人工冻土围压SHPB试验与冲击压缩特性分析

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）,以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16 ℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明：在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16 ℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12 ℃和-16 ℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。     

A study on relation between acoustic emission and characteristic displacement field on the sample with multi en echelon structures — The theoretic and experimental explorations of strain gap

Based on the phenomena that the deformation gap was observed before the great Tangshang earthquake, this paper discusses the strain gap according to test and theory. The (strain) patterns were recorded photographically by realtime holographic interferometry and shadow optical method of caustics, as soon as the loading process started. In the meantime, the AE (acoustic emission) signals were recorded by a micro crack information storage-analysis system. According to damage theory and location of micro fracture, we have studied the stain gap and gained: a) It is necessary that strain gap appears under the condition of linear elasticity theory, and its situation is relatively stable, corresponding to stress concentration. b) Micro fractures, which appear initially at area of high stress, occur rarely at the strain gap, and their locations are finally in the zone between the stress concentration area and the strain gap, which indicate the clusters or groups. However, the major macro fracture (final rupture) started from the shadow areas, and then grew quickly towards the strain gaps, which resulted in failure of sample. Foundation item: The Dual Project of China Seismological Bureau (9691309020301), the Specialized Funds for National Key Basic Study (G1998040704), the project for the MOST under contract (2001BA601B02) and Youth Funds for applied basic study of the Science and Technology Bureau of Yunnan Province (98D019Q).     

断裂剪切带中的纳米结构与成矿作用

纳米科学已涉及从信息学到地学的各个领域,成为这个时代一个标志性的关键词。近十多年来,国内外的纳米地学 研究,在实践、理论和实验等诸方面都取得了迅速的进展。该文运用4F (Fact, Formation, Function and Formulation,即事实观 察、形成机理、功效作用和计算模拟)研究方法,利用扫描电子显微镜（SEM） 和透射电子显微镜（TEM） 对断裂剪切带中 的纳米结构与成矿作用进行了样品观察和综合分析。首先,作者表述了岩石剪切面上广泛分布的剪切薄壳（膜） 的形成、 发育和组成,一般脆性剪切的薄壳厚度（h,毫米-厘米级） 要比韧性的剪切薄膜（忽米-毫米级） 厚,前者是由动态摩擦 粘滑滑移引起的,而后者则是由静态蠕滑滑移造成的,且两者均是由纳米矿物和纳米结构组成的。随之,作者集中探讨了 作为研究主体的剪切薄壳（膜） 中纳米结构的应变变形和生成演化,它们既具有弹性又有粘性的变形特征而不是单一的力 学属性。纳米结构的生成-发育-演化,可依剪切变形过程划分为强化(硬化)-弱化（软化） -脆化(退化)三个变形应变阶 段,和相应的纳米涂层-纳米弱化-纳米层裂三种类型纳米作用：（1） 纳米涂层是一种最基本的纳米作用,在成熟的断裂 剪切(带)中,只要有滑移摩擦存在,就会有纳米结构。这种作用能引起有序的纳米结构和定向结构,包括单体纳米颗粒 （通常直径d= 40~80 nm） -复体纳米颗粒-多重复体纳米颗粒;纳米粒-纳米线-纳米层;纳米颗粒粒化-异化-再生 等。（2） 纳米弱化作用是由颗粒粒度减小,瞬时温热,叶理发育和弱势矿物等所致,并可细分为滑动纳米弱化、流变纳米 弱化和动力纳米弱化三种类别。（3） 纳米层裂作用是一种由动力热作用到静力冷作用诱发的剥离作用,通常沿着纳米结构 的劈理面、解理和滑移面开裂。进而,以江西省的金山金矿和广丰滑石矿为例讨论了纳米结构与成矿关系：（1） 含金糜棱 岩发育过程中的纳米涂层作用成岩,纳米弱化作用成矿和纳米层裂作用形成面理的三个阶段。其重要的是纳米弱化作用期 间超糜棱岩的温度能够达到纳米金物质的熔点327 ℃,并在流变滑移过程中产生集中颗粒型（d=15~35 nm） 和分散颗粒型 （d=4~8 nm） 的金颗粒;（2） 滑石矿中高应变反映的纳米结构和纳米作用尤为强烈,具有局部熔融流变,纳米弱化作用阶段 的纳米次分层作用非常发育,沿（001） 面滑移的叶理厚度仅10~15 nm,且纳米层裂作用更是造成开放性的剥离、裂理作 用。上述的研讨,揭示了实质上至少一维的“纳米小疙瘩（nano-orange） 在地球物质中无处不在”。这场地学变革-- “纳 米科学与技术是地球科学的下一次革命（Hochell, 2000）”--大幕才刚刚开启,就促使科研工作者对一些地质现象重新认 识,也激发大家去开发“纳米小疙瘩”在地球物质中的“新奇”功效。     

垂直应变的研究意义及模型分析

近20多年来国内垂直应变领域一直无人涉及.垂直应变量的获取可将应变固体潮从平面应变观测提升到三维空间应变观测.本文说明了垂直应变观测的必要性,建立了垂直应变观测系统的原始模型,并提出了研制的难点和理论上的解决方法.     

鲁西北连续两次强降水过程对比分析

利用各种观测资料和NCEP/NCAR 1×1°再分析资料,对2012年7月30日夜间和31日夜间鲁西北连续两天强降雨天气进行诊断和对比分析。结果表明:强降水产生在西风槽前和副热带高压边缘的偏南暖湿气流中,西风槽稳定少动,台风在东南沿海北上,副高加强北抬,为鲁西北连续两天的强降水提供了天气尺度背景。925hPa及以下的低层,来自于渤海的偏东气流和来自于华东沿海的东南气流同时向鲁西北强降水区输送水汽,低层比湿大,CAPE和K指数较高。第1次强降水产生在偏南气流的暖区中,降水强度大,维持时间短。第2次强降水期间,低层有冷空气锲入,把暖湿气流抬升,前期为对流性降水,中后期转为稳定性降水,降水强度小,维持时间较长。850hPa及以下倒槽式切变线和中尺度低涡环流是造成强降水的中尺度影响系统,近地面层来自于渤海的东北气流与来自于东南沿海的东南暖湿气流形成中尺度涡旋,产生气旋式辐合上升,触发对流不稳定能量释放。对流云团在鲁西北形成长形的中尺度对流系统(MCS),稳定少动,有明显的列车效应和后向传播特征。强降水具有较强的日变化,夜间发展增强,白天减弱。     

基于试验与模型的根系增强抗剪强度分析

在总结近代学者对植物根系固土作用机制研究的基础上,采用大盒直剪试验与物理模型,对重庆缙云山地区6种常见植物:马尾松、香樟、广东山胡椒、四川大头茶、白毛新木姜子、四川山矾根系的增强抗剪强度进行对比。通过自制的大盒直剪仪对植物实际固土效果进行了测定,该大直剪仪具有简单、经济、易行等特点。通过对多种植物根系进行抗拉试验和根土复合体受力分析,确定了植物根系的抗拉强度与植物根面积比率。利用Wu模型对6种植物的根系固土效能进行模型计算。结果表明,不同的植物根系类型对增强抗剪强度值的影响非常显著。在重庆缙云山地区的土壤质地情况下,Wu的根土复合体模型高估了根系增强土壤的抗剪强度约为90%。基于该结论,为使Wu模型计算的根系固土强度值较为准确,修订Wu模型中的k值为0.63。     

Characteristics of the Mesozoic and Cenozoic Tectonic Stress Fields of the Urumqi-Usu Region, Xinjiang

Based on the study of folds and related conjugate shear joints, the tectonic stress fields of the Urumqi-Usu region to the north of the North Tianshan Mountains have been reconstructed. Furthermore the author discussed the tectonic movements and their dynamic features. The early tectonic movement in the investigated region occurred from the end of the Late Jurassic to the initial stage of the Early Cretaceous, with the maximum (tensile) and minimum (compressional) principal stress trajectories in the tectonic stress field being in E-W and S-N directions respectively; the late tectogenesis took place from the end of the Early Pleistocene to the initial Middle Pleistocene, with the maximum and minimum principal stress trajectories in the late stress field striking in WNW and NE-NNE directions respectively. Through computer-aided simulated calculation by the finite element method and analysis of geological structure, it has been ascertained that the early tectogenesis is a nearly N-S compressive movement and the late one a NE to nearly N-S compressive movement with reverse shear. The dynamic force which caused the tectogeneses came from the movement of the southern major fault, i.e. the North Tianshan Mountains.     

Bouc-Wen土体动力模型的阈值应变研究

探讨Bouc-Wen土体动力模型的适用条件与参数对滞回圈的影响等。基于热力学基本定律,研究了Bouc-Wen土体动力模型的增量耗散函数表达式,讨论了不同动应变水平下某筑坝土石料的能量耗散机制。发现筑坝土石料的动力特性存在2个阈值应变,即第l和第2阈值应变。其对应的模量比分别为0.94左右及0.50～0.80之间。第2阈值应变与传统意义上以孔压升高或体积变化为标准的门槛应变相当。对进一步认识土体动应力-应变特性有一定意义。     

黄土高原一次β中尺度大暴雨特征及成因分析

利用NCEP／NCAR逐日6h分析资料和常规观测资料,分析了2011年2月25日一28日山西连续降雪天气过程（以下简称2．25降雪）。①2．25降雪过程经历了三个阶段：2月25日为回流降雪阶段,26日一27日为倒槽冷锋与回流降雪共同影响降雪阶段,28日为低空切变线影响降雪阶段。②2．25降雪过程涵盖了华北地区大到暴雪的三个类型：回流类降雪、倒槽冷锋类降雪、低空切变线类降雪。③通过温湿场分析得出,对于低空切变线类降雪,对流层中层的湿核对降雪的开始有一定的指示意义。降雪未开始之前对流层中层有湿核,随着时间的推移,湿核向低层扩展,整个对流层中低层变为高湿区,降雪开始。当对流层中层变为干区,并向低层扩展,降雪过程结束。对于回流类降雪,低层回流对回流降雪起到冷垫的作用。④通过涡度场分析得出,对流层低层的负绝对涡度中心对其东侧的降水有指示意义,如果其东侧对流层低层配合有正涡度核,降雪强度较大,维持时间较长。⑤地面层出现的负绝对涡度中心说明近地面层有小高压系统的存在,这是因为低层回流冷垫作用形成的孤立小高压体。⑥28日降雪维持机制是条件性对称不稳定。     

Seismic design and testing of the bottom vertical boundary elements in steel plate shear walls. Part 1: design methodology

This research investigates the seismic design method and the cyclic inelastic behavior of the bottom column, also called the vertical boundary element (VBE), in steel plate shear walls (SPSWs). This study consists of two parts. This Part 1 paper discusses the anticipated pushover responses for properly designed SPSWs and the possible inelastic responses of the bottom VBE at various levels of inter‐story drift. Considering both the tension field action of the infill panel and the sway action of the boundary frame, this study develops a simplified method to compute the flexural and shear demands in the bottom VBE. Based on the superposition method, this approach considers various plastic hinge forming locations at different levels of inter‐story drift. One of the key performance‐based design objectives is to ensure that the top ends of the bottom VBEs remain elastic when the SPSWs are subjected to the maximum considered earthquake. This paper presents the comprehensive design procedures for the bottom VBE. Furthermore, this study conducted cyclic performance evaluation tests of three full‐scale two‐story SPSWs at the Taiwan National Center for Research on Earthquake Engineering in 2011 to validate the effectiveness of the proposed design methods. The experimental program, cyclic inelastic responses of the SPSWs and bottom VBEs, and numerical simulations are presented in Part 2. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.