非连续变形分析中块体大转动问题研究

原有非连续变形分析（DDA）采用一阶近似后的位移增量表达式更新块体构形,推导相关子矩阵,且对不同时步计算出的应变增量直接叠加,当模拟的块体发生大转动时往往会产生较大误差。为考虑块体转动与变形的耦合作用,引入先变形、后转动的块体位移增量表达式。重新推导了惯性力子矩阵,将块体转动时的离心力与科氏力加到荷载矩阵中。计算时对应变分量及其相关变量进行坐标变换与修正,并采用新引入的位移增量表达式计算块体顶点位移,进行后接触修正与更新块体构形。数值算例表明,改进后的程序能够消除转动带来的误差,自动考虑了块体转动时离心力和科氏力引起的变形,应变计算精度更高。改进方法克服了块体体积自由膨胀、应变场畸变等问题,给出了合理的块体应变。     

橡胶砂弹性动力学参数的弯曲-伸缩元试验研究

橡胶砂作为一种廉价环保的土工材料,应用前景十分广阔,关于其力学特性的研究具有重要意义。采用弯曲–伸缩元法对橡胶砂进行了剪切波和压缩波联合测试,分别采用离散频率扫描法和初达波法确定了剪切波和压缩波的传播时间,进而得到其弹性动力学参数：初始剪切模量、侧限模量和泊松比,分析了橡胶含量和围压对橡胶砂弹性动力学参数的影响。结果表明：在同样围压下,随着橡胶含量的增加,橡胶砂初始剪切模量和侧限模量逐渐减小,初始泊松比逐渐增大;在同样橡胶含量下,随着围压的增大,橡胶砂初始剪切模量和侧限模量逐渐增大,初始泊松比逐渐减小。最后,在此基础上进行了两种因素耦合效应的分析以及相关力学机制的探讨。     

筋土界面特性宏细观分析试验仪器研制与应用

为了更全面地分析筋土界面相互作用特性,改制了一台可视加筋土界面特性宏细观分析的试验仪器,可开展不同土工合成材料与填料的直剪和拉拔试验;该仪器改进了试验箱的尺寸,可方便两种试验的对比分析,增加了图像摄录系统,可进行试验过程的细观分析。使用新研制仪器分别进行了土工合成材料（土工格栅和土工布）加筋尾矿砂的直剪和拉拔试验,试验结果表明:两种试验条件下,土工格栅与尾矿的界面参数（似黏聚力和似摩擦角）及似摩擦系数均比土工布与尾矿的界面参数和似摩擦系数大;直剪试验下筋材网孔的有无对筋-尾矿界面参数均有较大影响,拉拔试验下筋材网孔有无对筋-尾矿界面参数似黏聚力的影响较为显著,对似摩擦角的影响较小。随着宏观变量法向应力的增加,细观参数孔隙率减小,平均接触数增加,反映在宏观上的现象就是填料颗粒被压密,筋材需要克服的阻力增大。该试验仪器能够较好地分析筋土界面宏细观特性,获得关键技术指标以用于加筋结构的设计。      

西南某岩溶区地下水系统示踪试验与解析

以西南某典型岩溶区为例,解析示踪试验在岩溶管道连通性以及获取水文地质参数中的应用。选择落水洞为投放点,分别从落水洞西侧和东侧寻找地下水出露点作为接收点,判别落水洞地下径流的实际去向以及落水洞与接收点之间的水力联系。结合Qtracer2软件对示踪试验成果进行定量解析,确定示踪剂回收率、地下水平均流速、最快流速,估算出岩溶管道结构特征和水文地质参数。结果表明:落水洞与接收点JS01、JS03之间不存在直接水力联系;落水洞与接收点JS02存在水力联系且岩溶管道极为发育,含水介质不均匀,地下水运移路径较为通畅,为典型的紊流流态;落水洞地下径流的主要方向是由西向东,但在丰水期雨量较大期间,接收点JS04能够接收到荧光素钠,说明丰水期水位上涨后两者间会有水力联系,导致部分水量向落水洞西侧排泄。     

黄土沉积与地球圈层相互作用

黄土是地球上分布最为广泛的沉积物之一,黄土的分布区也是旱作农业起源地和古文明的发祥地,养育了地球上数以亿计的人口。作为一种风力搬运的沉积物,黄土也是古气候变化的重要信息载体。长期以来,中外科学家已经对黄土的物理学、地球化学、沉积学、古气候学等开展了多学科的综合研究,取得了瞩目的成就。本文旨在从地球系统科学角度出发,将黄土物质的产生、搬运、堆积及沉积后的成土过程与地球岩石圈、水圈(包括冰冻圈)、大气圈、生物圈的演化联系起来,将黄土作为一个窗口,揭示出看似单一的地质事件(黄土沉积)与地球圈层相互作用之间的内在关联。     

成熟探区资源潜力评价:以松辽盆地敖南地区为例

勘探实践证明,松辽盆地葡萄花油层成藏条件优越,具有“满凹含油”特征,是开展石油资源精细勘探的主力层系,剩余资源主要分布于成熟探区及其周边。优选位于成熟源岩区内的敖南地区作为典型刻度区,利用岩芯、测井和试油等资料,对葡萄花油层的源岩、储层及油藏进行了详细解剖和刻画,认为该区具备3个有利成藏的地质条件:①有效烃源岩控制油气分布范围;②三角洲前缘亚相薄互层砂体构成油气储集层;③砂体、构造匹配发育大面积岩性油藏。通过综合评价,确定敖南地区含油面积为256.3 km^2,采用容积法和油藏规模序列法估算该区资源量为5057.1×10^4 t,并获取运聚系数、可采系数和资源丰度等可代表资源评价的关键参数。     

基于改进型图像信息方法的汶川地震前电离层参量时空特征研究

震前加速破坏阶段地壳岩石破裂过程中可能辐射电磁信号,提取与之相关的电磁信号异常有助于认识地震孕育及破坏过程,从而为防震减灾提供支持.本文提出了改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,MPI方法),并用于汶川地震前电离层参量时空特征信息的提取.通过分析对比处理前后的DEMETER电磁卫星时空图像可以发现,原始时空图像一般存在季节性和空间性的变化规律,较难获得有意义的信息;而采用MPI方法处理后,则发现汶川大地震前,电离层参量存在明显的异常变化.从而,证明了MPI方法具有消除背景趋势、突出短期变化的能力,可以有效地提取强震相关的电磁前兆信息.     

球坐标系下三维大地电磁正演研究

大地电磁正演理论研究热点一直以来主要集中在如何提高计算效率和精度,但在剖面足够长、探测深度足够大的情况下,传统的笛卡尔坐标系数值模拟方式难以准确拟合地球曲率形态.本文研究了基于球坐标系的三维大地电磁正演,推导了交错网格有限差分三维正演公式,与一维解析解和三维标准模型测试对比,验证了正演算法的正确性.通过理论模型计算,对比分析球坐标和笛卡尔坐标系正演结果表明：球坐标系模拟更合理,避免了传统笛卡尔坐标拉伸投影所引入的误差,可代替目前的笛卡尔坐标模拟方法.基于球坐标和笛卡尔坐标系的三维大地电磁正演响应值随着频率变低差异越明显.球坐标和笛卡尔坐标计算结果差异度与频率、模型结构和电阻率有关.本文模型计算结果在数万秒周期处已出现接近10%的差异,对于较大尺度的长周期大地电磁,地球曲率的影响不能忽略.     

海城、盖州地区地震震源机制及一致性参数特征研究

本文选取辽宁海城、 盖州地区(40°~41°N, 122°~123°E)作为研究区, 利用广义极性振幅技术(GPAT)方法, 反演得到研究区2012—2017年6月共184个地震震源机制解, 并利用Misfit角度分析震源机制一致性参数特征。 研究结果表明: ① 研究区地震震源机制解以走滑型和正断型为主。 海城地区地震震源机制解以NW—SE向节面的左旋走滑型和NWW向节面的正断型为主。 发震构造以NW向海城河断裂为主, NE向节面为主的地震可能受到NE向金州断裂带的控制。 ② 青石岭地区的发震构造为与九寨—盖县北段共轭的NW向未知断裂, 西海域的地震活动可能是NE向的雁式断裂和NW向共轭的未知断裂共同作用的结果。 ③ 震源机制一致性结果显示, 一致性增强后发生了震级相对较大的地震。 研究区的震源机制一致性较强, 表明该区域的应力较为集中。 但由于2016年以来活动趋于平静, 尚难以根据震源机制解一致性程度做出当前应力状态的判断。     

喜马拉雅地区与天山地区地壳强地震的孕震因素探讨

利用哈佛大学GCMT数据中心和前人积累的历史地震资料(1962~2016年M W>4.0地震)以及Crust2.0地壳结构统计分析了喜马拉雅地区、天山地区的地壳区域构造与地震活动间的相关性。此外,利用GFZ地学研究中心提供的静态卫星重力模型GGM03S/EGM2008和地形模型Topo计算了2个地区的各类重力异常场,同时还模拟了不同地壳弹性参数下的重力异常场,结果表明喜马拉雅地区重力异常场在水平、垂直方向的梯度特征远大于天山地区的异常特征,且喜马拉雅地区的有效弹性板厚度Te(6~15km)小于天山地区的有效弹性板厚度Te(20~30km)。最后,利用喜马拉雅地区与天山地区的GPS震间三维形变场约束了断层运动模型,结果显示两者主前缘断裂的断层闭锁深度及应力积累状态存在较大的差异。因此认为,造成青藏高原及邻区的边界地壳区域地震活动性差异的动力学因素,与地壳有效弹性板厚度、孕震断层参数及区域应力积累状态等密切相关。