变质作用p-T-t轨迹的研究方法与进展

变质作用p T t轨迹理论的提出完全改变了人们对变质作用过程的认识。地壳加厚区(造山带)内区域变质作用发生于地壳从热扰动到热松弛的动态演化过程中,岩石的p T t轨迹是地壳加厚的方式及机制、热松弛速率和岩石折返速率的综合函数。一维热模拟假设引起热扰动的构造作用在瞬间完成,岩石在折返过程中开始变质作用演化。二维热模拟结果表明在地壳加厚过程中(岩石埋藏阶段)伴随明显热效应,岩石在折返过程中有少量加热,达到温度峰值。反演变质作用的p T t轨迹包括3种方法：传统地质温压计方法,吉布斯/微分热力学方法和变质相图方法。无论哪种方法,都必须以详细岩相学研究为基础,在岩石中划分出两期以上矿物组合。传统地质温压计方法被广泛使用,但在确定不同期次矿物组合的平衡和p T条件上有若干不确定性。吉布斯/微分热力学方法理论上非常完善,依据矿物(石榴石)的生长环带计算岩石的p T t轨迹,但是由于难以确定矿物生长阶段的矿物组合变化,以及缺少复杂固溶体的活度模型等,致使该方法实用性较差。目前反演岩石p T t轨迹的最好方法是变质相图方法,该方法依据p T视剖面图上矿物等值线温压计,模拟由矿物的世代关系和生长环带所记录的p T条件变化,并可以定量模拟变质过程中的矿物组合演化、变质反应和流体行为。对不同中压型变质带和超高压型地体中岩石p T t轨迹的反演模拟表明,岩石在构造埋藏阶段应伴随明显热效应,发生一系列递增变质作用,几乎同时达到压力与温度峰值,岩石折返过程以等温降压型(ITD)为主。这与一维热模拟结果很不相同,而与二维热模拟结果大体相似,但一般折返速率更快。     

差应变法地应力测量——以汶川地震断裂带科学钻探WFSD-1钻孔为例

岩心差应变分析法是汶川地震断层科学钻探(WFSD)项目地应力测量的主要手段之一, 该技术通过高压容器对取之于钻孔不同深度的实验样品施加围压, 观察先前由于失去地层应力而膨胀产生的裂纹重新闭合, 并通过裂纹闭合过程差应变曲线分析, 确定主应力大小和方向。WFSD-1孔12个岩心样品的DSA测试结果表明:断层上下盘的应力状态有明显差异, 区域地应力不仅随深度增加, 还与地质结构和岩石的物理性质等因素有关。      

循环荷载下加固土体孔压的模糊正交试验分析

针对地铁循环荷载下加固软粘土的孔隙水压力发展规律,对上海地铁4号线宝山-海伦引导段隧道周围的加固软黏土进行室内GDS循环三轴试验。结合重复正交设计法安排试验,借助模糊数学的理论与方法处理试验数据,充分考虑了振动频率（0.5、1.5、2.5 Hz）、动应力幅值（20、30、40 kPa）、固结比（1、1.4、2）以及超固结比（1、1.5、2）对土体孔隙水压力的影响。研究结果表明:振动频率、动应力幅值、固结比及超固结比对加固软黏土孔隙水压力的影响率分别为0.722、15.821、0.944及6.628;这说明影响加固软粘土孔隙水压力变化的主要因素是动应力幅值及超固结比,而固结比和振动频率的影响不显著。     

杭州湾浅层粉土动力特性研究

选用杭州湾广泛分布的浅层粉土为研究对象,进行了一系列动三轴加载试验,研究了结构性、加载频率及动应力对杭州湾海底浅层粉土动应变、临界循环应力比和动强度的影响。试验结果表明,同一加载条件下,重塑样比原状样在更小振次内达到破坏,原状样动强度大于重塑样;结构性是影响土样动强度的重要因素,结构性对土样强度的影响随着动应力的增大而增强,随着频率的增大而减弱;加载频率的变化也对试样动力特性有较大影响,随着频率的增大,试样达到破坏所需振次加大,试样临界循环应力比也随之增大。     

交通荷载作用下公路路基工作区深度研究

根据路面不平整实测资料,获得了汽车动荷载的计算模型和参数,并利用此荷载模式来分析公路结构的动力响应。考虑到公路结构的三维分层性状,利用Fourier变换技术和求解层状结构的精确刚度矩阵法,研究了公路结构在移动汽车荷载作用下的动力响应问题。为了方便工程应用,利用Odemark厚度和模量的当量转换公式,将公路结构简化为由路面、路基及地基组成的3层体系,并以此为基础分析了路基动应力的衰减规律,同时重点研究了汽车轴载大小、当量路面厚度及路基模量对路基工作区深度的影响,最后建议了路基工作区深度的定量表达式,研究结果可为公路路基设计提供参考。     

概率性分析在黄土场地动力沉降评价中的应用

天然黄土动残余应变研究主要依赖室内动三轴试验,如何将有限室内试验数据合理地应用于场地动力沉降的定量评价,是岩土地震工程领域中研究涉足尚少的重要科学问题。应用概率统计与蒙特卡洛模拟等非确定性分析方法,借助综合考虑固结应力、结构强度、空间体积特性和地震动荷载等动残余应变关键影响参量的估算模型,提出有效弱化土体物性参量不确定性（离散性与随机性）的场地动力沉降概率性评价的思路与方法。应用结果显示,利用该方法得出的场地动力沉降的概率分布特征,能够反映天然黄土动残余应变的基本认知特点,对明晰地震作用下天然黄土场地精细动力沉降特性以及据此采用适当合理的地基处理方法,具有理论意义与实用价值。     

力幅突变激扰作用的岩石边坡动力敏感性研究

动载荷作用引起岩石边坡失稳破坏,尤其力幅突变激扰作用对边坡稳定影响很大。对动、静载荷作用下岩石力学性质进行了分析,建立了岩石边坡非线性运动方程,分析了岩石边坡动力变形模型及非线性动力响应,得出当扰动频率增加到一定程度,滑体振幅突然增加,产生向上突跳并随力幅的增加继续增加;反之,当力幅较大并逐渐减小时,滑体振幅也随之减小,当扰动的振幅减小至一定程度,滑体振幅突然降低,产生向下突跳减小。对初始条件和力幅突变激扰对岩石力学非线性振动系统的影响进行了分析,得到初始条件的微小变化可引起系统响应的巨大差异,当振幅A极小时,线性系统的振荡很弱,它对非线性系统的作用也很弱,整个系统的运动便可看作两运动的独立叠加。当振幅A再加大到使其幅值超过非线性系统三奇点之间的间隔时,系统可以在这些奇点之间来回跃迁振荡,从而运动复杂化,随振幅A的增加,系统从倍周期运动向混运动变化,研究结果可为岩石边坡的动力稳定提供指导。     

桩承式路堤土拱效应发挥过程研究

通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究,重点分析了不同桩顶盖板尺寸、不同加筋方式下应力折减系数与差异沉降之间的关系。结果表明,土拱效应随变形的增加而发挥;加筋材料的设置减小了差异沉降,削弱了填土中的土拱效应,荷载向桩顶的传递是土拱效应和拉膜效应共同作用的结果。采用有限元法对桩间距、填土高度等未能在模型试验中考虑的关键因素进行了参数敏感性分析,总结了土拱效应发挥过程的相关规律。根据有限元计算结果、试验数据和文献中收集到的实测资料,提出用土拱效应发挥系数和归一化位移来描述土拱效应的发挥过程,建议二者之间采用双曲线方程模拟,从而在设计中体现土拱效应随位移的发展,并满足路堤填土、加筋材料和地基之间的变形协调要求。     

浅埋隧道塌方地质灾害成因及风险控制

塌方是浅埋隧道施工过程中的主要地质灾害之一,利用风险动态评估模型及风险规避方法进行实时控制是确保隧道施工安全的有效途径。首先,采用洞内外相结合的地质调查方法,分析隧址区地质特征及塌方灾害风险诱因,并建立浅埋隧道塌方风险模糊层次评价模型,进行基于孕险环境的静态风险评估;其次,根据隧道施工过程中揭露的动态信息,对孕险环境进行动态修正,并汲取大气降水、开挖支护措施及监控量测等施工信息,进行隧道施工过程中的动态风险评估;最后,基于动态评估结果提出了风险规避方法,通过对施工方案的审核和优化,达到逐渐降低隧道施工风险、规避地质灾害的目的。该方法成功应用于宜巴高速公路段家屋隧道施工过程中,有效地规避了塌方地质灾害的发生,可为同类工程所借鉴。     

干湿循环条件下煤矿砂岩分离式霍普金森压杆试验研究

由于降雨、季节引起地下水位升降等原因,地壳中岩体常处于干湿循环状态。为研究干湿循环对岩石动态力学性能的影响,以安徽恒源煤矿北风井-259 m处砂岩为研究对象,采用?50 mm变截面分离式霍普金森压杆试验装置,对长径比为0.5的煤矿砂岩试件经干湿循环作用后实施单轴冲击压缩试验,获得了砂岩动态单轴压缩应力-应变曲线。研究发现,由于自由水的Stefan效应,干湿循环1次对砂岩具有增强作用,单轴动态抗压强度最高;其后,随着干湿循环次数的增加,砂岩受水侵蚀物理弱化作用,砂岩动态单轴抗压强度呈乘幂关系降低,砂岩试件的冲击破碎块度逐渐变小。试验结果表明,干湿循环12次时砂岩动态抗压强度比干湿循环1次降低约24%,表现出较强的劣化效应。