大变形锚杆-围岩耦合模型及其计算方法

在矿山、水利、交通等工程领域中大变形锚杆已经获得了广泛的认可和应用,而相应理论水平落后于工程实践的现状则限制了大变形锚杆支护技术的进一步发展。针对大变形锚杆的力学及变形特性,提出了一种锚杆-围岩耦合作用结构模型,并基于塑性增量理论,从锚杆-围岩相互作用的角度,提出了大变形锚杆加固岩体的求解方法,推导了加锚岩体的平衡方程、位移协调方程和锚杆响应方程。在Visual Basic开发环境中编制有限差分计算程序,利用龙格库塔法求得了大变形锚杆-围岩耦合模型的半解析解,并通过数值模拟验证了理论模型的有效性。基于上述理论模型和计算方法,不仅可以计算得到大变形锚杆轴力和剪应力分布情况,定量分析其支护效应,还可以系统地求得加锚岩体的地层响应曲线及锚杆自身的响应曲线,对于地下工程中大变形锚杆的支护设计有基础性指导意义。     

A unified approach for long-term behavior and seismic response of AAR-affected concrete dams

Concrete dams suffering from alkali-aggregate reaction (AAR) exhibit swelling and deterioration of concrete or even cracking over a long period. The deterioration of concrete may significantly affect the dynamic behavior of the structures, and it is necessary to estimate seismic safety of the deteriorated dams subjected to strong earthquakes. A unified approach is presented in this paper for long-term behavior and seismic response analysis of AAR-affected concrete dams by combining AAR kinetics, effects of creep and plastic-damage model in the finite element method. The proposed method is applied to a gravity dam and an arch dam. The long-term behavior of the AAR-affected dams is first predicted in terms of anisotropic swelling, spatially non-uniform deterioration of concrete, and cracking initiation and propagation with the development of AAR. The seismic response of the deteriorated dams is subsequently analyzed based on the state of the structures at the end of the long-term analysis. The AAR-induced expansion displacements obtained from the proposed method are in good agreement with the measured ones in the long-term operation. The simulated cracking patterns in the dams caused by the continuing AAR are also similar to the field observation. The results from the seismic analysis show that AAR-induced deterioration of concrete and cracking may lead to more severe damage cracking in the dams during earthquake. The dynamic displacements are also increased compared with the dams that are not suffering from AAR. The seismic safety of the AAR-affected concrete dams is significantly reduced because of the AAR-induced deterioration of concrete and cracking.     

成岩作用中的地下水碳酸体系与方解石溶解度

方解石在沉积岩成岩环境中的溶解度与地下水化学特征、温度等有着极为密切的关系。地下水碳酸体系中各碳酸组分的比例是溶液pH值的函数,可溶性CO2、HCO3-和CO32-分别在pH≤pK1的酸性介质、pK1≤pH≤pK2的弱酸至中性介质和pH≥pK2的碱性介质中具有绝对数量。而地下水体系中碳酸总量及各组分的变化受到pH值、气相CO2分压PCO2及固相方解石的溶解-沉淀效应的控制。通过限定溶液中离子的电价平衡和质量守恒约束条件可以确定各种温压环境中的地下水组成及方解石的溶解度特征。溶液pH值和温度是方解石溶解度的最直接的控制因素,且方解石的溶解随pH值不同分别在强酸、弱酸和碱性介质中表现出不同的反应方式。基于质量守恒条件,溶液中初始[ΣCO2]-[Ca2+]值对中性至碱性介质中的方解石溶解度带来很大的影响,当[ΣCO2]0<[ca2+]0有利于方解石的溶解,当[σco2]0>[Ca2+]0时有利于方解石的沉淀。如果CO2—H2O—CaCO3体系同时受到电价平衡和质量守恒条件的约束,则方解石只在酸性介质中溶解,碱性介质中沉淀。新疆塔里木盆地库车坳陷克拉2气田及相关储层中方解石分布特征表明,该区碎屑岩储层中方解石的大量沉淀发生于重碳酸钠型地下水环境中,而孔隙度极好、次生孔隙发育的储集段则出现于氯化型的地下水环境,从而验证了成岩作用中地下水类型对方解石溶解—沉淀的控制机制。      

Lost City低温热液场--一种新的海底热液活动类型

综述了新近发现的海底热液活动的新类型——Lost C ity低温热液场。该低温热液场坐落于距洋中脊15 km远的轴外洋底上,下伏的橄榄石经蛇纹石化反应所产生的热能是驱动该热液场的热源。低温热液场烟囱结构的矿物组分主要为方解石、文石和水镁石,热液流的温度为40~75℃,并以高pH值以及高氢、高甲烷含量为特征。Lost C ity低温热液场,为研究者们了解早期地球热液过程与它们所支撑的生命系统关系,探讨蛇纹石化、碳酸盐沉淀、微生物活动之间关系提供了天然实验室。     

大别山北部石榴二辉麻粒岩变质结构和水活度及其演化特征

通过对大别山北部石榴二辉麻粒岩岩相学、矿物地质温压计和热力学计算, 获得4个主要的变质演化阶段的矿物共生组合、温压条件和相应的水活度条件: (1) 榴辉岩相阶段(M₁), 以Cpx (含Jd) +Q +Ru +Gt组合为代表的残留矿物, 并呈包体的形式产于石榴石中, t=612~750℃; (2)麻粒岩相阶段(M₂), 以Opx+Cpx +Gt+Q +Ti+Mt矿物组合为特征, 其相应的t =837~887℃, p=1.03~1.25GPa, 水活度为0.718~0.799; (3) 角闪岩相阶段(M₃), 矿物组合为Cpx +Gt+Amp +Pl+Mt, t=530~660℃, p=0.85~0.95GPa, 其相应的水活度为0.2 3~ 0.2 4;和(4) 低角闪岩相阶段(M₄), 其形成的温压条件为t=495℃, p=0.5 6~ 0.70GPa, 相应的水活度为0.11~ 0.13.石榴二辉麻粒岩变质反应、变质结构、矿物组合及其演化, 不仅受控于形成时的温压条件, 而且与形成时体系中水活度的演化有着密切的成因关系.水活度的演化特征表明, 变质流体在变质作用过程中, 对变质反应温度起着一定的缓冲作用.      

水文地质单元内水化学类型形成某些机制问题的探讨——以辛安泉域潞安矿区为例

完整的水文地质单元内, 从补给区到排泄区, 矿物溶沉的顺序通常依次为方解石、白云石、石膏.这样, 水中的方解石饱和指数一般应大于白云石饱和指数, 但在辛安泉域潞安矿区8508~8516孔一带, 出现了白云石饱和指数明显大于方解石饱和指数的异常现象.就其形成机制, 建立了一套水化学类型形成的化学反应模型, 阐述了模型的存在条件, 并用氧化还原和离子交替等理论做了进一步的检验.结果表明, 所建模型符合实际情况.该模型在其他类似水文地质单元内也可得以验证, 因此具有一定的普遍意义      

平顶山矿区岩溶水系统水-岩相互作用的随机水文地球化学模拟

在前期工作的基础上,基于新的（补充）采集的地下水化学样品的分析数据,以ＷＡＴＥＱ４Ｆ模型为基础,应用本次研究中开发的耦合的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ－ＷＡＴＥＱ４Ｆ模型,对平顶山矿区地下水系统中水－岩反应状态进行了随机水文地球化学模拟和评价。结果表明：随机水文地球化学模拟方法具有很好的实用性和应用性和应用前景;在模拟研究区内地下水相对于方解石、、白云石、威武央过饱和,而与玉髓处于平衡状态。这些结果为该区     

沉积CaCO3与金属离子界面反应动力学研究

金属离子与沉积碳酸盐之间２同反应动力学模拟实验表明,由于ＣａＣＯ３快速溶解和溶液ＰＨ急剧上升,大部分Ｐｂ＾２＋、Ｚｎ＾２＋离子与溶液中ＣＯ３＾２－和ＯＨ＾－离子反应生成白铅矿ＰｂＣＯ３、水白铅矿Ｐｂ３（ＯＨ）２（ＣＯ３）２,或Ｚｎ（ＯＨ）３和锌矿Ｚｎ（ＯＨ）６（ＣＯ３）２沉淀于体相溶液中,仅有少部分Ｐｂ＾２＋、Ｚｎ＾２＋通过扩散与ＣａＣＯ３表面发生离子交换反应。２５℃时,Ｐｂ＾２＋溶液中以白铅矿沉     

Drought and its effects on spring discharge regimes in Poland and Germany during the 2015 drought

Areas of Western and Central Europe were severely affected by devastating droughts in 2003 and 2015. A sharp decrease in annual atmospheric precipitation led to diminished spring discharges. Analysis of the fluctuations in discharge from three groups of springs in the south of Poland, namely in the Sudetes and Carpathian mountains, and in the German province of Bavaria revealed an average discharge reduction ranging from 52 to 4%. The study proved the existence of a relationship between diminished groundwater recharge from precipitation and the type of rock forming the reservoir as well as the parameters of the rock in the drained catchment. Spring discharge regime was compared for various periods to show that a decline in the regime correlates with a decline in river flow rate; considering the continually changing weather patterns, this correlation is arguably a key factor in sustainable water management.     

宁夏南部地区水质形成机制研究

宁夏南部地区是中国严重缺水地区之一,该地区地下水类型可分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙-孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐类岩溶水。受到当地特殊的气候条件、地貌特征、地层岩性和地质构造的影响,各类地下水水质普遍比较差。含水介质中大量的石膏、芒硝等矿物成分进人地下水中是水质恶劣的根本原因;封闭的蓄水构造使得当地地下水循环不畅,蒸发浓缩作用使得浅层水中聚集高盐分,也是水质变差的重要原因。