆动力学.     

衡山界牌倾滑韧性剪切带的变形特征与应变分析

本文在前人工作的基础上,通过大量的第一手资料,对衡山界牌倾滑韧性剪切带（以下简称该带）的分带、变形特征、形成环境进行了探讨;对该带的几何学、运动学特点进行了分析,计算了该带的变应程度和位移量,并探讨了该带的成因及演化模式。     

Non‐linear analysis of shear band formation in sand

The paper investigates the incipience of shear band with an incrementally non‐linear constitutive equation. Necessary conditions for the emergence of shear band are derived. The lower bound solution is obtained by taking the strain rate inside and outside the shear band into consideration. Numerical results of localized bifurcation for general stress and strain are presented and compared with experiments. In the principal stress space, the stresses at the onset of shear band form a surface, which is partially enclosed by the failure surface for homogeneous straining. The significance of the analysis for identification of the material parameters and verification of the constitutive model against experiments is discussed. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

月壤双轴试验的剪切带离散元数值分析

土体的破坏问题一般都是从其剪切带入手进行研究的。针对真实月壤所处的环境（无水、低重力场、低气压等）和内摩擦角较大的特点,采用最近提出的1种考虑粒间抗转动作用与粒间范德华力2个因素的月壤散粒体力学接触模型,用离散单元法模拟了柔性边界条件下月球环境（含范德华力）与地球环境（不含范德华力）2种试样的双轴压缩试验,通过试样局部变形、速度场、孔隙比及转动场的变化情况研究了2种试样剪切带形成与发展。研究结果表明,剪切带的形成是试样内部应变局部化的结果,同时也伴随着试样内部颗粒相对转动的局部化,月面环境对试样的破坏形式与性状（剪切带的倾角及厚度）有显著的影响,探月工程中必须考虑到月面环境对月壤力学性质的影响。     

含细粒砂土反常剪切行为的数值模拟研究

针对含细颗粒砂土的反常剪切行为,开展了双轴剪切试验的数值模拟,从宏细观角度分析了其反常剪切行为发生的内在机制。数值模拟结果表明,增加围压能提高含细颗粒砂土的抗剪切液化能力,该反常行为的根本原因在于围压上升使得粗细颗粒更有效地参与了力链传递,增加了颗粒间的接触,增强了土体的密实度。细颗粒在土骨架中的移动对砂土的液化起着至关重要的作用,而粗颗粒仅起次要作用。研究表明,细颗粒在剪切过程中会持续从有效土骨架中移出成为无效颗粒,而部分粗颗粒也因失去细颗粒的支撑作用会脱离土骨架,直至试样最终液化。细颗粒一般参与土骨架中的弱力链,而粗颗粒则一般参与强力链,导致细颗粒较粗颗粒更容易在土骨架中移动。     

A simulation study of microstructure evolution inside the shear band in biaxial compression test

We study the development of microstructure inside the shear band in granular media consisting of elliptical‐shaped particles. Plane strain biaxial compression test was simulated using two‐dimensional distinct element method. The generation of large voids and concentration of excessive particle rotation inside a shear band are found in a quite similar manner to those observed in natural soils. Evolution of the microstructure inside and outside the shear band is studied. The magnitude and direction of particle rotation inside the shear band is influenced by orientation of long axes of elliptical particles. Because of such particle rotations inside the shear band, the preferred alignment of particles becomes horizontal in the residual state, which results in a more anisotropic contact normal distribution oriented along the major principal stress axis. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Undrained shear band in water saturated granular media: A critical revisiting with numerical examples

By taking into account the continuity of stresses and pore pressure across the boundaries of a shear band, it is theoretically shown that incipient localization may take place in saturated loose contractive sand in the regime of decreasing deviator stress under undrained conditions. The undrained shear band orientation primarily depends on the Poisson's ratio and the dilatancy characteristics of the material. However, under strict isochoric constraint, localization is precluded in dense dilative sand with deviator stress increasing only. If any local volume change takes place with a certain mechanism, undrained shear band would be possible in dense sand, most likely in the regime of decreasing friction angle after the peak friction angle is mobilized. Numerical examples are given to demonstrate the variation of shear band inclinations with void ratios and initial consolidation pressures. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Micromechanical analysis of failure propagation in frictional granular materials

The extent to which the evolution of instabilities and failure across multiple length scales can be reproduced with the aid of a bifurcation analysis is examined. We adopt an elastoplastic micropolar constitutive model, recently developed for dense cohesionless granular materials within the framework of thermomicromechanics. The internal variables and their evolution laws are conceived from a direct consideration of the dissipative mechanism of force chain buckling. The resulting constitutive law is cast entirely in terms of the particle scale properties. It thus presents a unique opportunity to test the potential of micromechanical continuum formulations to reproduce key stages in the deformation history: the development of material instabilities and failure following an initially homogeneous deformation. Progression of failure, initiating from frictional sliding and rolling at contacts, followed by the buckling of force chains, through to macroscopic strain softening and shear banding, is reproduced. Bifurcation point, marking the onset of shear banding, occurred shortly after the peak stress ratio. A wide range of material parameters was examined to show the effect of particle scale properties on the progression of failure. Model predictions on the thickness and angle of inclination of the shear band and the structural evolution inside the band, namely the latitudinal distribution of particle rotations and the angular distributions of contacts and the normal contact forces, are consistent with observations from numerical simulations and experiments. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

含水率对煤系土抗剪强度的影响

煤系土具有遇水软化的特点,强度随含水率的增加急剧下降。以分布在广州－梧州高速公路沿线的煤系土为研究对象,在分析其物理特性的基础上,通过常规直接剪切试验测定了不同含水状态煤系土试样的抗剪强度,分析了含水率对煤系土抗剪强度的影响,并提出了实际工程中处治煤系土的建议。研究结果表明：煤系土抗剪强度与起始含水率具有明显的相关关系,且起始含水率越大,抗剪强度越小。随着含水率的增大,煤系土黏聚力总体呈减小趋势,但变化趋势具有显著的阶段性。当含水率小于某一值时,煤系土黏聚力随含水率增大变化幅度较小;当含水率高于该值后,煤系土黏聚力随含水率增大急剧降低,凝聚力对数与含水率呈线性关系。含水率变化对煤系土内摩擦角的影响较小,但在含水率增大过程中,煤系土内摩擦角先增后减,具有明显的峰值。     

基于数字图像的砂土压缩变形模式的试验研究

基于数字图像处理技术,利用图像分析程序包PhotoInfor分析了侧限压缩条件下砂土各加荷阶段土体位移的产生、发展与演化全过程,发现砂土的位移场类似于抛物线形状,位移等值线呈轴对称分布,位移量最大的区域总是发生在上透水石的下底面中心处。单调加荷条件下,位移增量主要集中在局部变形带附近,其范围有继续延展和贯通的趋势,顶部、中部测点的土体位移与整体压缩量基本呈同步增长;顶部的土体位移量始终大于中部,加荷的中后期差别更加明显。与粉质黏土位移场进行对比试验分析,砂土内部的应力传递、变形模式以及荷载的影响范围均表现出明显的差异。上述研究为深入探讨基底压力的分布规律,利用宏观试验现象研究砂土细观结构变化的定量模型提供了新的思路。