基于CT图像直方图技术的冻结岩石未冻水含量及损伤特性分析

未冻水含量是影响岩石低温冻结过程中热力学性质的重要因素, 是冻土科学研究中的重要问题. 采用CT无损识别技术进行不同温度梯度下岩石CT扫描实验, 获得了20℃、-2℃、-5℃、-10℃、-20℃、-30℃下岩石的CT扫描图像. 以数字图像处理理论为依据, 运用CT图像直方图技术进行不同温度梯度下冻结岩石CT图像解析, 完成了冻结岩石未冻水含量及损伤信息的定量分析. 研究结果表明: -2~-5℃是岩石内未冻水含量急剧减小的温度区间; 当温度降到-10℃时, 岩石内未冻水全部冻结成冰. 根据CT数直方图峰形形状可判别低温环境下冻结岩石的损伤大小及分布均匀性. 论文所提出的冻结岩石CT图像直方图技术为定量分析不同温度梯度下冻结岩石未冻水含量、损伤扩展随温度的变化规律提供了新的方法和思路.     

不同冻结方式下盐渍土水盐重分布规律的试验研究

土体的冻融历史在土体的冻胀预报和评估的作用不可忽略,不同的冻结方式将影响土体中的水盐重分布及干密度的变化差异。选择土样底端温度相同情况下的单向冻结、正弦波曲线冻融循环和负温循环冻结3种冻结作用模式,对青藏高原铁路沿线红色粉质黏土进行了试验研究,分析了3种冻结模式下土体的冻胀量的变化、水分和盐分的重分布状况以及土体干密度的变化规律,试验结果表明单向冻结过程由于冰的自净作用,阻止了盐分的迁移;土体周期冻融循环后变形具有不可累加性,盐分在随水分发生对流迁移的同时会发生由浓度梯度诱导的扩散迁移;在冻融作用下,土体的压密变形是客观存在的,即体现了冻融对该试验条件下土体结构的强化作用     

冻融循环作用下节理岩体锚固性能退化机理和模式

岩土锚固的长期性能和耐久性是当前岩土工程界普遍关注的热点问题,也是影响锚固工程长期安全性的关键问题之一。节理岩体存在不同尺度、程度的损伤和缺陷,为地下水的存储和运移提供场所和通道。当达到孔隙水和裂隙水的冻结温度时,岩体中产生冻胀,并伴随着水分迁移,影响锚固系统的锚固性能,在冻融循环作用下,引起锚固系统长期性能和耐久性的退化。依据孔隙介质的冻结理论,建立了砂浆、岩石、砂浆-钢筋和砂浆岩石接触面静水压力学模型,分析其冻结机理。在总结岩石冻融损伤劣化研究成果基础上,深入系统地分析了节理岩体锚固系统的冻融损伤劣化机理及其影响因素,并建立冻融循环作用下节理岩体锚固性能退化的6种模式及其数学模型。     

冻融红砂岩损伤演化多尺度分析

以红砂岩为研究对象,进行冻融循环、CT扫描及力学特性试验,采用图像处理技术结合遗传算法寻优模型实现了0、5、10、20、40 次冻融循环后 CT 扫描图像的去噪、增强、分割及三维重构处理,通过对同一对象跨尺度的损伤识别与对比研究,建立了基于细观损伤的弹性模量劣化预测公式,并从材料细观结构的物理本质诠释了冻融红砂岩宏观力学行为。结果表明：基于图像最大熵值的遗传算法能够快速精确地选取阈值进行图像分割,实现对岩石细观结构中基质和缺陷的识别;随着冻融次数增加,岩石孔隙率上升、孔隙分维下降,细观尺度上呈现出孔隙扩展、数量增多,但结构复杂程度下降的演化行为;传统方法以有效承载面积、弹性模量为度量基准定义的宏、细观损伤变量未能全面考虑损伤物理机制和材料内部结构信息,宏细观损伤演化曲线差异较大;基于2种物理机制定义细观损伤变量和考虑岩石天然损伤定义宏观损伤变量,实现了损伤的宏-细观结合。最后通过冻融循环过程中细观结构演化与宏观力学响应之间的关系,提出了弹性模量劣化预测公式,并分析冻融砂岩孔隙大小及孔隙结构形态变化在损伤过程中占据的不同主导作用,根据细观结构的物理机制解释宏观砂岩冻融破坏的力学机制。     

冻融期土壤水盐变化特征分析——以黑河上游祁连县阿柔草场为例

冻融作用是土地盐碱化的形成机制之一,对冻融区春季积盐有明显的控制作用.在冻融过程中,土壤剖面结构发生变异,形成冻结层、似冻结层和非冻结层.以祁连山黑河上游阿柔草场为例,研究了解冻期土壤水盐运移变化特征.阿柔草场隶属青海祁连山地区,地处西北高寒地区,为季节性冻土区,大面积土壤经历冬冻春融的冻融循环.这种循环引起了土壤中水分和盐分运移的特殊规律,即冻结时土壤中的水分和盐分向冻层迁移,使得冻层的土壤含盐量明显增加;而融化时,由于地表蒸发,土壤中的水分和盐分又向地表强烈迁移,从而造成盐分在地表积聚,诱发盐分两次抬升.     

液氮冻结对岩石抗拉及抗压强度影响试验研究

液氮温度极低（?195.8℃）,当与储层岩石接触时,能够改变岩石物性并对岩石结构产生损伤致裂,因此,可用于储层压裂改造。为了研究液氮压裂时低温对岩石力学性能的影响,分别对不同含水状态（干燥与饱和）的不同类型（大理岩、砂岩和花岗岩）岩石进行液氮冻结处理,并对冻结前、后岩样进行抗拉及单轴抗压强度对比测试。结果表明,经液氮冻结后,岩石的单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量都降低;岩石在干燥状态下,液氮冻结对大理石强度的影响大于对红砂岩的影响;岩石饱和水状态下,液氮冻结对红砂岩强度的影响大于对大理岩的影响;饱和水状态岩石经液氮冻结后,其应力-轴应变曲线在弹性变形阶段出现一个拐点;对于同种类型岩石,饱和水状态能加剧液氮冻结并对岩石损伤,岩石强度影响显著;对3种岩样微观结构进行了电镜扫描（以大理岩为例进行分析）,发现经液氮冻结后在矿物颗粒之间生成了微裂隙。研究结果可为进一步研究液氮压裂机制提供试验依据。     

水分迁移对冻土细观结构的影响

冻结作用导致土体中产生了水分迁移,从而改变了土体密度,进而改变了土体结构性及其物理力学性质。利用CT设备,对冻融前后的土样进行CT细观试验,通过CT数变化定量分析土样的损伤程度,反映冻土结构的变化。结果表明：冻结过程中同时发生了裂纹的张开与闭合,冰透镜体位置裂纹数量在冻结后明显增加。冻结区土样在水分迁移并结晶的作用下被切割成多个多边形,造成土样孔隙增大,导致CT数减小,损伤量增大。融土区土体在冻胀力作用下产生了一定的固结,使得其密度增大,CT数增大,损伤量表现为负值。上部荷载对土体损伤有抑制作用,而冻融作用却加剧了土体损伤。     

化学腐蚀-冻融综合作用下岩石损伤蠕变特性试验研究

为探讨化学腐蚀-冻融综合作用对岩石损伤蠕变特性的影响规律,选取大东山隧道石英岩和石英砂岩开展研究。将岩石试件在不同化学溶液中经历不同冻融循环次数后,采用电镜扫描对岩石表面细观特征进行分析。并开展岩石三轴蠕变试验,分析化学腐蚀-冻融综合作用对岩石瞬时应变、蠕变应变、蠕变速率和长期强度等参数的影响规律。研究结果表明:化学腐蚀-冻融综合作用导致岩石发生损伤,岩石损伤程度随着冻融循环次数的增加而增大,化学腐蚀影响程度由大到小依次为HCl溶液、NaOH溶液和NaCl溶液;岩石各蠕变力学参数随着冻融次数和溶液环境的改变而明显变化。随着化学腐蚀-冻融作用加剧,岩石试件破裂形态有由脆性向延性转变的趋势。冻融循环和化学腐蚀对岩石损伤是相互促进的,双因素耦合作用对岩石损伤和蠕变特性影响均大于单因素的影响。     

细粒土冻融界面抗剪强度试验研究及灰关联分析

春融时寒区冻融界面的产生会使得冻土的强度发生衰变,这会对边坡的稳定性产生影响。为了研究冻融条件下细粒土冻融界面的强度变化规律,本文开展了不同冻结温度(-12℃、-7℃、-2℃)、环境温度(-5℃、-2℃、1℃)以及含水率(9%、16%、23%)下的低温直剪试验。探讨了各因素对于冻融界面强度的影响。同时利用灰色相关理论,分析了各因素与剪切强度之间的相关性。试验结果表明：冻融面处抗剪强度随着环境温度和冻结温度的升高而降低。试件强度的变化主要与黏聚力的变化相关,内摩擦角变化较小。冻融界面强度的发展主要与未冻水含量(或含冰量的)密切相关。各因素按显著性排序依次为：含水率>冻结温度>环境温度。考虑温度对于强度的影响时,不能忽略地温(冻结温度)的作用。     

基于分层核磁测试新技术的未冻水变化规律研究——以砂土冻融过程为例北大核心CSCD

土体冻融过程中的未冻水动态变化与冰-水相变过程密切相关,是冻融过程中非饱和土研究的重要基础。利用在线控温以及分层扫描的核磁共振新技术直观测试冻融过程中非饱和砂土的未冻水含量。结合T_(2)分布曲线(曲线上不同的T;值对应着孔隙水类别特性,曲线下方的面积对应试样水分含量)在冻融过程中的峰值大小和峰面积数据反演土体中含水量的大小与赋存的位置,而曲线的峰形态以及弛豫范围(各峰起始值以及终止值)等信息反演不同类型水分(吸附水与毛细水)以及土体结构的分布。在处理试验结果时,首先依据测试得到的冻结温度划分试样冻结区与未冻区。冻结区与未冻区未冻水含量及其孔隙变化差异明显,究其原因是冰水相变与水分迁移。在土样冻结区域冰水相变占主导地位,水分主要由未冻区向冻结锋面附近的e、f层迁移。首先以中大孔隙中毛细水迁移为主,其次以小孔隙中的吸附水迁移为辅。依据水相变成冰体积增大和孔隙体积占比数据分析可知,冻结区微小孔隙会在冻结过程中连通形成中大孔隙;而在未冻区水分迁移占主导地位。未冻区受固结作用中大孔隙压缩形成为小孔隙。试验过程中冻结锋面附近的e、f层孔隙变化最为剧烈。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

黄土路基沉降曲线特征分析

在分析郑西客运专线试验段路基沉降实测资料的基础上,提出沉降变形常规预测方法受观测时间及单次观测结果的影响比较大,不利于用来预测最终沉降。通过分析现场沉降变形与时间关系曲线,提出路基沉降的发展主要受固结的影响,其发展是一个从沉降增加到趋缓的过程,可以明显分为固结变形及流变变形,并用非饱和土等效固结理论加以解释,提出了一种利用s- 曲线特征预测最终沉降量的方法,经检验对比发现其预测结果受观测时间及单次观测结果的影响比较小,优于其它常规预测方法     

沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响的数值仿真分析

结合爆破数值模拟中爆破荷载的特点,分析了各种荷载施加方法的特点及爆破震动场模拟的要求,基于圣维南荷载等效原理,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载等效后,施加在同排炮孔中心线或者面上来模拟爆破荷载的作用。结果表明,等效施加方法在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好。利用该等效荷载施加方法,采用三维实体模型计算分析了某沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响,计算了周围不同位置、不同深度位置处的振动响应,并在此基础上,分析研究了减小爆破振动对既有结构物影响的减振措施,可为类似工程提供借鉴。     

Structure of sediments of kaolinite

In an assembly of clay particles placed in a fluid, each particle is typically subjected to: (1) double-layer repulsive forces; (2) van der Waals attractive forces; and (3) contact mechanical forces. The study presented here concerns an approximate, quantitative analysis of clay suspensions, with considerations to the first two - the physico-chemical forces. Using recent theories to calculate the physico-chemical forces between two clay particles in an approximate model of an assembly, the equilibrium void ratio of a clay suspension is computed. The mechanical forces are ignored in the analysis. The results serve to verify the validity of physico-chemical theories employed and help interpret experimental data more fundamentally in terms of the system variables.     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。     

不同形式诱导缝的等效强度承载性能的数值分析

将考虑尺寸效应规律的混凝土等效断裂模型应用到不同形式诱导缝等效强度公式中,得到了修正后的不同形式诱导缝的等效强度公式。同时,得到了诱导缝等效强度的变化曲线,并比较了单双向间隔诱导缝的优劣,得到双向间隔诱导缝优于单向间隔诱导缝的结论,为高拱坝中诱导缝的设计提出了建议。     

土的可恢复剪胀的一种解释

从土的各向异怀角度对土的可恢复剪胀现象进行了解释。基于各向异性情况下的土体弹性本构关系理论分析，认为土的可恢复剪胀现象可部分归因于土的各向异性引起的弹性剪胀。借助有关土体弹性参数实验结果，研究了应力诱导各迥异性对土体弹性剪胀的影响，结果表明：随土体应力诱导各向异性的增大，土体的弹性剪胀也增大。从土体弹性剪胀角度研究了土的卸荷体缩条件，认为土体卸荷体缩取决于加载应力路径的应力增量比，给出了土体出现卸荷体缩的区域。