切槽对TBM刀具破岩机制的影响研究

高压水射流与机械滚刀相联合破岩技术的出现,改变了传统隧道掘进机（tunnel boring machine,简称TBM）的作业方式。以高压水射流在滚刀两侧岩体切槽的破岩模式为研究对象,开展常截面滚刀压头贯入不同预切槽深度白砂岩板状试样的试验和数值模拟计算分析,对破裂后图像进行DIC分析,研究发现：切槽的存在,阻断了刀具贯入裂纹的拓展,使能量能够更加集中于压头下方的局部岩石块体,有利于形成“八”字形贯通裂纹,促进岩石的破碎;随着槽深增加,压头下方岩石内部的应力状态和力学响应分区逐渐过渡改变。槽深较大时,压头下方的力学响应区域在原有裂纹扩展区、弹性区之间增加了破坏过渡区,该区域内微裂纹被压密,区域内岩石存在较大变形,但未出现明显破坏;切槽后,滚刀压头下方的岩体破坏机制由无切槽试样挤压剪切为主导的径向裂纹拓展,演变为由刀具和切槽共同控制作用—拉伸剪切为主导的主裂纹扩展。     

垃圾土中排水柱孔扩张问题弹塑性解

随着城市规模扩大,一些垃圾场地被再次利用进行工程建设。垃圾土具有高压缩性、可降解性,其纤维成分具有一定的加筋作用,这些特性给垃圾场地中静力触探、沉桩、旁压试验等工程的开展带来新的挑战。为此,基于考虑纤维加筋作用的垃圾土本构模型和大变形理论,通过引入中间变量,将孔扩张问题转化为求解一组给定边界条件的常微分方程组,继而给出垃圾土中排水柱孔扩张问题的弹塑性理论解。通过将退化解与既有基于修正剑桥模型的柱孔扩张解答对比验证了结果的可靠性。在此基础上,系统分析了超固结比和纤维含量对柱孔扩张过程中孔周应力分布和应力路径的影响。结果表明：与黏性土相比,垃圾土具有更大的塑性区半径;随着超固结比和纤维含量的增加,孔壁处极限压力和塑性区半径分别呈增加和减小趋势,不同纤维含量的垃圾土经历塑性阶段后,均达到泥状物成分的临界状态线附近。     

贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究

截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续−非连续单元法（CDEM）,建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性−损伤−断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50º～90º区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90º降低到50º时,岩体由张拉−拉剪破裂向剪切−拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75º～90º的第I类截齿与小于55º的第III类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55º～75º的第II类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第II类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。     

青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果

青藏高原唐古拉山南北两侧在地形地貌、地理和气候特征上存在显著差异,多年冻土的发育状况和特征也明显不同。受第二次青藏高原综合科学考察研究等项目资助,多年冻土对亚洲水塔的影响专题考察分队分别于2019年和2020年的10—11月对唐古拉山各拉丹冬南侧的色林错上游扎加藏布源区（简称“湖源区”）和北侧的长江上游沱沱河源区（简称“江源区”）进行了多年冻土野外考察。利用钻探、坑探、地球物理勘探等方法对多年冻土的分布边界、多年冻土剖面的地层、地下冰等特征进行了描述和取样,同步构建了多年冻土温度和活动层水热观测网络,为多年冻土对亚洲水塔影响的机理分析、数值模拟以及情景预估提供数据保障。对野外调查资料的初步分析认为,各拉丹冬南北两坡地层沉积类型和地下冰赋存状态存在明显差异,北坡多年冻土的热稳定性、地下冰含量、冰缘地貌类型多样性均高于南坡,但由于受到构造地热、河流融区等多种因素的影响,北坡的冻土分布形式更为复杂。江源区100 m钻孔剖面揭示了连续分布的、厚度大于50 m的地下冰;在该区域发现了多年生冻胀丘分布群,并利用钻探和地球物理勘探方法对该区域规模最大、结构最完整的冰核型冻胀丘进行了较为系统的勘察剖析。两次野外调查工作共采集钻孔岩心、表层土壤、冰水等各类样本近1.2万件,为后期区域冻土理化指标分析,冻土环境化学、古气候环境研究的开展奠定基础。     

福建李家坊金矿床磁铁矿成因及其对金矿化过程的指示

福建泰宁李家坊金矿床位于武夷山成矿带中段,为闽西北何宝山矿田内新发现的一个中型金矿床,成因类型尚未明确。磁铁矿是该矿床中常见的氧化物,文章应用磁铁矿微量元素特征对李家坊金矿床成矿过程与成因类型进行约束。基于野外地质踏勘和钻孔岩芯编录,结合室内详细的岩相学观察,依据磁铁矿的结构和矿物共生组合,文章将其分为4种类型（Mt1a、Mt1b、Mt2和Mt3）。其中,Mt1a位于铜金矿脉边缘,呈板柱状,与绿泥石共生; Mt1b位于铜金矿脉边缘,呈自形-半自形粒状,与绿泥石-赤铁矿共生; Mt2位于铜金矿脉中,呈脉状产出,穿插早阶段的石英-黄铁矿脉,与绿泥石-绿帘石共生; Mt3位于铜金矿脉中,呈半自形-他形粒状,与绿帘石-赤铁矿共生,被后阶段黄铜矿包裹、交代。金主要以自然金和银金矿的形式赋存于Mt3中。原位微区分析结果表明,李家坊金矿不同类型磁铁矿均属于热液型磁铁矿。此外,从Mt1a型到Mt3型磁铁矿,w（Ti）呈逐渐降低的趋势,指示热液流体逐渐向低温条件演化; w（V）表现出先降低后升高再降低的变化规律,暗示热液流体的氧逸度有明显波动,但总体呈升高趋势。磁铁矿的显微结构和化学组成具矽卡岩型矿化特征,是判断矿床成因类型的证据。其中,Mt3型磁铁矿与Au矿化密切相关,其矿物组合与微量元素特征可指示金在低温高氧逸度的环境下沉淀。     

柴北缘东段及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应

为研究柴北缘东部及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应,笔者等基于柴北缘东段红山、霍布逊及德令哈凹陷侏罗系野外地质调查,通过地层接触关系追踪、二维地震资料解释以及岩性岩相突变特征分析,同时与中国西北地区其他典型的盆地侏罗系发育特征进行对比分析,研究表明,在中国西北多个板块的相互作用的构造背景之下,柴北缘东段燕山期构造运动Ⅰ幕发生在早—中侏罗世,以古地理与古构造环境较为均一、发育粗碎屑凹陷、每个凹陷内具有幕式沉积充填特征,与中国西北其他盆地对比,此幕构造运动波及面大,但强度较弱,推测与中国西北周边各板块碰撞造山之后的伸展作用相关;燕山期构造运动Ⅱ幕发生在晚侏罗世—早白垩世,此幕构造运动导致古地理与古构造环境向新的环境转变,以中—上侏罗统之间的角度不整合、白垩系及晚侏罗统的残缺不全为特征,推测与拉萨地块与欧亚板块碰撞以及蒙古—鄂霍茨克洋的关闭及Kolyma—Omolon地块的碰撞有关。     

新型磁选装置的研制及其应用于分离超贫磁铁矿中的磁性铁

磁性铁是超贫磁铁矿勘查中的基本分析项目之一,为准确测定磁性铁的含量,首先需要实现磁性铁的定量分离。目前常用的手工内磁选法由于所用磁铁的有效磁场强度难以保证,而且受人为操作的影响较大,导致分析结果的重现性差。本文应用50 m L滴定管、电磁铁和三相异步电动机,研制了一种新型磁选装置——电磁式磁性铁分选装置,实现了超贫磁铁矿中磁性铁与非磁性铁的定量分离,结合重铬酸钾容量法建立了超贫磁铁矿中磁性铁的分析方法。在选定的磁选条件下(电流2.5 A,磁选管运动频率40 r/min,磁选时间5 min)分析铁矿石标准物质,磁性铁的测定值与标准值的相对误差小于1.0%;分析采自实际矿区的超贫磁铁矿样品,磁性铁的测定结果与手工内磁选法一致,且相对标准偏差(RSD,n=5)小于1.0%,优于手工内磁选法的精密度。本方法采用的电磁式磁性铁分选装置有效地控制了磁场强度的强弱,避免永磁铁出现磁损失,同时可以量化磁性铁分离的参数,提高了磁性铁的分析精度。     

古亚洲构造域侵入岩时——空演化框架

长期以来,许多著名学者提出众多模型,讨论古亚洲构造域的构造演化和造山(带)结构样式。但是,认识上的分歧很大,特别是关于主洋盆的空间位置和闭合时间。本文主要基于中国侵入岩大地构造编图(1∶250万)和研究这个侧面,参与讨论。1侵入(岩)弧,碰撞和后造山岩石组合,随时间由西向东变新,同时,主构造带走向从近东西向转为近南北向,暗示古亚洲洋的闭合最终转化为太平洋构造域。2位于主洋盆北侧的是宽阔的西伯利亚克拉通南缘的沟——弧——盆系统;位于南侧的西面为南天山被动陆缘,中部为塔里木克拉通北缘的窄的沟——弧——盆系统,东面为华北克拉通北缘的活动陆缘。3主体侵入(岩)弧的内部分散地分布着从Pt3开始的残留弧和残留oφ,被看做是主体弧的基底。4传统上认为的构造相对稳定的"地块",本文基于它们的侵入(岩)组合归为残留弧,认为不是构造上相对稳定的性质,并未采用"地块"的术语,而把它们看作洋陆转换过程中早期残余岛弧处理。5提出主洋盆的识别有三个标志,(a)洋闭合最晚,(b)或为双向俯冲(当两侧均为活动大陆边缘时),或单向俯冲(当一侧为被动陆缘,另一侧为活动陆缘时),(c)长寿命的洋以及洋闭合带常常发育地中海式残余洋发育的陆——陆碰撞早阶段。6该构造域主要发育Pt3——T的侵入(岩)弧和oφ,支持S¨engor等关于大量新生陆壳的推测,亦与大量花岗岩类为εNd(t)"+"值符合。新生陆壳的形成又暗示,长时间的洋俯冲必导致地幔的冷却,以及大量榴辉岩进入地幔,最终导致高密度的地幔下降流形成,必导致洋的闭合与随后的陆——陆碰撞,形成最初的东亚大陆。     

Fe(Ⅱ)/针铁矿复合系统对水中橙黄G的吸附-还原脱色研究

系统研究了Fe(Ⅱ)/针铁矿复合系统对偶氮染料橙黄G(简称OG)的吸附-还原脱色机理,重点考察了反应条件p H值、Fe(Ⅱ)与OG摩尔比对OG还原脱色效果的影响。研究结果表明,矿物表面结合态Fe(Ⅱ)能够有效提高还原脱色反应速率;OG脱色反应非常符合准一级反应动力学方程,速率常数(k)随p H值的升高、亚铁离子吸附量的增加而显著增大;当OG初始浓度为50 mg/L、Fe(Ⅱ)与OG的摩尔比为27.0时,Fe(Ⅱ)/针铁矿复合系统对OG的去除脱色率在弱碱性条件下1 h内可达到100%。该系统对OG去除脱色的高效性是界面吸附与还原协同作用的结果。该研究可为有效应用Fe(Ⅱ)/针铁矿复合系统在缺氧环境中的污染修复提供理论指导。     

苏鲁造山带池庄超高压榴辉岩中变质脉:大陆俯冲带超临界流体活动的证据

高压-超高压变质岩中的变质脉能够反映俯冲带变质流体的组成和演化。为了探究大陆俯冲带超临界流体活动及伴随的元素迁移,本文系统地研究了苏鲁造山带南部江苏东海池庄地区的超高压榴辉岩及变质脉。变质脉主要是由石英、石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、黝帘石、金红石和锆石等矿物组成,与寄主榴辉岩的矿物组成类似。相比于榴辉岩,脉体中的石榴石更加富集重稀土元素(HREE);黝帘石强烈富集轻稀土元素(LREE)。变质脉和榴辉岩中各主要矿物的氧同位素组成在误差范围内一致(石英的δ18O分别为2.42‰和2.79‰;石榴石为-0.30‰和0.010‰;绿辉石为0.25‰和0.071‰),说明变质脉的形成与榴辉岩释放的内部流体有关。综合已有的研究,发现大别-苏鲁造山带不同地区的变质脉和榴辉岩具有极不均一的氧同位素组成,说明在陆壳深俯冲和折返过程中,流体活动有限。利用矿物温压计得到变质脉的峰期变质温压条件为692±65℃和3.6±0.3GPa,脉体中锆石U-Pb定年结果表明锆石的形成时代为218±2.4Ma,指示变质脉形成于深俯冲陆壳折返初期的超高压变质阶段。变质脉中矿物组合和矿物的主微量元素特征说明成脉流体富集Si、Al、Ca、K、LILE、REE和HFSE等元素,表明成脉流体可能是溶解能力极强的超临界流体。