岩石初始宏观变形模拟及微裂纹闭合应力确定方法

为了建立能够反映岩石初始宏观变形模拟方法以及微裂纹闭合应力确定新方法,首先,针对岩石及其内部微裂纹的受力变形特点,将岩石视为由岩石基质和微裂纹两部分组成,并以此建立了岩石与其组成成分之间的变形分析模型,并由材料变形力学分析角度分别建立了岩石基质和微裂纹的受力变形分析方法,从而建立了岩石初始宏观本构模型并给出了模型参数的确定方法;然后,针对现有微裂纹闭合应力确定方法存在的缺陷与不足,提出了基于本文模型的微裂纹闭合应力确定新方法;最后,基于本文模型探讨了围压对岩石初始宏观变形非线性上凹程度的影响,从理论上阐述了围压效应即围压与岩石初始宏观变形非线性上凹程度成负相关。研究结果表明,本文模型不仅能够很好地模拟岩石启裂前变形全过程,还能够阐述岩石与其组成成分之间的变形关系;微裂纹闭合应力确定新方法既满足微裂纹闭合应力的理论意义又能够避免人为因素的干扰,并具有易操作性的特点,表明了本文模型与方法的合理性与可行性。     

基于黏度时变性的桩端压力浆液上返高度模型及工程应用

桩端后压浆浆液上返高度对后压浆桩承载力的计算影响较大。基于幂律型流体的黏度时变性特征,推导了考虑黏度时变性的桩端压力浆液上返的理论计算公式,并给出了参数的确定方法及成层土中浆液上返高度的迭代算法;结合台州湾大桥的接线工程,利用电磁波CT对桩基后压浆的加固效果进行了探测分析。结果表明,采用浆液沿压浆管道阻力损失的拟合值并考虑黏度时变性得到的浆液上返高度的计算结果与实测结果基本吻合且偏于安全,而忽略黏度时变性得到的计算结果偏大,会对后压浆桩的承载力设计造成不利影响。此外,电磁波CT能观测到桩体、水泥浆加固体及土体的分布情况,且能推测出水泥浆液在桩端的扩散范围和沿桩身的上返高度,可用于评价后压浆桩的压浆效果。研究成果可为后压浆桩的设计和效果检测提供参考和指导。     

遗址土劣化进程中微观结构变化的类比研究

长期的风化会使遗址土体劣化,进而威胁到遗址本体的安全,但在自然条件下这一演化过程尚不明确。遗址土体微观结构的变化是该过程的重要体现,研究选取风化条件近似而暴露时间不同的黄土质边坡作为类比对象,采用扫描电镜法（SEM）和压汞法（MIP）分别对表部以及内部土样的微观孔隙结构进行观察和量测。试验结果表明,表部土体微观结构的变化程度大于内部土体,并呈现一定的规律性;与内部土体相比,表部土体的土颗粒排列为致密的叠片状;其孔径分布为双峰模式,团聚体内孔隙占比较大;随着风化时间的增长,表部土体的孔隙总体积和表面分形维数逐渐减小,导致孔壁粗糙程度降低,减小了颗粒间的摩擦,在宏观上容易诱发土体表层的剥离损耗或其他病害。     

移动状态边界面法在黏性土不排水蠕变孔压分析中的应用

在黏性土的各种流变现象的数学模拟研究中,不排水蠕变孔压方程几乎是空白。基于临界状态土力学理论,采用与时间相关的移动状态边界面法,给出了适用于正常固结黏性土的不依赖状态边界面具体形态的不排水蠕变孔压公式。正常固结黏性土的不排水蠕变孔压可以看作是体积蠕变势和剪应力水平增大造成的剪缩这两种作用的结果,前者与参数 有关（ 为次压缩指数, 为压缩指数）,后者则与状态边界面的具体形态有关。在此基础上进一步给出了可方便用于试验数据分析的双对数和单对数形式的两个公式。以修正剑桥模型椭圆形状态边界面为例,分析了双对数和单对数坐标系下蠕变孔压曲线的斜率m和m′与土的流变参数 的关系。采用提出的方法,很好地预测了Walkers给出的Leda clay黏土的蠕变孔压系数,并基于以上两种作用解释了Leda clay黏土的蠕变孔压形成的机制。     

冲击荷载下玄武岩纤维水泥土吸能及分形特征

为研究玄武岩纤维对水泥土冲击破坏过程中能量吸收及碎块块度分布特征的影响,采用Φ50 mm变截面霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置对不同玄武岩纤维掺量的水泥土进行了冲击压缩和动态劈裂试验,分析了冲击荷载作用下玄武岩纤维掺量与水泥土吸收能、破坏形态和分形维数 的关系,试验结果表明：随着玄武岩纤维掺量的增加,水泥土吸收能呈先增大后减小的趋势,超过最佳掺量后,由于纤维-纤维薄弱面的存在,水泥土吸收能减少;冲击破坏后水泥土破碎块度分布是具有统计意义上的分形,冲击压缩试验中水泥土破碎块度平均粒径随玄武岩纤维掺量的增加而不断增大,对应的 值总体上呈现不断减小的趋势;在动态劈裂试验中,玄武岩纤维掺量在0～2.0%范围内,水泥土破碎块度平均粒径呈现上升趋势, 值不断减小,玄武岩纤维掺量超过2.0%后,平均粒径有所降低,对应 值增大。玄武岩纤维水泥土吸收能和 值之间有着密切的联系,冲击压缩试验中,吸收能在分形维数为2.20～2.26范围内呈先增大后减小的趋势,而在动态劈裂试验中,吸收能在分形维数为1.85～2.20范围内总体呈现下降趋势,两者具有一定的负相关性;合适掺量的玄武岩纤维对水泥土动态特性起着积极作用,通过试验得出玄武岩纤维的合适掺量为1.5%～2.0%。     

锆石微量元素及其揭示的深部过程

近十年来对锆石研究已从早期的U-Pb放射性同位素定年和锆石同位素分析,发展到大量研究锆石的微量元素。锆石微量元素不仅可以作为锆石Ti温度计估算岩浆温度,也可以用来识别锆石及其母岩的岩石类型和成因,区分岩浆熔体或者流体控制的岩浆作用、变质作用、成矿作用等深部作用过程。文中在归纳总结岩浆锆石、变质锆石、热液锆石、碎屑锆石等不同类型锆石的微量元素成分基础上,以青藏高原碰撞后超钾质岩石中产出的锆石为例,系统介绍了超钾质岩石中各类锆石的结构、年龄和微量元素特征,并应用于解释超钾质岩石成因、岩浆源区成分、岩浆演化和上部地壳物质的混染、下地壳加厚和高原隆升之间的关系。     

大直径超长灌注桩水平承载性能的参数敏感性

大直径超长灌注桩是高规格建（构）筑物桩基工程的发展趋势,但有关其水平承载性能的研究还较少。依托江苏靖江文化中心大直径超长灌注桩建设项目,通过现场试桩试验获得了桩身水平受力及承载变形特征。采用孔压静力触探（CPTU）测试p-y曲线法构建了大直径超长灌注桩水平承载数值计算模型,在与现场试桩结果比对验证之后,进一步研究了桩径尺寸效应、桩顶嵌固形式、桩身倾角、竖向载荷对大直径超长灌注桩的影响规律。最后通过计算各影响因素的参数敏感度,实现了对大直径超长灌注桩水平承载性能参数敏感性的客观定量评价。研究结果表明：原位测试CPTU可以很好地应用于大直径超长灌注桩的水平承载分析,大直径超长灌注桩参数敏感度由大到小依次为：桩顶嵌固形式、尺寸效应、竖向荷载、桩身倾角。     

随机波浪作用下底层水沙运动的试验研究

通过一系列室内水槽试验,对规则波与不规则波浪荷载作用下的粉土质海床内的孔隙水压力、底层悬沙浓度以及底层水体流速的变化进行了比较分析。结果表明:波浪荷载的能量分布对床土的响应强度有着重要影响,尤其低频(大周期)部分的影响尤为强烈;随着超孔隙水压力累积,进而影响到底层悬沙浓度的变化;悬沙颗粒的结构和性质同样随着水动力的变化而变化,不同强度的水动力通过影响颗粒的絮凝特性而影响到悬沙颗粒的沉降和悬浮。另外,随机波浪所伴随的较强的非线性作用同样影响着悬浮体的絮凝与解体,这大大加剧了细颗粒沉积物的悬浮、运动的复杂性。     

基于改进LHS方法的翼型水下滑翔机水动力外形优化

针对如何获得翼型水下滑翔机最佳升阻比外形这个问题,提出了基于改进拉丁超立方抽样方法的翼型水下滑翔机外形优化方法。分别应用中值拉丁超立方抽样方法和改进拉丁超立方抽样方法从翼型水下滑翔机参数化模型中进行二次取样,利用计算流体力学(CFD)方法计算其在水中做匀速运动时的升力系数和阻力系数,获得翼型水下滑翔机优化模型。对比改进拉丁超立方抽样方法和中值拉丁超立方抽样方法的优化结果表明:在相同样本数量条件下,改进拉丁超立方抽样方法可以获得更好的优化结果。     

桂北地区丹洲群碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄和Hf同位素特征及其地质意义

桂北丹洲群顶部拱洞组粉砂岩的碎屑锆石的阴极发光图像和Th/U(0.2~2.4)值显示,它们均为岩浆成因的锆石。锆石~(206)Pb/~(238)Pb年龄分布在730~769Ma和771~850Ma之间,这些锆石的Hf同位素成分范围较大,ε_(Hf)(t)值和二阶段Hf模式年龄(T_(DM2))分别为-18.4~11.4和1020~2812Ma。此外,样品中还有一些年龄较老的锆石颗粒,~(207)Pb/~(206)Pb年龄为1910~3140Ma,ε_(Hf)(t)值和二阶段Hf模式年龄(T_(DM2))分别为-13.6~3.4和2740~3635Ma。结合前人的研究推测,桂北丹洲群拱洞组沉积年龄小于等于706±10Ma,物源主要由扬子板块新元古代岩浆岩组成,也有少量太古宙岩浆岩的加入。推测中国华南地区存在对应于Rodinia超大陆聚合相关的格林威尔运动的响应。根据已测锆石的ε_(Hf)(t)值和Hf二阶段模式年龄推断,研究区地壳生长主要经历3个阶段:(1)3.64~3.25Ga,初生地壳出现在3.64Ga;(2)2.98~2.37Ga;(3)2.19~1.28Ga,地壳生长的主要时期。