高温循环作用后大理岩裂纹扩展试验研究

利用偏光显微镜对经历不同高温循环作用后的细粒大理岩进行观测,通过统计微裂纹长度、开度、数量等参数,探讨不同加热循环次数后岩样内微裂纹的扩展规律。结果表明,（1）经历不同热循环次数作用的岩样,微裂纹的数量和长度均不同,未经热处理岩样内颗粒致密,胶结较好,内部无明显的微裂纹。经历4次热循环作用后岩样内微裂纹发育明显,以晶界裂纹为主,开度和长度均显著增加。岩样经历16次热循环作用后开度持续增大,为55 µm,是4次热循环的4倍;（2）对不同热循环处理后岩样内部发育微裂纹的方向进行了统计,发现微裂纹无明显的方向性,还表明细观切片的取样位置对微裂纹的发育影响不大;（3）线性裂纹密度随热循环次数的增加而增大,经历16次热循环作用后岩样的线性裂纹密度是没有经历热处理岩样的21倍。     

桂西二叠系沉积型铝土矿鲕粒成因机制探讨

已有研究表明铝土矿中鲕粒的Al含量普遍高于基质,但鲕粒富集Al过程尚不清楚。本文通过对桂西地区铝土矿进行宏微观观察以及电子探针测试(EPMA)和X粉晶衍射分析,研究了矿石构造和元素地球化学变化规律,试图分析铝土矿中鲕粒生长机制。含矿岩系层序多变特征表明桂西铝土矿为陆相成因;鲕粒内部圈层Al含量大于50%,而Si含量小于1%,Fe含量波动于1%左右,证明矿石中鲕粒Al的含量比基质的高,同时硬水铝石的结晶程度亦较高;与鲕粒生成有密切关系的构造主要为凝胶和裂隙,两者为正反馈关系;胶体在分离过程中出现分凝,主要形成富铝、富硅和富铁凝胶,分凝过程中Fe、Si亲和性强,两者的迁移能力均高于Al。分析认为鲕粒形成于浅埋阶段,是一种凝胶的反复分凝过程,受控于湿润-干热气候,成鲕可大致分为3个阶段,即充水阶段、湿润阶段和干热阶段,成核机制为脱水收缩,圈层增长机制为成胶-凝胶老化交替。铝土矿型风化壳的物质搬运过程使鲕粒的圈层停止生长,形成夭折鲕,若条件有利则形成再生鲕。首次引入磁场的概念解释了鲕粒保持浑圆形习性的原因。     

低孔隙度泥页岩应力依赖的各向异性裂纹演化特性研究

本文在实验室对所获取的东营地区层理发育的低孔隙度页岩和泥岩的各向异性裂纹演化特性进行了研究,获得了各向同性条件下泥页岩的力学与超声波响应特性,分析了应力幅度对于页岩声波速度和各向异性的影响.主要结论包括:(1)泥页岩在循环载荷下存在滞后效应,表明其经历了去压实或油气产生导致的超压;(2)泥岩和页岩具有不同程度的各向异性,随着各向同性压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱;(3)分析了岩石韧度和裂纹损伤参数随压力的变化特征,相比泥岩,页岩各向异性程度更高,随压力变化更明显,其裂纹导致的附加各向异性更强;(4)分析了各向异性岩石的动态弹性模量特征,由于软裂隙空间的闭合,动态弹性模量在低压条件下都随着围压的增加有硬化趋势.     

岩石单轴压缩下能量与损伤演化规律研究

能量变化是材料各参数变化的本质特征。通过颗粒流模拟岩石单轴压缩试验,从细观力学角度分析能量转化、裂纹扩展及损伤演化规律。颗粒流利用细观颗粒的运动克服了宏观力学理论不易实现试件多裂纹破坏形态的缺点,以此研究能量变化更加合理。应力-应变各阶段能量与微裂纹及损伤存在着相互对应的发展关系。通过3种工况论证了宏-细观力学参数对应关系,采用最小二乘法拟合得出微裂纹与轴向应变呈幂次函数关系。采用割线模量定义损伤变量,取模量加速下降处（对应裂纹加速扩展）为损伤门槛,对应损伤阈值为0.158。3种工况下微裂纹数量与损伤呈线性发展关系,为损伤演化的深入研究提供参考。     

断层自发破裂动力过程的有限单元法模拟

断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型（pulse-like）破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型（crack-like）破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂.     

Growth patterns and dynamics of mud cracks at different diagenetic stages and its geological significance

This paper discusses the growth stages,spatial structures,quantitative fitting relationships among various parameters,growth patterns and influencing factors of mud cracks by field survey,core observation and SEM analysis.The study shows that:(1) Mud crack growth can go through three stages,i.e.the syndiagenetic stage,the burial diagenetic stage(including early diagenetic stage,middle-late diagenetic stage) and the epidiagenetic stage.(2) Quantitative fitting relationships among various parameters allow a great significance to describe the spatial structure,the regional distribution and the growth environment of mud cracks.(3) Mud crack growth has three models,such as the unilateral growth model including the linear growth pattern,the curvilinear growth pattern and the bifurcation growth pattern,the multilateral growth model including the inteisectional growth pattern,the join growth pattern and the dispersed growth pattern,and the mixed growth model including the combination of any patterns listed above.(4) Modern mud crack growth usually undergoes four stages.Sand beds in sand-mud rhythmic strata can play a lubricative role on crack growth and provide enough sandy deposits for filling cracks.(5) Mud crack growth usually produces bifurcation and bifurcation angles which are mostly 120° or 90° that are related to sediment heterogeneity and released energy.(6)Factors affecting mud crack growth cover many aspects:clay content and salinity can control the number of mud cracks in different areas;terrain can control mud crack morphology;and different sedimentary cycles can control the growth patterns and filling models of mud cracks.     

2003-2010年青藏高原积雪及雪水当量的时空变化

利用MODIS逐日无云积雪产品与AMSR-E雪水当量产品进行融合, 获取了青藏高原500 m分辨率的高精度雪水当量产品, 通过研究青藏高原积雪时空动态变化特征, 分析了积雪覆盖日数、雪水当量以及总雪量的季节及年际变化. 结果表明: 青藏高原地区降雪主要集中在高海拔山区, 而高原腹地降雪较少, 降雪在空间上分布极为不均; 2003-2010年期间, 平均积雪日数呈显著减少趋势, 稳定积雪区面积在逐渐扩大, 常年积雪区面积在不断缩小. 与积雪日数时空变化相比, 雪水当量增加的区域与积雪日数增加的区域基本一致, 但喜马拉雅山脉在积雪日数减少的情况下雪水当量却在逐年增加, 表明该地区温度升高虽然导致部分常年积雪向季节性积雪过渡, 但降雪量却在增加. 总的积雪面积年际变化呈波动下降的趋势, 但趋势不显著, 且减少的比例很少. 最大积雪面积呈现波动上升后下降的趋势, 平均累积积雪总量呈明显的波动下降趋势, 年递减率为1.0×10³ m³·a^-1.     

土-水特征曲线测定过程中潜在影响因素与异常现象研究

基于压力板仪对相同制样参数的4个环刀试样与12个三轴试样进行土-水特征曲线（SWCC）试验,研究影响试验的各种潜在因素以及相关的异常现象。试验结果表明：即便是相同条件制备的试样,其SWCC之间也会存在差异性,这种差异与土的颗粒级配不良有直接关系,而与平衡时间无关;蒸发效应在SWCC试验中持续存在,并在平衡后期成为失水的主要因素,因此,对平衡条件应适当修正;试样的侧面防护对试样的SWCC影响显著,特别对于大高径比试样,蒸发效应将因其侧面防护脱离而成为失水的主要因素,严重影响SWCC的试验结果;横向裂纹这一异常现象并未影响SWCC测量结果,但其产生机制却可能反应了轴平移技术的不足,值得进一步研究。根据上述研究结果和其他相关试验成果,对SWCC试验提出建议和改进方法。     

含双裂隙岩石裂纹演化机理的离散元数值分析

采用离散单元法探讨了预制双裂隙岩石的裂纹演化机理。用近期从试验资料提取的无胶结厚度含抗转动能力的岩石微观力学模型和相应的离散单元法商业软件,模拟了含不同预制倾角的双裂隙岩石试样在单轴压缩作用下裂纹的扩展与贯通规律,揭示了裂纹演化的宏微观机理。同时,将离散元法DEM岩石试样的裂纹的扩展和贯通规律以及强度特性与室内试验结果进行了比较分析。结果表明,预制裂隙之间以及端点处的拉应力集中是导致裂隙岩石破坏的主要原因,且DEM数值试验得到裂纹的演化规律与室内试验结果较为一致。含30°的预制裂隙的岩石试样最容易起裂,含75°的预制裂隙的岩石试样最困难起裂,造成此种现象的原因可能是裂纹在垂直于主应力方向上的长度不同导致试样受拉区域大小不同。     

模拟三维裂纹问题的多尺度扩展有限元法

扩展有限元法模拟裂纹时独立于网格,因此该方法是目前求解裂纹问题最有效的数值方法。为了在计算代价不大的情况,实现大型结构分析中考虑小裂纹或提高裂纹附近精度,在裂纹附近一般采用小尺度单元,其他区域采用大尺度单元。提出了分析三维裂纹问题的多尺度扩展有限元法,在需要的地方采用小尺度单元。基于点插值构造了六面体任意节点单元。所有尺度单元都采用8节点六面体单元,这样六面体任意节点单元可方便有效地连接不同尺度单元。采用互作用积分法计算三维应力强度因子。边裂纹和中心圆裂纹算例分析结果表明,该方法是正确和有效的。