基底非均一性对琼东南盆地新生代构造变形差异的影响: 来自物理模拟实验的启示

琼东南盆地位于南海北部大陆边缘西北部,是新生代形成的北东向伸展盆地,其断裂走向、次级凹陷分布方向、构造样式等在东西部表现出明显差异。文章采用构造解析与构造物理模拟相结合的方式,探究先存的中生代构造几何形态及基底性质差异对琼东南盆地东西部构造差异性演化的控制作用。实验结果表明：（1）先存构造薄弱带几何边界分布方向与区域伸展方向共同控制了琼东南盆地主要断裂的走向以及断裂构造样式。由于先存构造薄弱带边界方向存在东西差异,在早期NW向拉伸阶段（Tg-T80）盆地断裂系统在东西部就已表现出明显的分段特征。西部由于垂向拉伸产生一组NEE向断裂;东部由于斜向拉伸,发育至少两组方向的断裂,一组与应力方向垂直（NEE向）,另一组沿着构造薄弱带分布（WE向）。后期断裂活动继承和改造了这一时期的断裂,使断裂系统更加复杂。先存构造薄弱带几何形态变化是导致琼东南盆地东西部构造差异性发育的主控因素。（2）基底强度差异性对上覆构造的断裂数量以及地貌起伏特征有一定影响。琼东南盆地在东西部的断裂走向及构造样式上的差异性受基底强弱、先存构造形态及构造应力方向的共同控制。     

铅污染对黄土宏观持水性能和微观结构演化的影响研究

垃圾填埋场渗滤液中的重金属与土体发生物理化学反应,可能导致土体微观结构的改变,重金属等有毒物质得以扩散、运移,威胁人体健康和周边环境。为探究重金属污染对黄土宏观持水性及微观结构的影响,采用轴平移技术测得铅污染黄土的土-水特征曲线。通过扫描电子显微镜（SEM）、压汞（MIP）、X射线衍射（XRD）和Zeta电位试验,阐明细观结构变化特征。结果表明：铅污染黄土的进气值随铅离子浓度的增加而减小,当铅污染浓度由0 mg/kg增加至2 000 mg/kg时,进气值从19.18 kPa下降至12.12 kPa;铅污染导致持水性能降低,渗透系数随铅离子浓度的增加而增加,饱和渗透系数从7.92×10–8 m/s增加到3.73×10–7 m/s;铅污染引起的物理化学反应及Zeta电位的降低导致絮凝结构形成,小孔隙占比减小,中孔隙占比增加;铅污染引起的微观结构演化与宏观持水性和渗透性具有良好的对应关系。该研究结果可为重金属污染场地非饱和渗流及溶质运移等问题的研究提供重要参数。     

考虑沉积角影响的冻结砂土单轴压缩试验研究

寒区工程中的土颗粒在重力作用下沿优势方向沉积排列而形成横观各向同性冻土材料。不考虑沉积方向与荷载方向之间沉积角的影响可能会错误估计实际工程中冻土的变形特征与承载力。然而,现有文献尚未探究沉积角对冻土工程特性的影响。针对这一问题,开展了不同温度条件下沉积角对冻土单轴压缩变形与强度特性影响的试验研究。通过所研发的制样模具制备了具有4种不同沉积角δ的冻土试样（δ=0°、30°、60°和90°）,在设定的4种不同温度T条件下（T=-5、-10、-15℃和-20℃）对具有不同沉积角δ的冻土试样开展了单轴压缩试验,分析了T与δ对冻土的变形模式、破坏特征以及单轴抗压强度的显著影响。根据冻土应力-应变曲线的归一化结果及其软化段斜率的变化规律,将冻土单轴压缩变形模式在T与δ影响下分为变形模式I、II和III。根据结果可知,随着T降低以及δ趋于60°,冻土的变形模式趋于由变形模式I过渡到变形模式III,试样破坏模式由鼓胀的X形剪切带破坏趋于破坏范围较小的单剪切面破坏,而冻土单轴抗压强度随T降低而增大的同时,随δ增加表现出先减小后增大的趋势。     

土工格栅加筋珊瑚砂的强度及变形特性试验研究

珊瑚岛礁钙质砂作为海洋工程建设的主要原材料,具有碳酸钙含量高、多孔隙、颗粒易破碎等特征。为了进一步提高海洋工程建设中岩土构筑物的强度及稳定性,采用土工格栅加筋珊瑚砂是一种潜在的有效手段。通过一系列的室内三轴压缩试验,探究土工格栅加筋层数、初始含水率、围压等因素对加筋珊瑚砂强度及变形特性的影响。研究发现：格栅加筋能够明显地改善珊瑚砂的力学性能,随着格栅层数的增加,加筋珊瑚砂整体的强度逐渐上升,偏应力-应变关系总体呈现硬化趋势,侧向的鼓胀变形得到明显改善;似黏聚力随着格栅层数增加近似呈线性递增,内摩擦角轻微降低;随着初始含水率的增加,格栅加筋珊瑚砂的强度呈轻微衰减趋势,似黏聚力变化不大,但内摩擦角相比干砂最大下降了约4°;三轴应力状态下的格栅加筋珊瑚砂颗粒破碎受围压影响较大,低于400k Pa围压下的相对破碎率主要在3%以内。此外,基于格栅与珊瑚砂相互作用特征,考虑并计算得到格栅产生的侧向与轴向附加应力,研究结果进一步丰富了对格栅加筋珊瑚砂机制的认识。     

Microphysical Properties of Rainwater in Typhoon Usagi(2013):A Numerical Modeling Study

A 2-km resolution simulation using the Weather Research and Forecasting model with Morrison microphysics was employed to investigate the rainwater microphysical properties during different stages of Typhoon Usagi(2013) in the inner-core and outer region. The model reproduced the track, intensity, and overall structure of Usagi(2013) reasonably. The simulated raindrop size distribution showed a rapid increase in small-size raindrop concentration but an oscillated decrease in large-size ones in the inner-core region, corresponding well with the upward motion. It was found that there existed two levels(1.25 and 5.25 km) of maximum number concentration of raindrops. The ice-related microphysics at high levels was stronger than the warm-rain processes at low levels. The larger raindrops formed by self-collection in the inner-core suffered from significant breakup, but the raindrops outside the eyewall did not experience evident breakup. Model results indicated that the dominant terms in the water vapor budget were the horizontal moisture flux convergence(HFC) and local condensation and deposition. The evaporation from the ocean surface(PBL) was ~10% of the HFC in the inner core, but up to 40% in the outer region as the air therein was far from saturation. Furthermore, water vapor in the outer region was obtained equally through evaporation from the cloud and inward transportation from the environment. An earlier start of cloud microphysical processes in the inner-core region was evident during the intensification stage, and the continuous decreasing of condensation in both the inner-core and outer regions might imply the beginning of the storm weakening.     

基于紧密堆积理论的低密度固井水泥浆设计

合理的颗粒级配是提高固井水泥环内部密实度、早期力学强度和界面胶结能力的关键。基于此,本文从几种典型的连续颗粒级配的紧密堆积理论中优选出DFE进行固井水泥浆体系设计,并通过大量实验首次确定了适宜G级油井水泥基深水固井水泥浆体系设计的n值最优范围：0.33~0.40。结合激光粒度分析仪实测结果,在粒径≤3.38 μm、3.38~70.70 μm、≥70.70 μm三个范围内依次采用纳米CaCO₃（nano CaCO₃,以下简称“NC”）、G级油井水泥和漂珠,并按DFE（n=0.33~0.40）体积分布曲线进行混配。在此基础上,提出一种密度为1.50 g/cm³的低成本低温早强三元固相级配水泥浆体系,并与漂珠二元固相水泥浆体系和NC二元固相水泥浆体系的性能进行对比。研究结果表明：该三元体系水泥石的抗压强度、抗折强度和二界面胶结强度相比于漂珠二元体系和NC二元体系分别提高了7%~21.1%、13.4%~51.9%和41.4%~122.2%。三元体系的固井水泥石在垂向上的最大密度差为0.022 g/cm³。基于DFE设计的三元体系具有良好的流变性、稳定性和力学性能。DFE对于多元固井水泥浆体系的设计和应用具有一定的指导意义,在保证低密度的前提下能够有效地提高固井水泥石的早期强度和综合性能。     

霾期间上海低层气溶胶微物理属性与地面相对湿度分析

用2007年1月至2010年11月美国国家航空航天局(NASA)的CALIPSO星载激光雷达资料,通过532 nm总后向散射系数、体积退偏比和色比,分析了上海地区霾期间低层0~2 km高度气溶胶微物理属性与地面相对湿度的关系。结果表明,当地面相对湿度为65%~80%时,后向散射系数在0~0.001 km-1·sr-1范围内出现的频率最大;当地面相对湿度为50%~65%时,后向散射系数大于0.001 km-1·sr-1的频率最大;低层大气中聚集的主要是规则气溶胶粒子,当地面相对湿度为65%~80%时,气溶胶粒子最为规则,其次为80%~95%的地面相对湿度。当地面相对湿度为50%~65%时,不规则气溶胶粒子所占比重较大;霾期间,低层大气中细粒子气溶胶均占主导地位,但随着地面相对湿度的增大,气溶胶粒子粒径逐渐增大。在地面相对湿度为80%~95%时,大颗粒气溶胶相对较多。     

一种多糖小口径人工血管的机械性质表征

本文对本实验室制备的小口径人工血管的机械性质进行了表征并与大鼠腹主动脉和犬股动脉进行了比较。人工血管的内径分别为1.5、2、3和4mm,大鼠腹主动脉和犬股动脉内径分别为1.5和3mm。人工血管的加压扩张内径与自然内径有显著性差异(P0.05);其吸水率均高于270%,内径越大,吸水率越高;其内表面材料致密,外表面材料的孔隙率是(96.24±3.99)%;其水渗透压均高于8.78kPa,水渗透量均在低于2~3mL·min-1·cm-2;其爆破压在532KPa左右,均高于犬股动脉(P0.05);其纵向拉伸率均高于大鼠腹主动脉(P0.05),但低于犬股动脉(P0.05),断裂拉伸率均低于大鼠腹主动脉和犬股动脉(P0.05),其耐缝合强度均高于大鼠腹主动脉(P0.05),顺应性均低于犬股动脉(P0.05)。基于上述信息,这种小口径人工血管能满足大鼠腹主动脉和犬股动脉血管置换的要求,但仍需改进。