动载荷作用下岩石破坏过程的数值试验研究

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载荷作用下应力波延续时间、应力波峰值和围压对岩石试样破坏的影响进行了数值研究,结果表明,应力波延续时间较短,则尾随应力波波前的高应力区范围较窄,应力波衰减较快;相反,应力波延续时间较长,则紧跟应力波波前的高应力区范围较大,岩石处于破坏状态的时间延长,岩石的破碎程度加大。此外,存在一个合适的应力波延续时间,过分地加大应力波延续时间,反而不利于岩石裂隙的发育。动载荷的峰值越大,试样的破坏程度越大,当峰值达到一定值时,试样顶部呈现粉碎状,试样从上到下破坏程度逐渐减弱。在冲击载荷作用下的岩石随着围压的增加更难破碎,但当围压增大到一定程度时,岩石会突然失稳破坏。     

爆炸应力波对新浇混凝土衬砌的影响研究

爆炸应力波作用下新浇混凝土衬砌的破坏模式及安全振动速度是水电、铁道工程隧洞建设中需要解决的重要问题。根据弹性P波及SV波在介质中的传播规律,讨论了P波及SV波在薄层混凝土衬砌中的传播及近似处理方法,依照莫尔-库仑准则、极限拉应力准则、极限拉应变准则,研究了爆炸应力波作用下新混凝土衬砌的破坏模式及安全振动速度。结果表明,入射应力波及衬砌中的折射波对衬砌的破坏作用最主要,折射波在衬砌内产生的反、折射波将降低衬砌中的应力,具有卸载效果;混凝土衬砌的安全振动速度随着龄期的增大而增大,P波入射时,安全振动速度随着入射角的增大而增大,入射角较大时,胶结面容易发生剪切破坏,较小时,容易发生拉伸破坏,SV波入射时,较小角度下容易发生剪切破坏,较大角度时容易发生拉伸破坏;围岩弹性模量越高,衬砌的安全振动速度越小。     

P波作用下饱和土中输流管道动力响应

根据Biot波动理论,采用复变函数与多级坐标法,求解了P波作用下饱和土体中地下输流管道的波动散射方程,分析了管道中流体介质性质、入射波角度及管道埋深等对地下输流管道周边动应力集中系数及孔压集中系数分布的影响。计算结果表明：在低频弹性波入射时,管道周边动应力集中系数及孔压集中系数分布相对均匀,而随入射频率的增加,其分布变得复杂化,但其峰值有所减小;中低频波入射作用下,管道内为水、石油介质时,动应力集中系数和孔压集中系数较空气介质时小,而在高频波作用时情况相反;对于管道内流体介质为水时,随着入射角度的变化,应力集中分布也沿一定角度的方向发生转动,入射波自管道下方垂直入射时,管道周边动应力集中系数峰值相对较大;随埋深的增加,动应力集中系数和孔压集中系数均呈震荡减小的趋势。     

TTI介质拟声波方程数值模拟

TTI介质qP波数值模拟方法因为考虑了倾角因素,可以比VTI介质qP波数值模拟方法更加准确地描述各向异性介质中地震波场的传播规律。文中用拟声波方程对TTI介质中的地震波场进行了高阶有限差分数值模拟,在改进衰减函数分布方式后,通过坐标变换,利用改进的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)边界控制方程对波场边界进行吸收处理,取得了良好的效果;然后分析了拟声波方程数值模拟中的稳定性问题,并对波场中的伪横波进行压制。通过对不同模型的数值模拟,验证了文中使用的TTI介质拟声波波动方程的稳定性以及所采用的PML边界控制方程的可靠性和适用性。     

应用极谱平行催化波同时测定样品中的钨钼

试样经高温焙烧、碱熔分解,铁、铜、锰、钴、镍、钛、铋、镁等元素呈氢氧化物沉淀而与钨、钼分离;在0.25mol/L硫酸—0.04g/L二苯乙醇酸—0.10g/L二苯胍—20g/L氯酸钠底液中,钼、钨分别于约-0.25V(对饱和甘汞电极钼峰电位)、-0.85V(钨峰电位)产生灵敏的平行催化波,根据极限扩散电流的相对大小(选定区间内峰谷间的垂直距离)同时测定这两种元素。方法样品的测定下限:W(X0+3S)=0.086×10-6,Mo(X0+3S)=0.099×10-6;准确度(RE)≤±10.53%,精密度(RSD)≤7.72%。此方法适用于水系沉积物、土壤及岩石等样品中ω(Mo或W)/10-6=(0.10～500)×10-6的测定。     

煤矿井下工作面内隐伏断层透射槽波探测技术

工作面内隐伏断层不仅严重影响煤炭资源的高效回采,而且给煤矿安全生产带来了潜在威胁。通过对工作面内隐伏断层的槽波地震数值模拟,证实了槽波透射法探测隐伏断层的可行性。采用全息观测方式对45301工作面进行了透射槽波探测,通过频散分析及CT成像,查明了工作面隐伏断层分布情况。探采对比表明,透射槽波探测技术能够有效探查工作面内部的隐伏断层,为煤矿安全开采提供有效技术支撑。     

爆炸加载下混凝土的瞬态应变特征研究

耦合装药条件下,RDX药包在混凝土模型中爆炸,距药包中心80mm处的电阻应变传感器,依次记录到由爆炸冲击能(Es)和膨胀能(Eb)加载,在混凝土中先后形成的两个不同的径向爆炸应变波.前一个应变波压缩相的峰值和平均应变率,分别是819.1～907.6με和409.6～453.8s-1;后者的对应值,依次为656.3～755.4pε和17.3～21.3s-1.研究结果表明:爆炸加载作用下,混凝土经历了两次明显的径向变形,Es加载使其产生压应变的峰值和应变率,均大于Eb加载产生的对应值.     

塔里木西南缘下地壳低速层的成因：斜长角闪岩的纵波速度和衰减的限制

在1．0GPa，室温-1200℃条件下，测量了新疆库地地区斜长角闪岩的纵波速度(Vp)和品质因子(Q值)，得出在1．0GPa恒压下，Vp和Q值随温度和深度的变化关系。结果显示，Vp和Q值随温度的升高而下降，观察实验样品并结合Vp和Q值与熔体含量的关系，发现部分熔融是影响Vp和Q值变化的主要因素。依据实验结果，并结合区域上压力梯度和温度梯度资料计算了Vp和Q值随深度的变化。结果表明Vp和Q值先随深度的增加而缓慢增大，在32km左右开始突然减小，表明开始出现低速层。结合温度和熔体含量的关系得出，低速层的出现可能是部分熔融的结果。塔里木及周边地区的地震测深以及地震反演的结果也显示，在相同的温度和压力条件下，地壳内部32—44km的范围内存在低速层，同时高温高压的实验结果与阿拉木图地区的Vp值相当一致，可以推测塔里木西南缘下地壳的岩石成分中含有斜长角闪岩。     

频率-波数领域震波模型研究

虽然傅氏转换能够筒化波动方程式的解法，但在频率-波数领域中，求解波动方程式，计算震波模型，该方法不能适应传波介质之界面弯斜或传波速度横向变化。把界面视为一组不连续的绕射点，用各点反射系数作为讯号源强度，各绕射点分别在频率-波数领域中实施波场向上外插，再把各点外插波场相加，由此得到震波模型。利用相位转移函数，取代每一绕射点的傅氏转换，能节省大量电算时间。这种频率-波数领域震波模型法，比时间-空间领域法更容易处理复杂介质模型。用新的方法对几种典型之地质模型，包括断层、背斜、尖灭、多层簿地层岩相突变等进行了计算，所得震波特性相当合理，符合震波传播理论。实例表明，即使对于岩相突变，计算的震波模型与实际震波记录，亦相当吻合。频率-波数领域震波模型法，对于复杂界面和速度变化之地质模型，其数学处理上远比射线理论和克希霍夫积分方程来得可行且单纯。且比定差法和定元法显著节省网格点和容易处理边界条件。唯这种频率-波数领域绕射点法，随绕射点数之增加，其电算时间之增加幅度似乎较高。关键词震波模型傅氏转换波动方程式频率-波数领域波场外插相位转移函数