Protection of bridge piers against scouring with tetrahedral frames

Armoring countermeasures, such as riprap stones, are the primary method used to protect bridge piers against scouring; however, these methods have not had definitive success. Recently, flow-altering countermeasures, such as sacrificial piles, have been tested as an alternative to armoring countermeasures. This study investigated the mechanics of an innovative flow-altering countermeasure device, frames in the shape of tetrahedrons that act as a pier-scour countermeasure. Results of measured characteristics for turbulence flow showed that the flow around the tetrahedral frames can be divided into three regions： （1） a deceleration region near the sediment bed; （2） an acceleration region in the middle of water depth region; and （3） a restoration region near the water surface. The velocity magnitudes, turbulent intensities and vorticities decreased in the deceleration region, increased in the acceleration region and reverted to that of the unprotected condition in the restoration region. This pier-scour countermeasure is innovative because of its ability to dissipate energy associated with the downflow and the horseshoes vortex generated around the bridge pier. The scour tests revealed that the frames protected the foundation of bridge piers against scour. The experimental results showed that the percentage reduction of scour depth decreased as the velocity ratio, U/U c , decreased, reaching a value of 50% for the range of parameters tested in this study. Moreover, its efficiency was dependent on the placement density of the frames. The data showed that the frames were more effective when η was larger. However, their influence becomes less significant when η≥ 0.16.     

Estimating overland flow erosion capacity using unit stream power

Soil erosion caused by water flow is a complex problem. Both empirical and physically based approaches were used for the estimation of surface erosion rates. Their applications are mainly limited to experimental areas or laboratory studies. The maximum sediment concentration overland flow can carry is not considered in most of the existing surface erosion models. The lack of erosion capacity limitation may cause over estimations of sediment concentration. A correlation analysis is used in this study to determine significant factors that impact surface erosion capacity. The result shows that the unit stream power is the most dominant factor for overland flow erosion which is consistent with experimental data. A bounded regression formula is used to reflect the limits that sediment concentration cannot be less than zero nor greater than a maximum value. The coefficients used in the model are calibrated using published laboratory data. The computed results agree with laboratory data very well. A one dimensional overland flow diffusive wave model is used in conjunction with the developed soil erosion equation to simulate field experimental results. This study concludes that the non-linear regression method using unit stream power as the dominant factor performs well for estimating overland flow erosion capacity.     

西大别浒湾高压变质带变沉积岩锆石U-Pb年龄及地质意义

西大别山浒湾高压变质带是研究秦岭-大别山-苏鲁造山带演化的关键区域, 但是该地区榴辉岩相变质时间还存在较大争议.本文通过对浒湾变质带熊店附近的一个变沉积岩样品进行LA-ICPMS锆石U-Pb定年和微量元素分析, 来确定该地区榴辉岩相变质作用和碎屑锆石的年龄, 并确定该变质带的演化历史.该样品的变质锆石具有弱分带或无分带、低Th/U比值、重稀土含量低且相对平坦以及无明显的Eu负异常等特征.反映这些变质锆石形成时有石榴石, 而缺乏长石, 其形成对应于榴辉岩相变质作用条件.该样品中变质锆石的206Pb/238U加权平均值为310±3Ma, 这一年龄代表了该地区榴辉岩相峰期变质作用的时间, 因此浒湾地区榴辉岩相变质作用时间为石炭纪.碎屑岩浆锆石得到了3组近谐和的U-Pb年龄, 其206Pb/238U年龄变化范围分别为: 400±5Ma~419±5Ma、426±5Ma~449±5Ma以及496±5Ma~524±7Ma, 还有1个颗粒给出了580±7Ma的较老年龄.这些结果表明变沉积岩中的碎屑锆石可能大部分来自于华北板块南缘, 少量来自于扬子板块.      

中国学者在数学地质学科发展中的成就与贡献

在过去的四十年里, 中国学者在矿产资源定量预测与评价、非线性地质学等领域取得了大量研究成果, 如提出和发展了地质异常定量预测理论、“三联式”数字找矿理论、综合信息成矿预测方法、混沌边缘成矿理论、多重分形矿产预测理论与非线性信息提取和综合技术(如C-A模型和S-A模型、模糊证据权模型)等, 并在矿产勘查、环境和地质灾害预报中得到广泛应用.中国学者对数学地质学科的发展做出了重要贡献, 并在国际数学地球科学协会、重要学术期刊和学术会议上担任重要职务.中国数学地质学科已经形成了一些具有较大学术影响的优势领域和特色方向, 并成为当今国际数学地质研究中心之一.      

基于GIS矿产勘查靶区优选技术

靶区优选是矿产勘查中的一个关键环节, 它既是矿产资源预测成果的直接体现形式, 同时又是联系矿产资源预测与勘查工作部署的桥梁.然而, 由于人们认识上的不完备性和缺乏相应的技术手段支撑, 使得靶区优选常被忽视或简化.探讨了靶区优选的地质基础原则, 建立了靶区优选的技术流程, 研发了基于GIS支持下靶区优选计算机辅助决策模块, 并以云南省个旧地区与岩浆活动有关的锡铜多金属矿靶区为例进行了示范研究.结果表明靶区优选技术及相应的软件能够客观地反映不同靶区的特征, 提高靶区优选的智能化程度和工作效率.      

歧口凹陷古近纪东营期古物源体系重建与应用

以沉积盆地分析、层序地层研究和油气勘探实践中急待解决的古物源体系分析为切入点, 以歧口凹陷东营组研究为例, 阐述了古物源体系研究的途径、方法与技术路线; 初步总结出应用轻-重矿物时空配置关系、地震前积反射结构特征、古地貌恢复与沟谷展布特征、盆地内部骨架砂体形态与时空配置以及盆地边缘及内部层序界面上大型下切谷的空间展布特征, 即“五位合一”法来判断沉积盆地的古物源体系.该分析方法可为同领域的研究提供借鉴作用.      

东营凹陷负反转构造样式及其运动学特征

中、新生代强烈的负反转作用是东营凹陷构造演化的一个重要特色.为了解负反转构造对东营凹陷中、新生代盆地形成过程中的意义, 以高分辨率三维地震资料解释为基础, 详细刻画了东营凹陷负反转构造几何学样式, 并综合运用计算断层活动速率和负反转率以及编制地层位移-距离曲线等方法, 对东营凹陷负反转断层运动学特征进行了系统的定量研究.结果表明, 东营凹陷J₃-K₁和Ek-Es₄两期盆地的主体均是印支期逆冲断层发生负反转作用所致, 总的负反转率约为3.367~8.3, 其中J₃-K₁时期负反转率为1.388~3.904;负反转构造最终定型于Es₃-Es₂时期; 负反转作用在空间上呈现出SW至NE逐渐增强的演变规律.东营凹陷负反转构造的研究对于盆地内部深层油气藏的勘探具有重要的理论意义和实际应用价值.      

松潘造山带马尔康强过铝质花岗岩的成因及其构造意义

松潘造山带广泛出露印支期后碰撞型花岗岩类, 其中包括埃达克质花岗岩类、A型花岗岩和I型花岗岩, 但目前人们对该区印支期强过铝质花岗岩尚未有深入的研究.松潘造山带马尔康花岗岩属于强过铝质花岗岩(A/CNK=1.10~1.20), 其岩石类型主要为中粒二云母花岗岩和中细粒二云母花岗岩.利用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法, 获得中粒二云母花岗岩的岩浆结晶年龄为208±2Ma, 中细粒二云母花岗岩的岩浆结晶年龄为200±2Ma.马尔康强过铝质花岗岩K₂O/Na₂O=1.13~1.75, 富Rb、Th和U, 贫Sr、Ba、Co和Ni等元素; 稀土元素组成上显示存在强到中等的负Eu异常(Eu/Eu*=0.15~0.65);全岩初始87Sr/86Sr比值(ISr) 为0.70712~0.71137, εNd (t) =-10.36~-8.43, 锆石εHf (t) =-11.8~-1.1.地球化学和Sr-Nd-Hf同位素组成一致表明, 它们的岩浆来自于地壳物质的部分熔融, 其中中粒二云母花岗岩的源岩类型主要为地壳中的泥质岩类, 而中细粒二云母花岗岩的源岩主要为地壳中的杂砂岩类.结合松潘带的地质背景、区域构造-岩浆事件及其岩浆岩的组合分析, 印支期岩石圈拆沉作用可以用来解释马尔康强过铝质花岗岩的形成机制.在松潘带, 印支期岩石圈拆沉作用导致软流圈物质上涌, 这不仅促使了加厚下地壳物质发生部分熔融, 如松潘带印支期埃达克质和I型花岗岩浆的形成, 而且还诱发了中地壳物质的部分熔融, 如马尔康强过铝质花岗岩的形成.这表明松潘带印支期岩石圈拆沉作用已使地壳不同层次发生部分熔融作用.      

北塘凹陷古近系沙河街组三段物源体系分析

物源分析是盆地分析的重要内容之一.北塘凹陷古近系沙河街组三段(Es₃) 湖泊范围广、沉积厚度大, 而勘探程度低, 是大港油田未来勘探的重要突破区, 精细刻画北塘凹陷沙三段物源体系对沉积体系重建、有利区带预测具有重要意义.采用构造格架及古地貌宏观区分物源区与沉积区, 根据碎屑矿物组合特征划分物源区块, 依据地震反射特征勾绘物源在盆内进积方向, 利用砂体等厚图和砂地比等值线图精细描绘物源分支, 从不同角度、不同层次对北塘凹陷沙三段古物源体系进行精细研究.结果表明, 北塘凹陷物源来自北部燕山褶皱带和西部沧县隆起, 具体分为西部的沧县物源、西北角的汉沽物源、北部的大神堂物源和东北角的涧南物源.在物源体系和构造组合特征的控制下, 沙三段主要发育扇三角洲沉积体系.      

高精度测量岩石样品Ce同位素组成的TIMS方法

介绍了对岩石样品的Ce同位素组成进行高精度测量的TIMS方法.采用α-羟基异丁酸(α-HIBA) 离子交换法分离和纯化岩石样品中的La、Ce元素, Ce同位素组成和La、Ce含量测定在Triton热电离质谱仪上完成.质谱标样JMC304的138Ce/142Ce比值统计值为0.0225762±0.0000015, 与大部分文献值一致.应用该方法对USGS玄武岩标样BCR-2和峨眉山玄武岩EQB的138Ce/142Ce比值和La、Ce含量进行了分析, 其结果分别为: 0.0225572±0.0000010、25.2±0.3μg/g、55.8±0.9μg/g和0.0225755±0.0000003、54.2±0.4μg/g、117.4±1.3μg/g.BCR-2的La、Ce含量测定结果与其证书值在误差范围内一致, 其分析精度为0.001%~0.005%.所有样品的140Ce/142Ce比值测定结果统计值为7.9439±0.0002, 介于文献最低值7.941与最高值7.947之间, 可能代表了该比值的最佳估计值.