Effects of size and strain rate on the mechanical behaviors of rock specimens under uniaxial compression

Size and strain rate are two key factors that dramatically influence the estimation of rock mechanical behaviors. To better understand the effects of size and strain rate on measured rocks, rock specimens with six different sizes were tested at six different strain rates under uniaxial compression using the MTS 815 Rock Mechanics Test System. Having determined that the size and strain rate significantly affect the peak strain, peak stress, elastic modulus, acoustic emission (AE), and failure pattern of the rock specimens, the relation was established between the strength and the size and strain rate of red sandstone. And the variation was revealed among the size and strain rate, the AE, and the failure pattern. It turned out that the peak stress was negatively correlated with the rock size and was positively correlated with the strain rate. When the length to diameter ratio (L/D) of the rock specimen was less than 2.0, the AE appeared mildly. The AE quantities gradually increased before the peak stress, and then sharply decreased after the peak stress. The failure pattern of the rock specimen was relatively complicated, with a fracture plane appearing along the axial direction. Conical failure type was also presented. When the L/D ratio of the specimen was greater than 2.0, the AE characteristics of red sandstone showed the radical model. There were relatively few AE rings before the peak stress. But the AE rings increased suddenly and dramatically during the peak stress. The rock specimens primarily failed with a single shear plane. Moreover, with an increase in the strain rate, the AE activities were enhanced and the AE quantities increased. When the strain rate of the rock specimen was less than 5.0?×?10^?4/s, the rock specimen failed with a shear or tensile-shear pattern. And when the strain rate was greater than 5.0?×?10^?4/s, the rock specimen tended to fail in a conical pattern.     

综合勘察方法在蒙华铁路石膏矿采空区选线勘察中的应用

以蒙华铁路荆沙段石膏矿采空区勘察为例,介绍了采用遥感解译、调查访问、勘探验证相结合的采空区综合勘察方法。针对铁路穿越采空区选线重点关注的问题,提出了采空区勘察的工作思路,阐述了卫片、航片、多时相分析的采空区遥感解译方法,提出采空区调查访问时应重点关注的问题及如何开展综合分析,并提出应根据区域地质条件、采空区发育特征、勘探方法的适用性、场地条件等,合理选择勘探验证方法。最后,通过实例分析,介绍了金陵、宝安石膏矿采空区的综合勘察,可为类似采空区勘察提供借鉴和参考。     

河北沧县台拱带中、低温地热资源ORC发电与综合梯级利用

京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地大地构造位置位于华北平原沧县台拱带之献县断凸,利用其地下蓟县系岩溶裂隙热储层热水开展中低温地热发电与综合梯级利用研究。地热发电装机容量280 kW,采用ORC向心透平膨胀技术,系统工质为R245fa。分别于2018年2月4—6日(冬季)、2018年3月6—16日(春季)进行两次试运行,累计发电时长274h,累计发电量36956kWh,平均发电效率9.1%,最高10.4%。发电效率高于我国已有中低温地热发电项目,在目前国际中低温ORC地热发电项目中处于较高水平。试运行期间发电机组整体运行效果较好且运行稳定,冬季地热发电机组运行效果好于春季。科研基地建设完成后,将进行发电、供暖、地热生态园三级利用,按照90～95/25℃的地热水热能潜力,综合发电供暖两级利用计算能源综合利用率将达70%～76%。     

油页岩成矿作用研究中的关键方法和技术

油页岩作为一种重要的非常规油气资源,如何有效地利用油页岩成矿作用研究中的关键方法和技术实现油页岩的综合识别与评价极其重要。油页岩识别的关键技术主要包括基于岩石学的地质识别、精确的地球化学指标识别、测井技术的垂向高分辨率快速识别和地震技术的三维空间定量刻画。先进的测试技术、创新的理论方法以及高品质地球物理资料的二次开发利用将不断提升油页岩从定性到定量预测识别的精度。油页岩成矿作用研究的关键方法是从古构造条件、古气候条件、古地理条件以及古湖泊环境等地质因素入手,探讨其综合作用下有机质来源、保存条件及成岩作用的变化,由定性向半定量—定量地精细刻画油页岩中有机质聚集过程,从而有效地预测油页岩的展布及其富集规律。由于文中材料以中国陆相含油页岩盆地的研究成果为主,而陆相成因油页岩的识别特征及成因机制可能与海相等成因存在差异,因此,仍需油页岩地质学家不断深入研究与总结。希望此文对页岩油、页岩气及烃源岩研究也具有一定的借鉴意义。     

火山活动与海侵影响下的典型湖相页岩有机质保存差异分析

黑色富有机质页岩是页岩油气生成和赋存的主要母体,是强还原环境水体的沉积产物,在其形成过程中,细菌硫酸盐还原作用(BSR)对水体环境影响明显,但BSR强度如何影响有机质的保存尚未得到关注。我国陆相湖盆富有机质泥页岩广泛发育,形成过程中常常伴随有火山活动或者海侵等事件,大量硫酸盐进入湖盆,改变水体的沉积环境,不同环境下BSR对黑色页岩有机质保存的影响明显不同。本次研究选取鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩、松辽盆地青山口组和嫩江组页岩作为对象,同时与现代沉积物进行对比。研究表明,TOC与TS之间关系复杂,但细菌硫酸盐还原强度指数(SRI)与TOC呈现幂指数变化,且表现出两阶段变化的特征。当SRI大于1.375时,TOC整体偏低,指示了强硫酸盐还原作用消耗大量有机质;当SRI小于1.375时,TOC明显较高,指示了弱硫酸盐还原作用对有机质消耗相对较少,更有利于有机质保存。火山活动和海侵作用均向水体提供了大量硫酸盐,但对陆相湖盆页岩中有机质的保存影响不同。火山活动影响的长7段页岩SRI普遍小于1.375,BSR对有机质消耗相对弱,页岩TOC高。而受海侵影响的青山口组一段底部和嫩江组一段底部页岩SRI...     

不规则框架结构的组合隔震反应分析

为研究不规则框架隔震结构的地震反应,分别对一个传统抗震结构、一个铅芯叠层橡胶支座隔震结构和四个组合隔震结构(隔震层由铅芯支座和滑板支座组成)进行了弹塑性地震反应时程分析,研究隔震支座参数对隔震效果的影响。结果表明:采用组合隔震技术时,合理选择隔震层的铅芯支座布置位置、滑板支座的摩擦系数和铅芯叠层橡胶支座的型号,可以有效地降低上部结构的扭转效应;对于不规则的建筑隔震结构,为减小地面运动带来的扭转效应,建议采用由铅芯支座和滑板支座组合而成的隔震层,可对上部结构的扭转起到很好的抑制作用。     

古红河沉积物稀土元素特征及其物源指示意义

莺歌海盆地内的大量沉积物是验证与青藏高原隆升有关的河流流域变化争论的理想材料.因此,对南海西北部莺歌海盆地6口井沉积物样品进行了稀土元素分析,结果发现,位于盆地中央轴部位的N4、N5及N6井沉积物自晚渐新世到更新世具Eu元素正异常的特征,显示其母岩应为红河流域内大量基性-超基性变质岩和火山岩;位于盆地东侧斜坡带的N1和N2井沉积物则受控于以Eu元素负异常为标志的海南岛;位于盆地东南侧的N3井沉积物晚渐新世明显受到基性物源的影响,使Eu元素呈现正异常的特征,到上新世该井沉积物主要受控于海南岛物源.越南中北部马江断裂带中古生界变质岩区以及红河流域的变质岩区为该地区提供了大量基性沉积物,造成该地区沉积物具Eu元素正异常的特征.可以认为,红河源区从晚渐新世一直到更新世时期流域内母岩类型基本保持稳定,没有大的流域母岩类型突变事件发生.因此,如果红河在其演化历史上发生过流域面积袭夺事件,其时间也只能在晚渐新世之前或更新世之后.     

浙江宁波地区第四纪自然环境变迁

第四纪自然环境的变迁,作为地球环境演変过程的最新一幕,对人类的生存和发展有着重要的意义。近年来,我们对中国东部沿海地区第四纪地质和海岸演化进行了研究,通过沉积物中孢粉和微体古生物等资料,对古气候及植被变化、海陆变迁等自然环境演变问题作了初步分析。宁波地区的研究是其中的一部分。 宁波滨海平原,地处东海之滨、杭州湾南岸,三面环山,一面临海,面积仅850平方公里。本区的第四纪地质调查主要是由浙江省地质局等有关单位进行的。我们利用浙江省地质局第六地质大队提供的钻探岩芯祥品,作了孢粉、微体古生物、软体动物化石分析,并委托中国科学院地球化学研究所C14实验室,作了部分样品的测年。本文总结已获得的资料,提出宁波地区第四纪自然环境演变的初步认识。     

吉东南新太古代晚期片麻岩类的时代、成因及其对早期地壳形成演化的制约

吉林省东南部通化地区广泛出露早前寒武纪花岗质片麻岩类,其岩石组成、形成时代和成因对深化认识华北克拉通东北缘早期地壳形成演化历史具有重要意义。本文系统的岩石学、锆石U-Pb年代学、元素和Lu-Hf同位素地球化学等研究结果表明,这些花岗质片麻岩类按照SiO₂质量分数总体可划分为高硅和低硅两组：前者主要由二长花岗质片麻岩、奥长花岗质片麻岩及英云闪长质片麻岩组成,其原岩形成于2 549~2 557 Ma;而后者由石英二长闪长质片麻岩及花岗闪长岩质片麻岩组成,其原岩形成于2 534~2 552 Ma;并且两组岩石都含有约2 600 Ma的捕获锆石,共同遭受了约2 500 Ma变质作用的影响。地球化学分析结果显示,低硅岩组具有较高的MgO、CaO、Na₂O质量分数,属于高钾—中钾钙碱性系列,并且富集LREE、亏损HREE和HFSE;与之相比,高硅岩组则具有较低的MgO和CaO质量分数,显示更强烈的轻、重稀土元素分馏以及Nb、Ta、P、Ti等亏损的特征;但两者均具有较弱的正或负Eu异常。结合区域最新研究成果,认为研究区低硅和高硅两组岩石应具有相同的源区,其形成可能与大洋板片俯冲、岩浆底侵引起的地壳部分熔融作用有关。此外,两组岩石具有相似的ε_Hf（t）值（2.72~7.95）和模式年龄（2.86~2.55 Ga）,暗示区域主要存在新太古代晚期地壳生长事件;结合区域内变质火山岩的研究进展,认为吉林省东南部通化地区花岗质片麻岩类可能形成于活动大陆边缘的构造背景。     

多维地震作用下大跨空间结构的减震控制分析

考虑到多维地震输入对网架结构的不利影响,基于形状记忆合金超弹性,研制出一种兼具自复位、高耗能及放大功能于一体的形状记忆合金复合黏滞阻尼器(Hybrid Shape Memory Alloy Viscous Dampers,简称HSMAVD),并通过试验研究该阻尼器在循环荷载作用下的力学性能;然后以平面四角锥网架模型为基础,将该阻尼器替换部分网架结构杆件,并分析该阻尼器减震控制效果。结果表明形状记忆合金与黏滞阻尼器复合后具有良好的协同工作能力,可有效发挥形状记忆合金的超弹性和黏滞阻尼器的速度相关特性,使其具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;采用阻尼杆件替换原杆件的方法既能对结构进行有效的减震控制,又不改变原有的结构形式,是一种优越的减震控制方法,并为HSMAVD被动控制系统在结构抗震中的实际应用提供新思路。