用数值模拟方法研究北京盆地对3～10s地震动的放大效应

以北京盆地为例,针对不同的设定地震,研究了不同震源条件对盆地放大效应的影响。结果表明:尽管震源因素可对计算结果带来一些不确定性,但盆地内沉积物的厚度是控制3~10 s周期段地震动加速度反应谱的主要因素。因此,计算了盆地对3~10 s周期段地震动加速度反应谱的平均放大系数,并通过回归分析得到了平均放大系数与盆地等效沉积物厚度之间的函数关系。最后,结合北京盆地内高层建筑的分布,初步探讨了高层建筑地震致灾风险水平与盆地结构的关系。     

基于CT扫描图形的混凝土单轴压缩动力破坏过程分形研究

当前利用CT研究混凝土处于"观察研究阶段",未能对CT试验资料进行定量地描述,严重浪费了CT数资源。本文利用与CT扫描仪配套的便携式动力加载设备,进行了混凝土动力加载实时扫描试验;记录了混凝土动力加载破坏的全过程。根据所获混凝土各受力阶段的CT扫描图,借助于数字图像处理技术和差分盒维数方法,得出了混凝土试样的裂纹演化图像,并计算了试样CT扫描图的分形维数,从细观层面上对混凝土在动荷载作用下的裂纹演化规律进行了定量化研究。在动力单轴压缩荷载作用下,混凝土试样的裂纹穿越骨料追随能量释放最快路径发展;混凝土试样的CT扫描图像有很好的分形特征;以分形维数建立的损伤变量能较好地反映出混凝土试样损伤裂纹的演化规律;分形维数可作为研究混凝土裂纹演化的定量参数。     

冻融循环条件下岩石弹性模量变化规律研究

岩体冻融损伤机制为温度降低使岩体中的水发生相变、体积膨胀、产生冻胀力的作用,岩体中的微裂隙在冻胀力的作用下扩展延伸,温度升高时,融化的水进入新的裂隙,冻结成冰再次产生冻胀作用,反复循环使裂隙网络扩展,最终造成岩体的损伤。基于此,从弹塑性力学、断裂力学的角度出发,研究了在冻胀力的作用下单裂隙扩展特性,推导了冻胀力与裂纹扩展长度之间的关系,利用Mori-Tanaka方法建立了岩体宏观损伤量与冻胀力及冻融次数之间的关系式,讨论了岩体弹性模量与冻融次数、冻胀应力以及渗透系数的变化规律,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,岩体在冻融循环条件下的弹性模量随冻融次数的增加呈非线性减小;冻胀应力越大,岩体弹性模量衰减越快;岩体的渗透系数越大,弹性模量衰减越慢。     

岩石非理想裂纹圆盘试件动态断裂韧性测试的有限元分析及试验研究

采用中心裂纹圆盘-霍普金森压杆(CCCD-SHPB)试验系统对大理岩中心裂纹圆盘试件进行不同加载速率下的纯Ⅰ型加载试验,研究岩石材料动态断裂韧性的加载速率相关性。考虑到试验中所使用的圆盘试件是带有中心切口的非理想裂纹,结合试件的实际加工情况,提出采用切口尖端形状为小圆弧形的预制裂纹,介绍了试件的制作方法,并利用有限元计算论证了采用这种形状非理想裂纹试件的试验可行性。结果表明,采用圆弧形裂尖、裂纹宽度为1 mm的中心切口非理想裂纹圆盘试件来代替理想裂纹圆盘试件是可行的,误差不超过2.13%。分析试验数据得出：非理想裂纹圆盘试件在纯Ⅰ型加载条件下,其断裂韧度表现出明显的速率相关性,且随着加载速率的增大而增大。     

含裂隙岩体单轴压缩裂纹扩展机制离散元分析

将由室内试验总结得到的岩石微观胶结模型嵌入离散元软件,对Lac du Bonnet花岗岩石进行预制单裂隙单轴压缩试验DEM数值模拟,分析了压缩过程中裂隙试样中应力的分布,并与理论计算结果进行对比分析,同时对各种断裂判据中裂纹起裂角的预测值进行了适用性的对比分析。结果表明,离散元模拟试样破坏形态与试验结果相近;离散元分析得到的应力分布与理论解在定性上相似;当预制角度较小时,侧向应力都处于拉压状态;由于裂隙左右两端压应变的集中造成了裂隙上下面拉应变的产生,造成了裂隙周围特殊的应力分布;当裂隙角度较大时,应力集中现象已不明显,因而,理论值与试验值有偏差;在断裂判据中最大周应力准则和最大能量释放率准则得到的裂纹扩展角与室内试验与DEM结果中的数值较为吻合。     

对内蒙古阿拉善西部地下水流向问题的新认识

内蒙古阿拉善西部的水文地质研究程度很低,关于地下水的来源和流向仍然存在各种不同的认识,需要在沙漠腹地补充钻探资料加以验证。本研究在前人调查成果的基础上,选择巴丹吉林沙漠及其周边的4个控制点进行了水文地质钻探,获得关键性的含水层分布和地下水位数据,对地下水流向问题提出了新的认识。分析结果表明,阿拉善西部广泛发育厚度50 m以上的第四系孔隙含水层,与新近系和白垩系砂岩含水层一起构成主要的地下水渗透介质,使区域地下水流具有连续性。地下水总体自东向西、自南向北流动,水力梯度介于0.8‰与7.9‰之间。在区域尺度上,断裂带对浅层地下水的作用并不显著。     

都江堰市五里坡特大滑坡灾害特征与致灾成因

2013年7月10日四川省都江堰市中兴镇三溪村五里坡因持续大暴雨引发高位滑坡,滑坡呈现高差大、滑速快、滑距长、方量大、伤亡多等特点。野外观察发现,滑坡整体形态为倒“J”状,根据滑坡的滑动和堆积特征,可分为上部滑源区、中部滑流区和下部堆积区。滑坡区上部出露白垩系灌口组红色粉砂岩与泥岩互层,下部为块状砾岩,岩体结构为顺向坡。分析认为:地形陡峭、岩体破碎、地震作用等脆弱的地质环境和人类工程活动、持续强降雨等因素共同引发了本次特大型地质灾害,滑坡发生前48 h的544 mm累计降雨是滑坡发生的直接原因。在致灾模式上,主要呈现地震拉裂→基岩崩滑→加载失稳→滑流推碾→堆积停流的模式。     

单环入渗试验与数值反演法结合推求土壤水力参数

单环入渗试验广泛应用于野外测定土壤水力参数。文章在三维非饱和带水分模拟程序VSF基础上,加入了单环入渗水流计算模块,并将改进的VSF与参数优化程序LEVMAR相耦合,构建了适用于单环入渗试验的土壤水力特征参数反演程序VSF-LEVMAR。利用大型室内土槽单环定水头入渗及变水头入渗试验资料,反求水平及垂向饱和入渗系数等土壤水力参数。应用结果表明:该方法既可以利用单环定水头入渗试验单独推求吸湿过程中的土壤水力参数,也可以结合单环定水头入渗与变水头入渗试验同时推求吸湿及脱湿过程中的土壤水力参数。     

Development of dynamic slip model for a shear crack

<正>The objective of this paper is to develop a dynamic slip model for a shear crack under constant stress drop.This crack problem is formulated by a traction boundary integral equation(BIE) in the frequency domain and then solved by the hyper-singular boundary element method as well as the regularization technique proposed in this paper.Based on the spectral integral form of the kernel function,the unbounded term can be isolated and extracted from the hyper-singular kernel function by using the method of subtracted and added back in wave number domain.Finally,based on the inverse transformation from the frequency domain to the time domain,the time histories of crack opening displacement under constant stress drop can be determined.Three rupture models(simultaneous rupture model,symmetric bilaterally-propagating model and unilaterally propagating model) with specified time histories of stress drop are considered in this paper.Even though these three models will cause the same final slip shapes because of the same constant stress drop,the associated slip time functions differ significantly from each other during the rupture process.     

添加絮凝药剂的尾矿砂浆充填材料的单轴抗压强度试验研究

尾矿充填主要包括3种类型：尾矿砂浆充填、尾矿糊状充填（paste fill）和废矿石充填（rock fill）,其中前面两种充填属于水力充填,第3种属于干式充填。3种充填方法在加拿大的矿山都有应用。压缩强度和渗透性是水力充填材料的关键力学特性,直接影响井下充填的效果。一方面,为了使充填材料具有一定的强度,必须在尾矿砂浆（slurry backfill）材料中添加水泥,其用量非常大,水泥在充填成本中占有很大的比例。另一方面,尾矿砂浆水力充填是利用水力旋流器来分级固体颗粒,颗粒较细的部分将通过溢流派到废矿池中,颗粒较粗的部分回收利用作为井下充填的材料使用,有时充填的尾矿数量不够,需要另外购置砂子混合作为充填材料。如何减少水泥的使用量和从水力旋流器底流增加尾矿砂的细颗粒的固体部分产量,以达到节约充填成本的目的,一直是矿山企业所面临的重要课题。为此,专门研究絮凝药剂对尾矿砂浆充填材料的单轴抗压强度的影响。研究结果表明,絮凝药剂能够大幅度地提高尾矿砂浆充填材料的强度,而且絮凝药剂使用量有一个最优值,使强度达到最大。当过量使用絮凝药剂,尾矿砂浆充填材料的强度则有所降低。