1999年度中俄合作岩石破裂实验研究

１９９９年１１月～１２月,俄罗斯科学院圣彼得堡Ｉｏｆｆｅ技术物理研究所Ｖ．Ｓ．Ｋｕｋ－ｓｅｎｋｏ教授等专家应邀来华,与中国地震局地球物理研究所和中国科学院地球物理研究所合作,在震源物理实验室开展分米级尺度岩石破裂实验研究。实验中采用了ＳＤＡＥ－８型系统,进行声发射地定位和实时显示。实验采用了多种典型构造模拟和加－卸载方式,取得了丰富的成果。该实验开辟了国际间实质性合作的新途径。     

Characteristics in naturally and experimentally shocked chondrites: A clue to P-T conditions of impacted asteroids

The aim of this study is to compare the experimentally shock-induced features with those in naturally shocked chondrites and to test the feasibility of experimentally calibrating naturally induced features in shocked H- and L-chondrites. Samples of the Jilin chondrite (H5) were experimentally shock-loaded at the following peak pressures: 12, 27, 39, 53, 78, 83, 93 and 133 GPa respectively. Chondritic melts were first obtained at P>78 GPa and more than 60% melting was achieved at P~133 GPa. No high-pressure phases were observed in any of the shocked samples, neither in the deformed nor in the molten regions. Textural relations and mineral assemblages of the shocked samples are comparable to those encountered in the heavily shocked H-chondrite Yanzhuang but differ considerably from those found in heavily shocked L6 chondrites. Shock melt veins in L6 chondrites contain high-pressure polymorphs of olivine and pyroxene and high pressure liquidus phases. Scaling from shock experiments on millimeter-sized samples to natural shock features on kilometer-sized asteroids poses considerable problems in quantifying the P-T conditions during natural shock events on asteroids.     

高压密封舱与磁场传感器的综合频响变异及其实验验证

大地电磁测深在陆地上的方法技术成熟, 但将其移植到海洋中却遇到了较多的技术问题.其中之一是如何将磁场传感器运抵海底实施测量.为抵御海水的侵蚀和抗衡海下的环境压力, 需要研发装载磁场传感器的密封舱.该舱体需满足测磁的技术要求, 即制造材料的非磁性, 且兼顾海洋作业设备轻便的特点.LC4超硬铝合金在可选的材料中性价比居高, 然而用它制成的高压密封舱并非十分完美.因它的弱磁性, 使得磁场传感器装入舱体后, 整体频率响应发生了部分变异.这种变异虽不影响磁场传感器的使用, 但要对其规律特征予以测定, 方能剔除由此产生的对磁场测量的不良影响.在所构思的实验装置中, 通过人为产生扫频磁场, 对密封和非密封条件下的磁场传感器进行激励.在响应输出端, 测取幅频特性和相频特性, 获得归一化的对比资料和频响异常曲线, 从而对密封前后磁场传感器的性能变化有较清楚的认识.实验结果揭示, 由高压密封舱引起的频响变异发生在中高频区段.实验数据可作为标定资料, 对海底大地电磁探测的实测信号进行校正后, 即可还原出真实的海底场源信息.      

基于正交试验和复合单元法的排水孔优化设计

排水孔是常用的工程渗控措施,其排水降压效果将直接影响工程的安全与稳定,因此,正确模拟排水孔进而优化设计尤为重要。由于影响排水效果的因素众多,优化设计需要针对多种排水孔方案进行渗流分析,计算量较大,采用正交设计法确定排水孔方案可以大大减少渗流分析次数;传统的数值模拟方法在排水孔方案改变时需要重新绘制计算网格,前处理难以实现,采用复合单元法,无需绘制排水孔网格,因而不同排水方案的渗流分析可共用一套网格,降低了前处理的工作量和难度。基于正交试验和复合单元法的排水孔优化设计的具体步骤为：确定试验指标、因素和水平;选择合适的正交表,确定渗流计算方案;对各方案依次采用复合单元法进行渗流分析;根据渗流计算结果进行极差分析和方案优选。该方法能够迅速有效地确定出“最优”的排水孔方案,具有一定的工程实用价值,实例分析表明了该方法的可行性和优越性。     

顶部既有隐伏溶洞对圆形隧道稳定性影响的数值分析

隧道穿越岩溶区施工中,既有隐伏溶洞因其具有的隐蔽洞使得在工程上不能事先采取安全措施,易遭受猝不及防的破坏,给隧道施工和运行造成了很大的安全隐患,危害性较大。针对隧道穿越岩溶区大部分常见中、小尺度既有隐伏溶洞引起的岩溶隧道稳定性问题,采用数值试验方法,系统分析了隧道顶部不同尺度和距隧道不同距离的既有隐伏溶洞对圆形隧道围岩应力、位移和支护结构内力的影响,分析了隧道顶部既有隐伏溶洞引起的隧道围岩塑性区的变化特征。在数值试验基础上,对顶部隐伏溶洞引起的隧道位移变化规律内在机制进行分析。研究表明,一定范围内的大尺度既有顶部隐伏溶洞将引起隧道位移的增加和隧道围岩拉应力的增加。研究结果可为岩溶区隧道建设提供必要的技术支持,对岩溶区隧道设计与施工的科学化、定量化具有直接的推动意义。     

溶解气运移特征砂槽模型实验研究

借助于砂槽承压含水层模型 ,以氩溶解气为研究对象 ,模拟气体聚集或稀释的异常源产生后 ,其在含水层中的运移过程。实验包括三组 ,分别模拟在不同的气源气体流量、水头压力和承压荷载条件下氩溶解气的运移过程。在实验的基础上 ,分析研究氩溶解气的运移特征 (主要包括运移模式、运移速率和溶解气峰值含量 )与气源气体流量、水位和承压荷载压力的关系。结果表明氩溶解气在低流量的范围内呈现出与离子类似的弥散特征 ,与离子不同的是氩溶解气的运移明显地受到气源气体流量的影响。     

高原冻土隧道支护技术及工艺试验研究

昆仑山隧道是青藏铁路550 km连续多年冻土区最长的高原冻土隧道。在高寒缺氧、低气压地区修建铁路隧道所遇到的是全新的技术难题。室内和现场试验及施工结果表明：在多年冻土隧道施工中采用湿喷混凝土支护,使混凝土与冻土围岩黏结牢固,并能保证支护混凝土的质量,证明湿喷混凝土支护在高原多年冻土区隧道施工中是可行的。     

流体混合作用导致金沉淀机理的实验研究

为了研究流体混合作用导致金沉淀的两种主要机理, 通过简化实验体系、分离影响因素, 分别设计了降温、盐度变化导致金沉淀的模拟实验.研究表明:(1)随温度降低溶液的金溶解度也随之降低, 二者之间呈现一种复杂的函数关系; 在300 ℃左右的温度段, 是金沉淀的一个很有地质意义的温度区间;(2)含金流体盐度的降低, 引起流体中金的配位基浓度降低, 导致金沉淀;(3)岩石中发生碱交代有利于金定位富集      

青藏高原地面感热对北半球大气环流和中国气候异常的影响

在青藏高原地面感热通量的基本气候特征以及异常变化的空间结构和时间演变趋势研究的基础上,进一步就高原地面感热异常对北半球大气环流和中国气候异常的影响进行诊断研究,并利用IAP2-LAGCM对青藏高原地面感热异常的影响进行了数值试验.结果表明:冬季地面感热在青藏高原西部、藏南谷地、横断山地区异常偏强,中、东部异常偏弱时,可使北半球500 hPa高度场表现出较明显的EU型和PNA型;高原西部、青海中北部异常偏弱,高原中部及东南部异常偏强时,使北半球100 hPa高度场的年际差异加强;西部、南部为正,柴达木及青海东部地区为负时,则新疆南部、西北东部及江南地区少雨,全国大部地区气温偏高.夏季高原地面感热通量距平特征为西南、藏南谷地、横断山区偏强,高原大部(中心在青海南部)异常偏弱时,则500"a高度场上青藏高原南部(孟加拉湾)高度偏高,高原北部高度偏低,负值区在帕米尔;当感热通量距平特征为高原西南、藏南谷地、横断山区偏弱,高原大部异常偏强时,有利于南亚高压的建立与维持;当地面感热通量呈南正北负距平差异时,长江上游、黄河源头及西北地区东部和东北部分地区降水量比常年偏多,气温偏低,中国东部、南部降水偏少,气温偏高.通过数值模式进行的敏感性试验证实了大气环流及区域气候变化对青藏高原地面感热总体异常的响应.       

泥岩蠕变行为的实验研究及其描述

利用自行研制的岩石三轴蠕变仪,对泥岩进行了系统的三轴蠕变试验。试验中考虑了轴压σ1和围压σ3对蠕变的影响。结果表明,当围压σ3一定时,轴向应力σ1增加,蠕变加快,在稳态蠕变阶段的应变率增大,试件的寿命缩短。而当应力差?σ=σ1–σ3保持不变时,围压σ3增加,蠕变减慢,稳态蠕变阶段的应变率也减小,试件的寿命增加。利用非经典粘塑性损伤本构模型对试验现象进行了分析,得到了较为满意的结果。