基于线性拟合的颗粒材料破碎状态表征

在荷载等因素作用下发生颗粒破碎是岩土材料的固有属性,选择合适的颗粒破碎状态表征指标是颗粒破碎问题研究中首先要解决的问题。基于颗粒破碎导致细颗粒含量增加,级配曲线抬升并趋向于分形的客观事实,提出了利用级配曲线的拟合直线的斜率和相关系数的变化规律描述颗粒破碎状态及其演化的新方法。在该基础上,提出了表征颗粒破碎状态的破碎分形指数及破碎分形相关性指数的概念,阐述了二者随颗粒破碎的发展规律。与试验结果对比表明,提出的状态指标与试验结果能够很好的吻合,颗粒破碎状态存在明确的对应关系,能够表征颗粒破碎难易程度及其发展趋势,为研究颗粒破碎问题提供了新思路。     

岩石结构面粗糙度系数尺寸效应的推拉试验研究

粗糙度系数是结构面抗剪强度的主要影响因素,然而由于结构面表面形态的复杂性,粗糙度系数尺寸效应研究并未获得较大进展。总结了结构面粗糙度系数的3种获取手段：标准剖面对比法、理论公式法、试验反分析法。在此基础上分析了3种方法在研究粗糙度系数尺寸效应方面存在的问题和困难。为了研究结构面粗糙度系数与试样尺寸的相关度,对中砂、硅粉、水泥、非引气型萘系减水剂等原材料的配比进行了研究,获得了与天然钙质板岩物理力学特性相类似的岩石模型材料,然后采用研发的结构面制作模具及其制备工艺制作了8组共176对具有不同尺寸和表面起伏粗糙程度的结构面,并利用改进的高精度岩石结构面推拉仪对结构面粗糙度系数进行了推拉试验研究和数据统计分析,结果表明：模型结构面粗糙度系数的统计均值随试样尺寸的增加而降低,但特定结构面粗糙度系数的尺寸效应规律需要根据结构面的具体表面形貌进行测试;Barton理论公式计算的结构面粗糙度系数尺寸效应变化规律与推拉试验测试规律总体上一致,但试验值与理论值有差异,且结构面试样尺寸越小,二者的差异就越大;具有特定表面形貌的模型结构面粗糙度系数也有差异,工程大尺寸岩体结构面粗糙度系数需要根据表面形貌和分布特征进行综合判定。     

三维地震观测系统满覆盖边界的讨论

针对采用综合平面图法设计的三维束状观测系统成果中满覆盖次数边界与绿山(MESA)软件设计结果存在差别的问题,从面元及覆盖次数的概念出发,将面元细分为纵向面元尺寸和横向面元尺寸,通过对纵向观测系统和横向观测系统具体分析,指出上述两种设计手段存在差别的原因,找出了对综合平面图法设计成果中满覆盖次数边界进行修正的方法。      

雷电

夏天经常可看到延伸至高空中的积雨云,雷电就发生在积雨云中。在积雨云中,水或冰的小颗粒会因强烈摩擦撞击而产生电荷,并分成正、负两种。由于在通常情况下空气不导电,电荷就会逐渐累积,等到超过一定限度之后,会一下子全部释放出来（放电）。正负电荷中和时产生很强的光,叫做闪电;放电现象发生时产生的热使得空气膨胀发出声音（雷鸣）,就是打雷。一般人们都是先看到闪电,后听到雷声,其实这两种现象是同时发生的。     

中国河流入海颗粒态碳通量及其变化特征

河流是连接海洋和陆地两大碳库的纽带,其碳通量是全球碳循环的重要环节。本文以《中国河流泥沙公报》的数据为基础,就中国河流入海颗粒态碳通量及其变化特征进行分析。结果表明：1965-2005年,中国河流入海颗粒态碳通量平均为29.57 TgC.yr-1,占河流入海碳通量的42%,其中有机碳占36.02%,无机碳占63.98%,长江、黄河和珠江的颗粒态碳通量占全国河流入海颗粒态碳通量的96.25%。从2003年开始,河流入海颗粒态碳通量呈逐年递减的趋势,但颗粒态有机碳通量在河流入海颗粒态碳通量中所占的比重有所提高。2009年,全国通过河流泥沙输送到海洋中的碳仅为6.59 TgC,为1965-2005年平均输碳量的22.3%。由此可见,颗粒态碳通量在河流碳通量中占有不可忽视的地位,为了准确评估中国河流及陆地生态系统的碳收支,应对颗粒态碳通量进行细致研究。     

不同尺寸的圆形隧洞剪切应变局部化过程模拟

利用FLAC模拟了两个不同直径圆形隧洞的剪切应变局部化过程。为了模拟隧洞开挖,利用编写的FISH函数删除隧洞内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。本文的模拟分为3步：首先,将静水压力施加在模型上,直至达到静力平衡状态;然后,利用编写的FISH函数,开挖隧洞;最后,计算重新开始,直至达到静力平衡状态（对于小孔隧洞）或者塑性流动状态（对于大孔隧洞）。模拟结果表明,多个“狗耳”形或V形坑在小孔隧洞周边附近产生,最终,围岩处于平衡状态。这一结果与陆家佑和王昌明（1994）的实验结果及许多现场观察结果一致。对于大孔隧洞,由于在围岩中出现了多条剪切带,因而隧洞的整个断面均遭到了破坏。这一现象与现场观察到的猛烈破坏现象类似。隧洞的剪切应变局部化受隧洞尺寸的影响。     

四川兴文二叠纪风暴稳流场颗粒运动的分形研究

颗粒是一种分形介质,其尺寸大到若干米,小到若干埃。通过颗粒系统各种密度函数的研究,可以得到微观方面—分形颗粒的粒径分布分维对系统的影响,对表征颗粒流动性具有重要意义。根据分形介质DLK反映模型的一级反映扩散方程,把布朗颗粒的运动及热力学理论推广到风暴流场,得到Γ(t)-D模型,此模型把颗粒径的分布分维和颗粒的空间坐标(或位移)、密度(或浓度)等总体微观统计特征,及经过空间某一位置的速度、粒径随时间的动态变化行为和颗粒流动的不均匀空间分布结构特征等丰富的信息为作我们研究颗粒运动提供重要的理论依据。     

地下水对基坑开挖的影响以及防治措施的研究

基于地下水的不同类别及其特性,分析了包气带水、潜水以及承压水的影响及其预防措施。分析表明,对于包气带水和潜水其影响主要是引起基坑渗流,通过打隔水桩截断之即可收到很好的效果;对于承压水其影响主要是引起基坑突涌,分析了传统降水法（明沟排水、深井排水等）的效果及其存在的弊端。在新方法的研究中,基于球形颗粒理想化最松散堆积模型,研究了弹性条件下饱和土的力学特性。研究表明,基坑的破坏主要有两种方式,弯矩破坏和剪力破坏。利用材料力学原理分别计算出其最小隔水厚度hmin^s、hmin^w,理论分析表明,只要通过增设压板改变最大弯矩的值可以使hmin^s、hmin^w降到hmin。     

于肃北山花岗岩节理表面形态特性研究

花岗岩是中国高放废物处置的候选围岩,大量存在的节理面是核素迁移的主要通道,同时节理面对岩体的力学、水力性质起着支配作用。而节理面的表面形态与这些性质密切相关,因此需要对候选花岗岩体节理面展开多样本、大尺寸的现场表面形态研究。以中国高放废物深地质处置甘肃北山预选区某采石场中的天然节理面为研究对象,运用基于几何理论的测量方法,获得了大量不同尺度、不同方位的现场节理面的表面形态特征曲线。采用Barton直边法和统计参数法处理这些特征曲线,系统分析了特征曲线的尺度效应、各向异性特征以及与不同节理类型的关系。为进一步分析裂隙岩体的力学、水力特性建立了基础。     

不同先期固结压力下的错动带力学特性研究

针对白鹤滩大型水电站揭露的错动带,探索了一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法,采用替代法对错动带进行超粒径处理,同时控制先期固结压力和稳压时间进行静载固结,并基于不同先期固结压力、不同高围压下的不固结、不排水三轴试验,结合矿物成分分析试验和扫描电镜试验,分析了不同先期固结压力下错动带的力学和变形特性。试验结果表明,不同高围压、不同固结压力下错动带应力-应变关系曲线基本表现为有剪胀行为的应变硬化型力学行为,且多为腰鼓型塑性破坏;在相同固结压力条件下,随着围压升高,错动带试样破坏应力、变形模量和泊松比均呈增大趋势,扩容效应更明显;相同围压条件下,随着先期固结压力的增大,错动带破坏应力逐步提高,弹性模量逐渐增大,而泊松比略有减小,敏感性不大;同时黏聚力和内摩擦角随固结压力的增加而分别减小和增大,呈劣化趋势。错动带微观结构的定性和定量分析进一步揭示了错动带作为一种夹杂错动后残留有岩石碎屑(块)软弱物质的颗粒类材料,在高应力下其塑性变形主要来源于颗粒破碎和颗粒的定向排列。因此,先期固结压力是影响错动带性质的重要因素。