基于钻孔形态分析的地应力测量方法研究

地应力作用下的钻孔孔壁会发生一定程度的变形,导致钻孔横截面形状会发生变化,变形后的钻孔几何形态也反映了钻孔受力状态。在经典岩石力学理论的基础上,研究钻孔在平面二维应力作用下的几何形态,建立应力与变形后圆孔几何参数的关系,实现基于钻孔椭圆参数的应力解算,并提出钻孔椭圆参数的测量方法和测量技术,形成一种新的基于钻孔形态分析的地应力测量方法。结果表明,（1）在平面二维应力作用下圆孔变形后的几何形态为椭圆,推导了椭圆参数与应力的关系表达式;（2）利用3个不同方向的孔径值可以实现椭圆参数的解算,研发触头式显微光学孔径测量技术,实现了钻孔形态的测量,从原理上分析了技术实现的可行性,并就该技术进行地应力测量过程中可能存在的问题进行了探讨;（3）通过室内模拟试验,验证了技术原理的可行性,并通过误差分析和实例计算对该方法测量结果的准确性进行了讨论。     

随机介质中的探地雷达叠前逆时偏移成像

为了更好地分析探地雷达(GPR)叠前逆时偏移算法对实际地下随机分布介质的成像效果,采用随机过程的谱分解和混合型自相关函数理论构建了不同自相关长度的GPR随机介质模型。基于时域有限差分法(FDTD)构建了GPR叠前逆时偏移成像算法,其中FDTD用于计算正传和反传电磁波场,归一化互相关成像条件用于获取逆时偏移成像剖面。在此基础上,利用该算法对两个随机介质模型的多偏移距正演数据进行计算,并与相应背景介质为均匀介质的逆时偏移结果进行对比。结果表明:电磁波在随机介质中散射强烈,反射波扭曲变形、不连续,形成了明显的随机扰动,致使逆时偏移成像剖面的空间分辨率更低,低频噪声更强;自相关长度是影响随机介质中异常体成像效果的主要因素,自相关长度越小,异常体的成像越清晰,自相关长度越大,异常体的成像效果越差,且不易被识别。     

应力路径试验前后不同黄土的孔隙分形特征

为了解不同黄土孔隙形状复杂程度的差异和应力路径对孔隙形状复杂程度的影响,对两种黄土应力路径前后孔隙分形特征进行了研究。首先比较了3种分维模型所得孔隙分形维数的可靠性,然后选用热力学关系模型,由进汞、退汞试验得到地裂缝区黄土、充填黄土初始样和三轴应力路径试验后的孔隙分布,据此分析了两种土体进汞孔隙和退汞孔隙分形维数的差异和受载后的分形维数变化,根据退汞过程仅管形孔内的汞流出及孔隙由管形孔和球形孔组成的假定,得到了应力路径试验前后孔隙形状的改变。结果表明,热力学关系模型得到的孔隙分形维数合理、可靠。初始状态,原状和重塑充填黄土的孔隙形状比原状和重塑黄土复杂;常规三轴试验后试样孔隙比减少,孔隙分形维数增加,球形孔向管形孔转变;相对于常规三轴压缩试验,减围压三轴压缩试验后试样的孔隙分形维数较小,管形孔占总孔隙的体积比例较少;总体上管形孔的分形维数比球形孔大,且基本不受应力路径的影响,其占总孔隙的体积比例随着试样宏观孔隙比的减少而增加。     

岩溶区嵌岩桩承载特性影响因素试验研究

基于室内模型试验,对岩溶区嵌岩桩承载能力的影响因素进行了研究。试验表明,随顶板厚度与溶洞位置偏移距离的增大,极限承载力逐渐增大,随溶洞直径、赤道半径与极半径的增大,极限承载力逐渐减小;破坏核体在竖直方向上基本未超过3d（d为桩体直径）范围,在水平方向上基本未超过4d范围。结合模型试验结果,影响因素的敏感性分析表明,敏感度大小的顺序为：溶洞直径>顶板厚度、赤道半径>极半径>溶洞位置。嵌岩桩的承载能力还与溶洞形状有关,厚径比为溶洞顶板厚度、赤道半径以及桩体底面积的综合影响因素,建议引进形状系数? 与底面积尺寸效应系数?,提出岩溶区嵌岩桩概念设计的注意事项,并通过工程实例进行了验证,现场静载试验与模型试验结果基本一致,楼房竣工后未发生岩溶危害。     

沉井下沉过程刃脚的极限土阻力分析

考虑刃脚形状和切土深度,建立沉井下沉过程中极限土阻力的近似计算模型。基于Prandtl问题的滑移线场理论,建立考虑刃脚切土深度和刃脚形状的近似滑移线场,并导出平面应变和圆形沉井轴对称问题极限承载力系数的计算公式。对于平面应变问题,承载力系数Nγ等于两部分之和,即不考虑切土深度时刃脚踏面和考虑切土深度时刃脚内侧倾斜面对承载力的贡献,前者及其他两个承载力系数（黏聚力和超载项）与不考虑刃脚切土深度由Prandtl承载力机制所得的结果相同。刃脚的切土深度、踏面宽度和倾斜角是影响极限土阻力的重要因素,忽略刃脚切土深度及其范围内刃脚倾斜面与土的作用将导致极限土阻力的计算值明显偏小。分析结果表明,承载力系数随刃脚切土深度和刃脚倾斜角的增加而显著增大;若土体强度较高,刃脚倾斜角的大小对极限土阻力的影响更加显著。     

砂土中盾构隧道开挖面失稳土体三维形状分析

合理确定盾构隧道开挖面前方失稳土体的形状是开挖面极限支护压力计算及开挖面失稳风险评估的基础和难点。建立模拟盾构隧道开挖面失稳过程的数值模型,利用Handy拱效应理论,依据Mohr-Coulomb破坏准则,得出失稳土体破坏位置和形状的计算方法。研究结果表明,水平方向由于隧道左右两端的支承作用产生水平压力拱,使失稳土体存在一个极限边界,极限边界内垂直方向的土体移动产生悬链线形的最小主应力拱,失稳土体形状类似贝壳形。以南京地铁3号线浦珠路站－滨江路站区间盾构隧道工程作为算例,理论分析和数值模拟结果吻合较好。     

两种类型共炮点域相关型叠前深度偏移方法分析

研究不同偏移方法的成像机理是实现复杂构造高精度成像的前提,研究了两类共炮点域的相关型叠前深度偏移成像方法：基于单程波动方程的叠前深度成像方法和基于双程波动方程的叠前深度成像方法,同时对比了它们在计算效率、数据存储量、成像精度、成像机理、速度敏感性等方面的差异及其共性。以复杂构造模型为例,采用了傅里叶有限差分法（FFD）和逆时成像法（RTM）,这两种方法实现了121个共炮点道集的叠前深度偏移成像处理。计算结果表明,当速度准确时,两种深度域波动方程成像方法均可以恢复出各个地质反射界面,其中逆时偏移对陡倾角成像效果显著,当速度存在百分比误差和随机扰动情况时,逆时成像结果要差于单程波方法,因此,逆时偏移方法对速度的敏感性较大,且低频噪声较为严重。     

Modeling and cyclic behavior of segmental bridge column connected with shape memory alloy bars

This paper examines the quasi-static cyclic behavior,lateral strength and equivalent damping capacities of a system of post-tensioned segmental bridge columns tied with large diameter martensitic Shape Memory Alloy(SMA) link-bars.Moment-curvature constitutive relationships are formulated and analysis tools are developed for the PT column,including a modified four-spring model prepared for the SMA bars.The suggested system is exemplified using a column with an aspect ratio of 7.5 and twelve 36.5 mm diameter NiTi martensitic SMA bars.A post-tensioning force of 40% to 60% of the tendon yield strength is applied in order to obtain a self re-centering system,considering the residual stress of the martensitic SMA bars.The cyclic response results show that the lateral strength remains consistently around 10% of the total vertical load and the equivalent viscous damping ratios reach 10%-12% of critical.When large diameter NiTi superelastic SMA bars are incorporated into the column system,the cyclic response varies substantially.The creep behavior of the superelastic SMA bar is accounted for since it affects the re-centering capability of the column.Two examples are presented to emphasize the modeling sensitivities for these special bars and quantify their cyclic behavior effects within the column assembly.     

胶州湾湾口海域海水淡化取水水质分析

取水水质是影响海水淡化成本的重要因素之一,根据2007年5月、8月和11月3个航次的调查数据,对胶州湾湾口海域海水水质进行了分析。结果表明,除个别近岸站DIN超过二类海水水质标准外,pH、DO、COD、Cu、Zn、油类、PO43--P等指标均符合二类海水水质标准,SS、TDS含量较低,Ca2+、Mg2+含量低于湾内,该区海水可作为淡化取水水源,预处理工艺中应关注钙、镁、铁和锰的影响。     

焉耆盆地北缘和静逆断裂-褶皱带中晚第四纪变形速率

焉耆盆地为南天山内部的一个山间盆地,盆地北缘发育1排第四纪新生褶皱带,即和静逆断裂-褶皱带。中晚第四纪以来,由于和静逆断裂-褶皱带的持续活动使得在褶皱生长过程中形成的多期洪积地貌面发生反向掀斜变形。利用高精度差分GPS,对褶皱带中部哈尔莫敦背斜区内的多期变形地貌面的地形形态进行了测绘,判定背斜的生长主要以翼旋转为主。利用背斜北翼不同地貌面的反向掀斜角度,分别计算了不同期次地貌面的隆升和缩短变形量。结合原地宇宙成因核素深度剖面法和光释光测年法,对背斜区内的F4,F3b,F2洪积台地面和T1阶地面的形成年龄进行了测定,发现背斜在距今约550ka、428.3+57.6-47.2ka和354.3+34.2-34.8ka不同时段的平均隆升速率从0.31±0.24mm/a下降至0.15±0.02mm/a,同时背斜北翼的翼旋转速度也呈逐渐减小的趋势。但背斜自起始变形开始,缩短速率却大致保持恒定为约0.3mm/a。而这一恒定的缩短速率与现今横跨和静逆断裂-褶皱带所观测的GPS速率具有很好的一致性,说明在天山内部的哈尔莫敦背斜区,短尺度的GPS速率可以代表长尺度的地壳应变速率,同时反映出山体内部一系列断层和褶皱构造在吸收和调节整体变形量时也起到一定的作用。