断裂带同震温度负异常机制分析

断裂带同震温度响应,可在震后钻孔测温中获得并识别,为发震断层摩擦特性与发震机制等基础研究提供了非常独特的思路和有效手段.集集、汶川及日本东北大地震后,实施了台湾车笼埔断层钻探项目(TCDP)、汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)和日本海沟快速钻探计划(JFAST).钻孔测温结果表明:滑移面上下5～20m范围内存在温度正异常,这是同震摩擦生热所致,该机制已被广泛认识和接受;同时,距滑移面20～60m范围内也存在明显的温度负异常,但其成因机制几乎还未被真正关注和认识.虽然温度负异常峰值只有正异常峰值的1/4～1/3,但温度负异常分布范围却是正异常分布范围的3～4倍,即正、负温度异常区对应的总能量基本相当.因此,断裂带震后钻孔测温中的负异常及其成因不容忽视.在详细分析几种可能的同震温度负异常机制后(如岩层热物性分布差异、流体运移、表面自由能增大及同震应力释放),发现能在理论、实验及野外观测上都得到支撑的普适性机制只有同震应力释放.这可能是断裂带震后温度负异常的主要原因.     

基于Dieterich地震发生率模型分析前震成因的力学机制

前震是地震前兆观测中的一个重要物理量,前震的研究对地震预测的发展尤为重要,前震序列的典型特征包括加速发生的小震与古登堡-里克特定律(Gutenberg-Richter Law)中的b值变小.本文在Dieterich提出的地震发生率模型的基础上,探讨前震发生的力学成因机制及前震-主震-余震时域演化特征.模型分析结果表明,前震震源区断层及其断层周边剪应力加载速率的变化可能是前震发生及地震发生率变化的一个关键原因.由于前震震源区次级断层之间剪应力加载速率受来自主震成核过程中断层自加速滑移的影响升高,从而可导致这些次级断裂的加速失稳,即加速前震的发生.当震源区内由前震所产生的静态应力扰动不可忽略时,应力扰动和主震成核的共同作用也可对后续前震发生率产生影响.当正向应力扰动出现时,后续的前震序列的地震发生率会出现陡增,随后其地震发生率逐渐下降.而当负向应力扰动出现时,地震发生率会出现陡降,然后再次逐渐上升.基于Kostrov模型,本文得到了剪应力加载速率与古登堡-里克特定律中b值的关系式,结果表明前震序列中b值的减小与前震区内的剪应力加载速率的上升有关.     

用于收集岸基海浪能的弹簧辅助摩擦纳米发电机

海浪能取之不尽,用之不竭,是最重要的可再生能源之一,具有广阔的发掘潜力。本文提出一种用于收集岸基海浪能的新型弹簧辅助摩擦纳米发电机(spring-assisted triboelectric nanogenerator, SS-TENG)。SS-TENG通过“海浪-浮台-弹簧”传动结构实现海浪能的转化,避免了与海水直接接触,减少了腐蚀环境对发电模块的损坏。SS-TENG通过两种方式显著增强了输出性能,一是利用发电模块中弹簧弹性势能的释放增大各个摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)单元电极层与介电层的瞬间接触速度,使得单个TENG单元输出的峰值电流(peak current,IP)从7.36μA增加到12.12μA;二是利用发电模块中各个TENG单元间的同步运动,将它们进行简单的并联即可实现输出的大幅增加,使得单个TENG单元输出的IP从12.12μA增加到4个并联的43.86μA。SS-TENG转化成的电能可为数字计算器充电并成功点亮160盏LED灯,验证了SS-TENG的输出能力。SS-TENG结构简单、制作成本低、输出性能及工作的长期...     

圆形深基坑环撑刚度计算分析及应用

通过圆形基坑实例，推导单个环形支撑的水平刚度系数，提出了圆环支撑刚度系数的简易计算公式，利用其解析解作为支护结构单元计算刚度输入的初始数据，并通过启明星BSC计算软件及迈达斯GTS-NX三维有限元软件计算出的位移和内力及基坑开挖后实测的位移和内力对环撑水平刚度进行反推，并与解析解对比。结果表明：解析解计算出的环撑水平刚度系数较反推计算结果偏大。根据对比分析，对环撑水平刚度系数计算公式进行了修正，修正结果能基本与反推结果吻合，可为今后类似圆形深基坑的设计、施工提供参考。     

颗粒材料粘滑现象及其物理机制的试验研究

颗粒材料系统在剪切过程中存在应力突变的情况,为了探究颗粒材料在剪切过程中的宏观力学响应与其细观参数的内在联系,通过室内直剪试验,研究了颗粒材料系统在受压剪作用下的粘滑(stick-slip)行为。将玻璃微珠作为颗粒材料进行了不同正应力下的直剪试验,并引入率态摩擦模型(RSF)对试验结果进行了定量分析,通过强度阶跃试验得到了率态摩擦模型相关参数。试验结果表明:(1)不同正应力下的粘滑曲线变化趋势基本相同,并呈现周期性的规律,但粘滑导致的应力降和周期随正应力的减小而减小;(2)在施加的压力范围内,通过计算得到其刚度比κ均小于1,且κ随正应力的增大而减小,这说明该颗粒材料满足失稳判据,试验现象与理论预测相符。成果为研究地震发生机理提供了思路,据此可推测断层的粘滑失稳及地震发生是由于断层面的滑移速度瞬时改变引起的,κ值越小其峰值粘滑速率越大,同时产生的应力降和粘滑周期越大。     

考虑微拱效应的隧道洞口段管棚合理间距确定方法及参数分析EI北大核心

管棚支护是隧道工程在复杂地质环境中常用的辅助施工手段,其主要依靠管间微拱效应发挥支护作用,而微拱的形成和破坏与管棚间距密切相关。综合考虑侧向土压力及微拱截面应力的非均匀分布特征,确定了考虑侧向土压力作用的微拱合理拱轴线形状,并推导了其标准方程,结合微拱的破坏条件提出了管棚合理间距的计算方法。对所提出的方法进行工程算例分析,并与已有关于管棚间距的计算方法进行了对比,验证了该方法的合理性。在此基础上,对影响管棚间距的主要参数进行分析,研究结果表明:管棚间距与拱顶荷载呈负相关关系,与管棚直径、土体黏聚力呈线性正相关关系,与土体内摩擦角呈非线性正相关关系,且土体内摩擦角的增大对管棚间距增大的影响也随之增大。随荷载的增大,上述参数对管棚间距的影响均减弱。     

应力扰动对断层摩擦声发射活动影响的实验研究

利用中尺度岩石摩擦实验开展了应力扰动对断层摩擦滑动过程中声发射活动影响的实验研究,据此讨论同震应力变化引起的小震活动特征及其预测意义.实验结果表明方波状应力扰动对粘滑失稳前的声发射活动有明显影响,即触发了一些声发射事件,使得粘滑发生前声发射活动增强并使出现的时间提前.这种影响随平均正应力的提高和扰动振幅的增大而增强,其...     

摩擦摆支座剪力销装置剪断力试验研究

针对实际桥梁工程应用中常见的摩擦摆支座剪力销装置的剪断力进行试验研究。分析了摩擦摆支座水平承载力达到发挥其减隔震功能所需起始力时，支座摩擦力对剪力销剪断力的影响规律，研究结果表明，剪力销剪断时支座摩擦力占比较大且不可忽略。通过摩擦摆支座剪力销单体剪断试验、支座水平滞回性能试验及支座减隔震起始力试验，验证了摩擦摆支座发挥减隔震功能前的约束力主要是由支座摩擦力和剪力销剪断力组成，并分析了剪力销不同排列布置方式对其整体剪断力的影响规律。试验结果表明，进行剪力销设计时有必要考虑支座摩擦力的影响，且剪力销布置排数越少越有利于剪断。     

断层上的地震成核过程与前兆模拟研究

为了把握断层上地震的前兆规律,对连续介质中断层面上的地震成核过程进行了数值模拟研究。摩擦采用了速率及状态依赖怀本构关系,并考虑了正应力变化的影响。结果表明,在成核的后期阶段：①最大位移速率单调加速增加;②滑动热点（最大滑动速率处）在后期阶段开始自发性迁移,且在空间上③当最大滑动速率达到可以明显探测的量级时（高于加载速率一个数量级以上）,倒刘时间为２０小时或更长一些,这时的速率变化可作为临震预测标志     

基于转动摩擦铰阻尼器的干式装配梁-柱节点抗震性能试验

基于转动摩擦铰阻尼器(RFHD),提出了转动摩擦耗能干式装配梁-柱节点(DRFDBJ)。为了验证DRFDBJ结构对于实现预期力学性能的可行性和合理性，以施加在摩擦片表面的螺栓预紧力(P_c)为变量，开展了2个工况下的DRFDBJ试件低周往复拟静力试验研究。结果表明：DRFDBJ结构的力学性能主要由RFHD提供并控制，试验中节点呈现了稳定的承载力和理想的变形、耗能能力，并实现了预期的损伤集中；2个不同P_c水准下节点承载力的试验值与理论值误差不超过5%,通过调整P_c可实现节点承载力的调控，为DRFDBJ结构承载力的可调控提供了支撑。