实验流变学的发展现状与趋势

实验流变学是通过高温高压实验手段研究地球内部主要组成物质在差应力的作用下发生变形和流动的学科.伴随着流变实验技术的不断发展,实验流变学在过去30年中得到了快速发展,研究范畴和研究对象不断扩大,在地球和行星科学的研究领域发挥着重要的作用.主要简要介绍了实验流变学技术的发展历史,围绕岩石圈、软流圈、转换带和下地幔流变学实验研究和中深源地震机制的研究总结了实验流变学领域的主要研究进展与存在问题,提出由物质成分和热结构控制的地球不同圈层流变学性质的三维结构是当前实验流变学研究需要解决的核心科学问题,并在此基础上展望了实验流变学未来的优先发展方向.     

上海浅层土的单剪流变特性的试验研究——流变参数的测定

近年来的一些试验研究认为,在上海地面沉降中,浅层土在抽灌条件下具有的流变特性是造成粘性土层沉降的主要原因。根据目前流变学的看法,受侧限的粘土层,其固结和迟流的次时间效应的发展,主要是由于偏差应力的作用。 本试验探求了上海浅层土的流变特性(包括剪切蠕动规律及其破坏过程),从中求得剪切模量(G)和粘滞系数(η)两个独立的流变参数,为计算土体沉降提供了部分指标。     

大陆岩石圈流变学研究的发展现状与前景

板块构造登陆导致大陆动力学的兴起,但大陆动力学迄今在理论上尚无长足发展,究其原因是大陆构造的复杂性,这一复杂性取决于大陆岩石圈复杂的流变学结构(纵向分层和横向不均一)。因此,大陆岩石圈流变学研究是大陆动力学的核心,并成为发展大陆动力学、完善板块构造理论的关键研究领域,同时对构造地质学学科发展具有推动作用,并在资源形成和地震机理方面具有实际意义。本文在阐述了岩石圈流变学的发展与现状的基础上,较详细分析了大陆流变学的核心内容:大陆岩石圈流变学结构特征,大陆物质的本构方程及大陆流变学特性对大陆变形与构造演化的影响。本文还总结了我国开展大陆流变学的基础和条件,对未来研究进行了展望:1)形成常态的多尺度-多手段-多学科-多部门的联合研究;2)缩小量子力学和岩石/矿物流变结构研究间的差距; 3)从全球尺度物质流动着手,构建以流变学为基础的大陆动力学模型。     

岩石圈流变学：一种研究地球深部岩体变形的新方法

岩石圈流变学是大陆岩石变形的主导因素之一,是一种研究地球深部岩体变形的新方法。简要介绍流变学对大陆动力学研究的影响,并对当前流变学研究进展进行评述。岩石圈流变学在岩石圈地层、造山带和大型盆地动力学和动力学特征研究中的应用非常广泛。近年来,岩石圈流变学在脆-塑性转换、岩石流变含水性、“三明治”结构及岩石流变律等方面有重大进展。最后,指出目前岩石圈流变学还存在一些亟待解决的问题,如时间因素。     

大陆岩石圈流变学研究

简单介绍了流变学的概念和两种基本研究方法,基于大陆岩石圈较大洋岩石圈有更为复杂的流变特征客观事实,指出研究大陆岩石圈流变学的重要性,并提出几个主要的研究方向和领域。     

关于加强流变构造学研究的建议

流变学构造研究已成为21世纪固体地球科学的前沿领域。构造地质学作为固体地球科学各个分支领域的带动学科,需要以流变学的理论和研究方法武装自身,以便从根本上和真正意义上开展大陆地质和大陆动力学的研究,进而推动板块构造理论的进步和为创建崭新的超越板块构造的构造理论奠定基础。在论及开展构造地质和大陆地质的流变学研究的5点理由之后,本文提出了3项旨在加强流变学研究的建议,即:1)大陆流变构造的观测、分析和积累研究,2)实验研究和理论探索,3)基础理论学习与人才培养,供国内构造地质学界同仁讨论。     

超高压变质岩的塑性流变学

岩石流变作用是大陆造山作用的基本特征,超高压岩石的形成和折返过程也是大陆深俯冲带内物质的复杂流变过程。要深入理解大陆造山带的造山作用和大陆壳岩石的深俯冲和折返动力学过程,必须对大陆地壳及地幔岩石的流变学进行深入研究。岩石圈流变学的主要研究内容主要包括流变学分层性、变形分解和应变局部化及大陆壳岩石部分熔融作用的流变学效应等。应用岩石圈流变学的基本原理和方法,分析了大别-苏鲁超高压变质带中超高压变质岩的塑性流变特点,探讨了超高压变质岩形成和折返过程的塑性流变学。     

深部岩石力学性质及其在大陆构造变形过程研究中的作用

在阐述了与深部岩石力学性质相关的岩石流变学基本模型的基础上,探讨了深部岩石力学性质对温度、压力和岩石化学组分等因素的依赖关系。根据目前对深部岩石力学性质的认识,讨论了岩石流变学在研究大陆构造变形过程中所起的重要作用。有关研究结果表明:在运用理论分析和数值模拟方法揭示大陆岩石圈中变形的动力学机制时,合理的选用深部岩石的流变学模型是必须考虑的一个重要因素。     

大陆下地壳流变性质与华北克拉通破坏机制

综述了中国东部地壳结构与组成的基本特征,介绍了华北克拉通岩石圈减薄作用这一近年来备受国内外地球动力学界关注的重大科学问题,归纳和总结了目前关于华北克拉通减薄机制的各种模型,并结合大陆岩石圈流变学结构模型,强调从流变学角度探讨华北克拉通下地壳的流变性质对研究和解决华北克拉通破坏机制的意义,提出进行更精细的、结合定量结构水研究的高温高压流变学实验模拟研究可能是解决华北克拉通破坏机制问题的关键手段之一。     

岩石流变及研究进展

岩石流变学研究的内容主要有:流变试验、本构模型、时效强度及其工程应用等.岩石流变学已成为岩石力学中的一个重要分支,对岩石流变学的研究将具有十分重要的现实意义.     

考虑岩土体流变特性的强度折减法研究

用强度折减法分析边坡稳定性时,不需要事先假定滑面的位置和形状,具有较强的适用性。但在岩土体的力学性质方面仅考虑其弹塑性,而忽略了岩土体的流变性。流变是岩土材料的基本力学特性,很多边坡产生大变形乃至失稳都与岩土体流变具有一定关系。采用强度折减原理,分析了岩土体流变特性对边坡变形及稳定的影响。研究表明,岩土材料的流变特性使强度折减时每点的变形值增大,对边坡稳定具有不利影响。     

基于模型理论和遗传蠕变理论的改良膨胀土非线性流变研究

为研究膨胀土非线性流变,取水泥改良膨胀土样进行长期一维压缩试验,得到了改良膨胀土在不同应力水平下的应力-应变等时曲线簇。将曲线反映的非线性流变分解为线性黏弹性蠕变变形、线性黏塑性蠕变变形和非线性黏塑性蠕变变形三部分。基于模型理论和遗传蠕变理论建立了各部分流变模型,其中在线性黏弹性蠕变变形和线性黏塑性蠕变变形部分采用模型理论建立元件模型,在非线性黏塑性蠕变变形部分运用遗传蠕变理论建立积分蠕变方程,结合试验数据拟合出材料和方程参数,用该模型得到的蠕变曲线与实测结果能较好吻合。     

分级加载下岩土流变的神经网络模型

针对分级加载下用线性叠加原理来描述岩土非线性流变存在的问题,采用人工神经网络方法代替传统数学力学方法,建立了分级加载下岩土流变的神经网络模型,并且对具体岩石的蠕变试验曲线进行了模拟。结果表明,该模型能较好地描述岩土的非线性流变,具有较强的泛化能力,为研究岩土的流变特性特别是分级加载下岩土的非线性流变特性提供了一条新途径。     

矿物成分对软黏土流变性质影响的试验研究

采用改进的直剪蠕变仪,对矿物成分及其含量对软黏土流变性质影响进行试验研究,在相同试验条件下完成了3组含高岭土、膨润土不同百分比试样流变性质的测试。测试结果表明,矿物成分及其含量是影响软黏土流变性质的重要因素之一,土体的黏滞系数随黏土矿物含量的增加而减小,即流变变形阻力随黏土矿物含量的增多而减小。试验结果分析认为,黏土矿物通过颗粒表面的结合水影响土的流变性质,其中强结合水是土体产生流变的主要因素,而弱结合水则是相对次要因素。试验结果有助于进一步认清土体流变的起因,对改进和完善现有流变变形计算理论有一定指导意义。     

软土流变的物质基础及流变机制探索

采用改进的直剪蠕变仪,研究结合水对软土流变性质的影响。在相同试验条件下分别完成了含高岭土、膨润土不同重量百分比2组烘干试样和1组砂土的流变性质测试。测试结果与近期已取得的试验成果对比分析表明,结合水是产生土样流变性质的重要因素;烘干试样的黏滞系数均比与其矿物成分相同的湿土试样的黏滞系数大,砂土试样的黏滞系数比湿黏土的黏滞系数大,即烘干土样与砂土土样流变变形阻力相对湿黏土的大,流变现象相对不明显。在试验基础上,探索了控制软土流变特性的物质基础,提出了“流变物质”概念,“流变物质”与软土的流变性质互相对应,是软土产生流变的主要物质基础,并给出了与其力学性质相适应的流变机制的软土流变特性的物理描述。     

Collapse of granular–cohesive soil mixtures on a horizontal plane

Acta Geotechnica - The collapse test with granular or cohesive materials known as ‘slump test’ is a simple, small-scale experiment. It can be used to study the rheology of soil masses...     

动载作用下淤泥质软土流变模型与流变方程

淤泥质软土在动态载荷作用下具有黏弹塑性流变力学特性。在理论分析和测试基础上，建立了黏弹塑性流变力学模型，并推导了新的流变方程和动态黏弹性流变参数。研究结论对分析动态载荷作用下软土流变力学响应与稳定性，探索软土加速流变并导致岩土地质灾害的动力学机制等具有重要的理论意义，对维护岩土工程的安全性等具有重要的工程意义。     

粗粒料流变研究的现状与展望

粗粒料是土石坝的主要填料,高土石坝的流变已成为坝工专家和工程师广为关注的问题,其流变特性是研究的基础。分析了粗粒料流变研究的现状,介绍了长江科学院新取得的进展,并对粗粒料流变研究的前景提出了展望。     

考虑流变与固结效应的桩筏基础-地基共同作用分析

土的流变性与地基固结的综合作用,导致了上部结构与地基变形的时效性,并呈现出明显的非线性,对桩筏基础与地基共同作用的工作机理及其工作性能产生重要影响。为此,采用弹黏塑性流变模型考虑土的流变特性,通过有限元方法数值求解Biot耦合固结方程,对桩筏基础与地基共同作用的时间效应问题进行了非线性数值分析。通过算例计算,对加载后桩筏基础荷载分配和沉降特性及下覆土层中孔隙水压力的扩散和消散规律进行了探讨。研究表明,地基孔隙水压力的增长和消散不仅具有Mandel-Cryer效应,而且依赖于土的流变变形,尤其在排水条件较差时更为明显。因此,在分析桩筏基础内力变形的时效性时必须考虑土的流变性与地基的固结作用的联合效应。