关于发展洋板块地质学的思考

为揭示造山带物质组成和结构构造,发展洋板块地质学,阐明大陆形成演化过程和动力来源,应用板块构造理论和地质学方法,对造山带俯冲增生杂岩带、蛇绿岩带等大洋岩石圈板块地质建造、结构构造进行系统研究,寻找俯冲带岛弧前弧火成岩组合;研究洋板块初始俯冲过程中,从前弧玄武岩到玻安岩、高镁安山岩,再到弧拉斑玄武岩和钙碱性熔岩的岩浆作用分阶段递进演变历史,以揭示洋盆向大陆转化的原始弧性质和前弧火成岩组合及洋陆转换过程,为建立和发展洋板块地质学奠定科学基础.     

冻融作用下岩石力-热-水耦合本构模型研究

在寒区隧道工程中,冻胀的水分迁移作用加剧了隧道围岩的冻融破坏。耦合水分迁移作用的岩石本构模型对防治冻融渗漏、崩塌等隧道围岩灾害有着重要意义。基于内状态变量理论,将冻胀过程中的水分迁移量作为本征变量引入Helmholtz自由能,在热力学框架下建立了一个岩石力-热-水耦合本构模型。模型描述了温度和水分迁移对冻融后岩石损伤阈值、等向强化饱和值、等向强化速率等力学参数的影响。模拟了岩石冻融后力学性质的劣化。区别于全量经验公式,本模型以增量形式给出,为复杂应力历史条件下的数值模拟提供了便利。通过将模型模拟曲线与冻融后岩石常规三轴压缩试验曲线进行对比,初步验证模型的可靠性,为实际寒区工程的冻胀破坏预测提供参考。     

基于3D-ILC球体45º三维双内裂纹复合断裂研究

断裂力学是各领域基础科学,材料内裂纹相互作用是断裂力学的重要研究领域,但目前球体内裂纹相互作用研究成果较少。基于三维激光疲劳内裂纹（3D-ILC）技术,在对球体试样表面无任何损伤的情况下,制作三维平行纯内裂纹,开展45o倾角平行双内裂纹单轴压缩试验,对双内裂纹的裂纹扩展过程、应力双折射规律、断口特征、破坏形态、相互作用等多方面开展研究,进行含双内裂纹I-II-III型圆球断裂数值模拟,分析KⅠ、KⅡ、KⅢ分布规律,与试验相符。结果表明：（1）球体双内裂纹在单轴压缩下之间发生屏蔽作用,主裂纹面穿过两预制内裂纹;（2）翼型裂纹光滑区呈现I-II型裂纹断口特征,翼型裂纹侧面撕裂区呈现“矛状”III型裂纹特征;（3）基于M积分计算的KI、KII、KIII分析与基于断裂特征的I、II、III型裂纹类型分析一致。3D-ILC技术可用于球体内裂纹相互作用断裂试验研究,球体内裂纹试验与理论分析为脆性材料内裂纹扩展及相互作用研究提供试验与理论参考。     

钻井船插桩CEL数值模拟中的若干问题分析

依据模拟钻井船在不同场地条件下贯入阻力的离心模型试验结果及具体工程实例,对利用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元方法模拟钻井船在黏土、砂土、黏土下覆砂土、砂土下覆黏土及成层土场地插桩过程时,影响贯入阻力计算结果的几个因素进行了研究。结果表明,对于不同土层场地条件,有限元模型中欧拉区域范围对贯入阻力几乎没有影响。为确保CEL数值结果的精度,有限元建模时靠近桩靴部分设置为细网格区域,以外区域设置为粗网格区域;对于不同土层场地条件,减小细网格尺寸及增大细网格范围可以减小贯入阻力的振荡情况;经比较总结,细网格尺寸建议取0.05倍桩靴直径,细网格范围建议取2倍桩靴直径。采用位移控制模拟钻井船插桩时,桩靴贯入速率对黏土场地的贯入阻力影响较小,对砂土下覆黏土场地的贯入阻力影响很大,对一般成层土场地的贯入阻力有一定影响。经比较总结,建议在研究钻井船在不同土层场地的计算贯入阻力时,有限元模型的桩靴贯入速率取0.2 m/s。     

自升式钻井平台定位系统的设计与应用

基于卫星实时载波相位差分技术、坐标转换理论及软硬件的结合,设计了一种辅助自升式钻井平台导航和海底插桩的定位系统。经试验和工程案例验证,在近海区域,该系统可有效保障插桩作业的精度和时效,避免因延误工期而引发安全问题,有一定的实用价值。     

单波束测深数据的插值精度分析

基于误差传播定律,对稀疏的离散水深点内插值进行了精度分析,建立了单波束水深内插值中误差表达的数学模型,利用我国南方某海岸带的3个试验区的进行了试验。试验结果表明,反距离加权法、Shepard法和线性插值三角网法,辅以自适应搜索半径法,内插水深值粗差比例普遍低于5%,质量与效率上为较优的插值模型;内插值精度与数据源精度有关,但与数据源密度关系不大;在给定深度测量极限误差情况下,建议在制定有关数字水深模型标准时,对水深在20 m以内的格网点水深值极限误差可设置为0.4 m。     

内蒙古梅劳特乌拉蛇绿岩中埃达克岩的发现及其演化模式

本文报道在内蒙古西乌旗梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩中新发现的早二叠世洋内弧呼和德埃达克岩。该埃达克岩位于贺根山缝合带内,侵位于晚石炭世梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩带之中,岩性为细粒-中粒花岗闪长岩。锆石LA-ICP-MS U-Pb测年表明,呼和德埃达克岩的侵位年龄为294.7±1.7Ma,其形成时代为早二叠世。呼和德埃达克岩属于低钾拉斑系列与中钾钙碱性系列的过渡型岩石,SiO_2为64.93%~69.50%,MgO为0.80%~1.48%,Al_2O_3为15.72%~19.11%,Na2O/K2O为3.01~8.60;Sr为368×10~(-6)~700.40×10~(-6),Yb为0.95×10~(-6)~1.76×10~(-6),Y为5.26×10~(-6)~9.27×10~(-6);相对富集大离子亲石元素(LILE)K、Rb和Sr等,亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Zr、Ti和P等;稀土元素总量较低(32.68×10~(-6)~66.69×10~(-6)),轻重稀土分馏明显,(La/Yb)N为3.31~5.10,无明显的Eu负异常,显示了典型埃达克岩的地球化学特征。呼和德埃达克岩与梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩,构成梅劳特洋内弧初始俯冲作用较为完整连续的蛇纹石化方辉橄榄岩、层状-块状辉长岩、枕状拉斑玄武岩、玻安岩、富Nb玄武岩和高镁或镁安山岩等岩石组合序列。岩石学和地球化学特征表明,呼和德埃达克岩形成于洋内弧环境,为洋内弧初始俯冲作用早期的深成岩。这标志着古亚洲洋贺根山缝合带洋壳初始俯冲发生于早二叠世。根据晚石炭世-早二叠世梅劳特乌拉洋内弧的主要特征和识别标志,初步建立了晚石炭世-早二叠世梅劳特乌拉洋内弧初始俯冲系统形成演化模式。     

基于数值模拟的西北地下水总量控制指标确定研究

针对目前西北内陆河流域地下水总量控制指标制定方法的不足,提出了一套完整的确定区域/流域地下水总量控制指标的技术方法,主要步骤包括:以生态保护/恢复为约束条件,转换为定量化的判据;使用数值模拟方法确定地下水可开采量;进行供需平衡分析,分阶段定量确定地下水总量控制指标。应用此方法在甘肃省石羊河流域下游的红崖山灌区进行了实例研究,评价得到研究区2020年中期规划地下水总量控制指标为10 833×104 m3,2030年远期规划的指标为10 700×104 m3,与已有的控制指标相比相对宽松,在技术方法上也具有合理性。