泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅰ):理论模型

在室内和现场试验的基础上,根据泥岩的非线性蠕变变形特点,构造了基于摩尔-库仑准则的蠕变势,建立了泥岩非线性蠕变损伤本构模型及其损伤演化方程;对泥岩裂隙自愈合机制进行了探讨,得到围压、孔隙水和饱水时间是影响裂隙愈合的主要因素,通过引入愈合应力和水化学愈合因子的概念,建立了泥岩渗透性自愈合模型。研究结果表明,泥岩非线性蠕变是其内部结构损伤在蠕变过程中的综合表现,泥岩的蠕变速率不仅与应力水平、时间相关,而且还与累积蠕变变形密切相关,提出的模型能较真实反映泥岩蠕变变形过程、损伤演化、渗透性演化和裂隙自愈合,且材料常数较少,便于从实验数据中获得。文中涉及到的数值算法、程序实现、模型参数的确定以及工程应用将在本文的Ⅱ部分给出     

红庆梁煤矿地应力场特征及巷道稳定性分析

针对红庆梁煤矿回采巷道变形严重问题,采用空心包体地应力测量方法对红庆梁煤矿3-1煤的地应力进行了实测,获得地应力场分布特征。应用地质动力区划法划分红庆梁井田Ⅰ—Ⅴ级断裂构造,应用“岩体应力状态分析系统”,进行应力区划分和巷道稳定性分析。研究表明：红庆梁煤矿地应力场属于以水平压应力为主导的水平构造应力场,地应力场方向对巷道稳定性影响较小;井田范围内共划分4个应力区：低应力区、正常应力区、应力梯度区、高应力区,分别占井田面积的5.9%、55.7%、27.0%、11.4%;应力大小是影响巷道稳定性的主要原因,致使处于应力梯度区和高应力区内的巷道变形严重。地应力场的分布特征分析和应力区的划分对红庆梁煤矿及类似条件矿井的采掘部署和支护设计具有重要作用。移动阅读     

察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的地面核磁探测与数值模拟研究

察尔汗盐湖地下晶间卤水蕴藏了宝贵的盐湖矿产资源,如何确定地下卤水的赋存规律以制定科学合理的卤水开采和补给方案,正成为盐湖资源大规模可持续利用亟需解决的重要问题。本文以察尔汗盐湖西北部的典型采卤区作为研究区域,1)利用新型的地面核磁共振找水仪,通过在研究区布设两条十字交叉的测线,探测并反演解译测区地下60米深度内的卤水静态赋存形式,2)结合OpenGeoSys(OGS)多物理场耦合地下水数值模拟软件,对测区地下卤水的动态运移形式进行数值模拟计算。地面核磁探测结果表明研究区含水量整体偏低,最大含水量约0.8%,平均含水量约0.4%。测点结果给出的含水层位分界面与邻近钻孔的地层层位分界面的一致性较高,浅部的层位误差在10%以下,达到了0.5米的精度。考虑到测区南北两边均有采卤渠正在汲取地下卤水,且在测区中心存在两条废弃的采卤渠,OGS地下水数值模拟研究结果表明采卤渠造成测区浅部卤水较大空缺,与研究区浅部含水量总体偏低的探测特征一致。研究结果表明地面核磁共振技术能准确探测卤水当前的赋存状态,地下水运移模拟技术可以深入认识采补活动引起卤水赋存状态的变化规律。探测和模拟结合的联合研究是确定卤水赋存规律的重要手段,研究成果可为盐湖资源合理开采高效利用提供基础资料和相关科学支撑。     

中国内生钼矿床辉钼矿的微量元素特征研究

近年来,金属硫化物微量元素研究取得了重大进展,但主要局限于少数常见的硫化物,如黄铁矿。辉钼矿作为内生金属矿床最常见的金属硫化物之一,目前对其微量元素的研究成果还很少,对微量元素的赋存状态及其揭示的成因意义还不明。文章尝试性地对中国57个内生独立钼矿床或共伴生钼矿床中的辉钼矿进行了ICP_MS微量元素分析。结合元素的地球化学性质及前人的研究成果,认为除Re、Os等少数元素可成类质同象存在于辉钼矿中以外,推测大部分微量元素可能以固溶体出溶、机械混入物或流体包裹体等形式存在于辉钼矿中。各矿床中辉钼矿微量元素相对于中国陆壳富集Cu、Zn、Pb、W等常见的成矿元素,暗示不同地质环境下不同时代和矿床类型的成钼流体搬运的成矿元素具有一致性和普遍性,这是造成钼多金属矿床金属元素矿化分带的基础。辉钼矿的主要微量元素呈对数正相关,受矿床类型和产出环境影响不大;辉钼矿Co/Ni比值多数1,集中于0.01~0.57,不同矿床类型的Co/Ni比值具有一定规律性:当w(Co)30μg/g时,斑岩型和矽卡岩型矿床中辉钼矿的Ni含量比较稳定;当w(Co)30μg/g时,Ni含量比较高;石英脉型矿床的Co/Ni比值变化较大,且小于斑岩型矿床的Co/Ni比值。在内生金属矿床中,辉钼矿主要形成于还原性环境中,但石英脉型矿床的形成条件与斑岩型矿床相比,其氧化性明显增强。根据分析结果和前人研究成果,推测成钼流体应为富CO2和Cl-(个别还富含F-)以及部分还原性气体成分(H2、CO、CH4等)的成矿流体。     

一种旋转塑性势面模型及非关联塑性流动法则

为了较好地描述软土塑性应变发展规律,提出了一种改进的塑性流动模型。该模型采用了与屈服函数形式相同,但具有一定倾角γ的塑性势函数。土体在变形过程中,塑性流动方向会依赖于塑性势面的旋转而变化,直至达到破坏状态。通过对常规三轴试验结果的分析可以发现:在剪切过程中,塑性势面旋转角的初值γ₀与终值γ_d较为稳定,不受围压变化影响。在此试验观察基础上,引入了归一化的旋转角参数γ’以及描述土体应力状态的参数ξ,在采用蛋形势函数的情况下二者具有良好的分段线性关系。利用该关系,建立了改进的塑性流动法则,只需要2个额外的模型参数。对所提出的塑性流动模型进行了验证,计算结果表明该模型能较好地反映塑性应变的变化趋势。     

考虑损伤的节理本构模型

本文在弹塑性损伤的理论框架内,讨论了节理等地质间断面的本构模型。这个模型能够反映节理面的损伤弱化,扩容和弹性刚度劣化等复杂特性。这个模型的另一优点是,塑性变形增量与屈服面是非正交的,但本构矩阵具有对称性。这种对称性在岩石力学的理论研究和数值分析中是至关紧要的。     

基于峰值位移均值识别非线性结构的损伤

目前对结构进行损伤识别的方法大多基于结构振动信号的变化而进行,不同振动信号在不同环境下的损伤识别能力各不相同。为验证振动信号在随机环境下的的识别效果,以随机振动理论为基础,针对非线性结构的损伤识别问题,提出了利用结构峰值位移均值进行损伤识别的新方法。该方法不需要结构损伤前的模态参数。通过对两种不同类型非线性结构的数值模拟分析,对该方法进行了验证。结果表明,该方法能够有效识别结构的单处损伤、多处损伤以及损伤程度,充分显示了该指标检测损伤的准确性和敏感性。     

Elastic-plastic analysis for pile-anchor supporting system of deep foundation pit

By using numerical analysis methods to simulate the deep excavation, a lot of analyses are established on the basis of two-dimensional plane strain, ignoring the fact that foundation pit possesses three dimensions. For soil constitutive relation, people always take linear and nonlinear model, without considering the plastic behavior of soil. Using plastic-elastic hardening model to simulate constitutive relation of soil characteristics, the authors carried out mechanical analysis for pit excavation and support. The results show that the analysis for the stress state of pile anchor system is an effective way which provides theoretical basis for calculation of soil displacement.     

岷县漳县强震前的跨断层短临异常及亚失稳状态特征

2013年岷县漳县M_S6.6地震发生前2～4d,距震中37～70km的四店、毛羽沟、麻界滩跨断层流动短水准场地观测到以正断层型突跳为主的短临异常,尤其是四店场地,变幅高达5.5mm,异常相当显著。文中对这3处场地所在的西秦岭构造区的跨断层短水准观测资料进行分析,并结合GPS连续观测数据与小地震活动信息对其异常机理进行探讨。结果表明:岷县漳县震前数天,西秦岭构造区跨断层短水准观测显示的断层活动微动态变化量增大、特性明显改变及靠近震区的"局部化增强"等现象,符合构造力学实验显示的亚失稳状态特征。     

基于PSR模型的渔业用岛生态状况评价——以菜坨子岛为例

菜坨子岛位于大连市长海县,为无居民海岛,功能定位为渔业用岛。依据无居民海岛生态系统的特点和渔业用岛功能定位,文章使用压力-状态-响应模型设置3层指标体系,对菜坨子岛生态状况进行评价。指标评价方法采用专家评价法及单因子环境质量指数法、综合评价指数法等计算各级权重值和指标值。基于2015年现场调查数据,采用层次分析法对压力-状态-响应模型进行计算,得出菜坨子岛年生态状况分值及评价结果。结果表明,菜坨子岛总体状态为“优”（分值为0.811 1）。此外,经过对评价指标进一步优化后,可将该评价方法推广到对其他渔业用无居民海岛的生态状况评价,为其开发和保护提供依据。