Particle mechanics modeling of creep behavior of rockfill materials under dry and wet conditions

Rockfill is an important construction material for infrastructure engineering, such as dams, railways and airport foundations, which display a long-term post-construction settlement. However, the main mechanisms for rockfill creep and weathering influence still remain poorly understood. Particle mechanics method is used to understand the rockfill creep process under dry and wet conditions. Different bond-aging models and wetting models that represent different degradation and weakening mechanisms are compared, in order to clarify the principle and secondary mechanisms for rockfill creep and weathering influence. The results show that rockfill aggregate breakage in terms of angularity abrasion is the main source for rockfill creep under dry state. Wetting can induce additional strain mainly due to the reduction of contact friction coefficient, i.e. lubrication, and the bond strength reduction just plays a secondary role in producing additional strain. The earlier the wetting occurs during rockfill creep, the more rapidly the rockfill becomes stable. The wetting–drying cycles can induce strain evolution in a ‘stepped’ way, which is in agreement with experimental observation. The practical implications from the modeling and the outstanding issues in this study are also discussed.     

Experimental study of the effects of non-uniformly distributed fine soil on mechanical properties of Shenyang–Dandong Railway coarse-grained soil

The stress produced by repeated train loads decreases with increasing railway subgrade bed depth, and slightly weathered coarse particles of subgrade bed fillings can be broken at different levels under continuous load. Thus, the mass of fine soil, with a diameter of not more than 0.075 mm, is different at different depths. Fine soil is also sensitive to frost heave and thaw settlement. In order to study the effects of non-uniformly distributed fine soil on the mechanical properties of coarse-grained soil of the Shenyang-Dandong Railway, triaxial tests were conducted with three types of specimens, undergoing six freeze-thaw cycle numbers(0, 1, 3, 7, 9, 12) and three confining pressures(100, 200, 300 k Pa). The freezing temperature is-5 °C and the thawing temperature is +15 °C. The stress-strain behavior, static strength, resilient modulus, cohesive force and the angle of internal friction were measured for different tested specimens. As a result, the law of static strength and resilient modulus of different specimens following the increase of freeze-thaw cycles under three confining pressures is obtained. The changing law of cohesive force and friction angle of three specimens following the increase of freeze-thaw cycles is also calculated, and the different results of different specimens are also compared.     

南海陆坡晚第四纪沉积物磁化率的对比及其古海洋学意义

对南海西沙群岛附近陆坡、南海南部陆坡以及东沙群岛附近陆坡晚第四纪磁化率变化特征进行了综合对比,并初步分析了磁化率与碳酸钙百分含量之间的关系。就磁化率变化特征而言,西沙群岛附近陆坡和南海南部陆坡可归为一个单元,东沙群岛附近陆坡划为另一单元,其中,前一单元晚第四纪磁化率曲线的共性表现为深海氧同位素期次的奇数期向偶数期过渡时期以磁化率峰值为特点,偶数期向奇数期过渡时期以磁化率谷值为特点;后一单元晚第四纪磁化率曲线的共性表现为磁化率曲线大致平行于有孔虫氧同位素曲线。上述两个单元内的磁化率曲线共性都具有地层学意义,但这两个单元内部某些部位的晚第四纪磁化率变化具有地方局限性,不宜当作大范围地层对比的工具。南海陆坡磁化率曲线和碳酸钙百分含量曲线的关系存在镜像和平行两大基本类型,但这两种对应关系未必意味着磁化率和碳酸钙百分含量之间存在着直接的因果联系。南海陆坡磁化率变化的原因很可能与冰期旋回中南海陆源物质通量的变化密切相关,另外,局部海域磁化率还可能严重受沉积物早期成岩作用的影响。     

中更新世以来西菲律宾海上层水体结构演化特征——来自钙质超微化石Florisphaeraprofunda的证据

MD06-3050岩芯位于西菲律宾海吕宋岛以东本哈姆高原,利用钙质超微化石下透光带种属Florisphaera profunda占总颗石的相对丰度,恢复了中更新世以来该海区的上层水体结构演化特征。结果显示,西菲律宾海区自1040ka以来,温跃层/营养跃层经历了由浅—深—浅—深的长周期变动,可能是由于全球碳库的长周期变化对气候系统的大规模调整所致; 同时温跃层/营养跃层也具有明显的冰期-间冰期旋回性特征。温跃层变动的另一个重要特征是在中布容事件前后呈现出相反的冰期-间冰期变化趋势,认为可能是由东亚冬、夏季风强度变化引起。     

末次盛冰期长江南京段古河槽特征

根据南京长江大桥、三桥、四桥的地质钻孔资料,绘制南京段长江古河槽地质剖面示意图,对拟建南京长江四桥附近的4个钻孔进行了采样分析,从钻孔沉积物样品的14C年代及阶地形成时间可以判断,南京段约-60~-90 m的深槽为末次盛冰期时的长江河槽,钻孔揭示,南京段长江古河槽狭窄陡峭,呈V型,在南京长江大桥附近形成局部深切。     

中国第四纪冰期数值年表初步划分

20世纪70年代以前,我国第四纪冰川冰期主要是根据第四纪冰川遗迹的侵蚀-沉积地貌特征和沉积物的物理化学风化程度的差异划分的相对年代;80～90年代开始有放射性碳和地衣法的测年;90年代以后,采用热释光和电子自旋共振技术测年,获得了我国第四纪冰川的一些数值年代,划分了5次冰期,其时代初步定为:小冰期Ⅲ(1871±20A.D.),小冰期Ⅱ(1777±20A.D.),小冰期Ⅰ(1528±20A.D.);新冰期Ⅲ(1550±70aB.P.,1580±60aB.P.),新冰期Ⅱ(2.8～2.5kaB.P.),新冰期Ⅰ(3.1kaB.P.);末次冰期Ⅳ(YD)(11.5～10.4kaB.P.),末次冰期Ⅲ(24～16kaB.P.),末次冰期Ⅱ(56～40kaB.P.),末次冰期Ⅰ(73～72kaB.P.);倒数第二冰期(相当于MIS6～10),Ⅲ阶段(154～136kaB.P.),Ⅱ阶段(277～266kaB.P.),Ⅰ阶段(333～316kaB.P.);倒数第三冰期(相当于MIS12～16),Ⅱ阶段(520～460kaB.P.),Ⅰ阶段(710～593kaB.P.)。未来的研究趋势是采用宇宙成因核素暴露年代方法和光释光技术在更大的空间尺度上对冰川地貌精细定年,分析第四纪冰川发育的空间差异和异时性机制。     

云南点苍山冰川湖泊沉积物磁化率的影响因素及其环境意义

文章通过对点苍山海拔3820m冰水沉积剖面的粒度参数、磁化率、氧化铁含量和有机质含量的综合实验分析,并讨论了这些指标的相互关系及其环境意义。实验结果表明,磁化率的强度与粗砂组分的含量成正相关,而与粘土等细粒组分含量成负相关;同时与有机质含量成负相关,与氧化铁含量成正相关。矿物组分分析实验表明,沉积物主要磁性来源于磁化铁。根据以上结果,结合冰川湖泊流域面积小、高寒环境的特点,其磁化率的影响因素与一般湖泊不同,认为冰川湖泊沉积中,因为物源较近导致外源磁性矿物主要赋存于粒度较粗的碎屑颗粒中,而高寒的环境条件使得有机质对沉积物的磁性矿物起到了稀释的作用,而很难有积极的贡献。根据磁化率的环境意义,恢复了全新世以来点苍山的古气候,从中可以划分6个不同的气候阶段:11.5～10.6kaB.P.,10.6～8.9kaB.P.,8.9～5.5kaB.P.,5.5～3.3kaB.P.,3.3～0.8kaB.P.和0.8kaB.P.至今,代表了末次冰期结束以后湖泊从产生至消亡的全过程。根据与其他相关地区的对比,分析了西南季风演变的一些规律。     

青藏高原古里雅冰帽冰碛和冰水沉积物粒度特征及其意义

冰冻圈演化不仅与青藏高原水塔变化、地表侵蚀风化及荒漠化密切相关,还深刻影响着亚洲季风系统和全球气候,冰碛物的粒度组成可以为冰冻圈演化提供重要信息,但高原冰碛物的特征粒度组成及其形成机理仍不清楚,高原冰碛物与高原冷黄土及河湖沉积物的关系也不明确。为此,选择青藏高原最大的冰帽——古里雅冰帽的冰碛物及系列冰水沉积物,开展系统粒度组成研究。研究发现:自终碛到冰川前端冰水扇及下游河流冰水沉积均表现出特征的双峰模态,即1～3φ(500～125μm)的中细砂峰和6～8φ(16～4μm)的细粉砂峰,前者可能由冰川压碎、寒冻风化崩裂作用造成,后者由冰川研磨作用形成,并受到源区基岩岩性软弱和组成颗粒大小的影响。冰川磨蚀的细粉砂组分含量,从冰碛物经冰水扇、河流到湖滩沉积物整体呈现减小趋势,粗粉砂在湖滩沉积中几乎完全被风吹走,粗粉砂直接成为下游黄土的物源并富集其中成为黄土特征组分,水流分选在开口湖泊中产生粗、细粉砂的明显富集,这些证据揭示出,无论是与冰川发育相关的尾闾湖沉积还是近源、远源的青藏高原及周边黄土沉积,其粉砂组成和来源,均可为高原冰冻圈的形成演化提供重要信息。     

岩相韵律数字化在旋回地层学研究中的应用——以我国西北新生代湖泊沉积为例

我国西北地区新生代广泛发育河湖相沉积, 表现为红色泥岩为主体、夹有绿色泥岩和石膏薄层的岩相韵律性变化, 目前已有多种古气候指标揭示千年至百万年尺度古环境、古气候演变规律。但是这些旋回地层剖面中红色泥岩和绿色泥岩(石膏)岩相韵律变化特征及其蕴含的轨道尺度湖泊水文演化并未受到广泛关注。本研究以天文解决方案的韵律化为基础, 在酒泉、西宁盆地新生代旋回地层中开展岩相韵律数字化研究, 明确了岩性等级和层偶指标所记录的地球轨道周期为相反相位, 暗示二者代表不同类型的古气候指标, 可能从不同方面记录了盆地水文循环和沉积过程。酒泉盆地中新世岩相韵律的等级和层偶指标共同记录了长偏心率和长斜率的地球轨道"节拍器"周期, 西宁盆地始新世岩相韵律的等级和层偶序列主要受偏心率周期驱动、单个红色泥岩-石膏层偶的沉积限时以12万年为显著周期。目前西北地区新生代地层学研究中已有高分辨率古气候指标的数据支撑, 然而岩相韵律数字化应该受到重视, 其保存的轨道周期和相位变化, 有助于深入理解从天文轨道驱动、古气候演化到沉积环境响应的关键过程。     

青藏高原古近系牛堡组三段天文周期旋回分析及古湖平面演化研究：以尼玛盆地尼1井为例

青藏高原中部尼玛盆地是一个形成于班公湖-怒江缝合带之上的新生代陆相裂谷盆地。交通不便和勘探程度较低等因素导致其高精度沉积旋回特征和地层学一直鲜有研究。尼1井是盆地内第一口地质探井,通过对该井古近系牛堡组三段的自然伽马测井曲线进行频谱分析,证实了天文轨道周期对盆地内湖相地层的沉积具有显著影响。滤波分析显示牛堡组三段保存了41个短偏心率(～100 kyr)周期,76个斜率(～54 kyr)周期和178个岁差(～23 kyr)周期,平均沉积速率为92.03 m/Ma,沉积时限～4.1 Myr。此外,结合Fischer图解与总有机碳含量的变化趋势,确定牛堡组三段湖平面经历了1次长周期的升-降变化过程。综合分析,认为尼玛盆地优质烃源岩的形成主要受天文旋回周期影响下的湖平面变化所控制。