关于堆石料三维流变速率的一点注记

原型监测表明面板堆石坝一般存在比较显著的流变现象。针对不同文献给出的堆石料三维剪切流变速率计算式存在差异,笔者以3参数指数流变模型为例对堆石料三维流变速率进行了研究。假设体积流变和剪切流变变化规律不同,首先推导了三维体积流变速率计算公式,然后依据Prandtl-Reuss流动法则可以由Mises屈服函数作为塑性势函数推导获得。为此,采用关联流动法则,同时假设塑性势函数为Mises屈服函数,导出了堆石料三维剪切流变速率计算式。通过将三维流变速率计算式退化为单轴流变速率计算式进行合理性分析,分析表明,本文导出的三维流变速率计算式理论上是严谨的,由此指出相关文献给出的流变速率计算式理论上不严谨。     

岩石圈板块变形物理模拟研究进展综述

岩石圈板块变形物理模拟是对板块构造演化的近似再现,代表了板块构造研究的一种主要方向。自然原型向实验模型的转换是模拟的理论基础,包括原型流变剖面的确定,原型与模型间比例关系的选取,实验模型流变剖面的建立。基于流变剖面的流变模型的结构为实验模型建构不仅提供了几何学、运动学以及动力学等方面的信息,而且在物质材料选取上提供物性方面的指导。文章最后对相关技术进行了阐述,并就华南-华北大陆板块碰撞模拟的关键问题进行了探讨。     

Hydraulic,physical and rheological characteristics of rain‐triggered lahars at Semeru volcano,Indonesia

Lahars (volcanic debris flows) have been responsible for 40% of all volcanic fatalities over the past century. Mount Semeru (East Java, Indonesia) is a persistently active composite volcano that threatens approximately one million people with its lahars and pyroclastic flows. Despite their regularity, the behaviour and the propagation of these rain‐triggered lahars are poorly understood. In situ samples were taken from lahars in motion at two sites in the Curah Lengkong River, on the southeast flank of Semeru, providing estimates of the particle concentration, grain size spectrum, grain density and composition. This enables us to identify flow sediment from three categories of lahars: (a) hyperconcentrated flow, (b) non‐cohesive, clast‐ and matrix‐supported debris flow, and (c) muddy flood. To understand hyperconcentrated flow sediment transport processes, it is more appropriate to sample the active flows than the post‐event lahar deposits because in situ sampling retains the full spectrum of the grain‐size distribution. Rheometrical tests on materials sampled from moving hyperconcentrated flows were carried out using a laboratory vane rheometer. Despite technical difficulties, results obtained on the <63, <180, and <400 µm fractions of the sampled sediment, suggest a purely frictional behaviour. Importantly, and contrary to previous experiments conducted with monodisperse suspensions, our results do not show any transition towards a viscous behaviour for high shear rates. These data provide important constraints for future physical and numerical modelling of lahar flows. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

深埋长大隧洞围岩非线性蠕变模型研究

针对锦屏二级水电站深埋长大隧洞（埋深为2 525 m,长为19 km,宽为13 m）围岩在开挖过程中呈现明显的流变劣化特征,采用CSS-283双向万能伺服试验机,对洞室围岩（软弱板岩）进行单轴压缩蠕变试验和剪切蠕变试验,引入流变参数是时间函数与强化函数,建立岩石非定常参数剪切蠕变模型和单轴压缩蠕变模型,并推广到三轴非线性流变模型,与试验结果对比基本吻合。最后,结合锦屏二级水电站深埋长大隧洞进行数值计算,得到该隧洞190 d开挖运行变形规律,以期为工程建设提供理论指导。     

采用分数阶导数描述软黏土蠕变的模型

按遗传流变理论来推导软黏土的蠕变模型,提出了一种新的蠕变核函数形式的选取方法,即用修正Burgers模型的导数形式作为蠕变核函数,随着参数取值的不同,该经验模型能模拟蠕变发展到不同阶段的蠕变曲线,探讨了该模型能精确描述软黏土的蠕变变形的原因,模型具有参数少、物理意义明确,适用性强的特点,能有效地描述湛江软黏土的蠕变特性。该研究内容也是对分数阶微积分进行应用研究的一种新的尝试。     

基于流变体模型的波恩近似方程地震正演模拟

常规τ值法假设应力松弛时间与应变延迟时间近似相等, 造成了常Q模型拟合精度低. 本文利用精确的广义流变体模型Q值计算公式, 研究改进的τ值法求解常Q模型参数. 根据地震波散射理论, 推导了基于广义流变体模型的黏滞性介质一阶波恩近似方程, 结合位移-速度关系得到了含卷积完全匹配层边界条件的黏滞性介质应力-速度方程的一阶波恩近似表达式. 通过数值实验验证并对比了黏滞性介质中全波波动方程、 一阶波恩近似方程以及单程波波动方程的波场特征, 讨论了基于流变体模型的黏滞性介质一阶波恩近似方程对速度扰动和Q扰动的适应性, 以及对旅行时和振幅精度的影响.      

掺砾黏土样的大型三轴流变特性试验研究

高心墙堆石坝的砾质土筑坝材料含有较大颗粒,又含有大比例的黏性土,渗透系数较低,试验需要用大尺寸的仪器。大尺寸试验排水、饱和困难、试验周期长、难度大,一直是试验工作的难点,在砾质土试样中预留砂芯加速排水饱和的方法可以有效地解决该问题。对掺砾黏土样进行了大型三轴流变试验,通过实测蠕变量和蠕变模型参数对掺砾后黏土样的流变特性进行了分析。研究结果表明,掺砾黏土样的蠕变量与时间关系呈现较好的幂函数关系,采用长江科学院蠕变模型可准确地描述其流变特性;在相同饱和状态下掺砾样的蠕变量和蠕变模型参数指标较低,说明掺砾起到了改善土样工程性状的功能;在均为土样或者掺砾样条件下非饱和状态的蠕变指标明显低于饱和状态下的蠕变指标,说明预留砂芯加速排水的方法起到了明显的作用,促进了试样的充分饱和。     

高温冻土松弛特性试验研究

为深入认识高温冻土的松弛规律,查明预应变对松弛过程的影响,开展了一系列室内高温冻土松弛试验。研究发现,预应变过程明显影响了高温冻土的松弛过程,表现为预应变量增大,瞬时松弛量相应提高,松弛稳定历时延长;对于恒应变速率加载而言,恒应变速率增大延长了松弛稳定历时,并提高了高温冻土的松弛速率;对于恒应力率加载过程而言,恒应力率增大,松弛稳定历时延长,松弛速率也随之提高。偏应力与时间对数的关系具有明显的非线性特征,不能简单描述为单一直线,采用双曲线型关系描述其关系时效果很好,根据双曲线型获得了一种经验型的流变关系,并对该流变关系的可靠性进行了验证。     

Interrogating the time and processes of development of the Las Liebres rock glacier,central Chilean Andes,using a numerical flow model

The Las Liebres rock glacier is a large (~2.2 km long) Andean rock glacier whose internal composition and kinematics are known from previous studies. We investigate its development by posing and testing the following null hypothesis: the rock glacier has developed from a constant supply of debris and ground ice in periglacial conditions and resulting creep of the ice‐rock mixture. A rheological model was formulated based on recent advances in the study of ice‐rock mixture rheology, and calibrated on the known surface velocities and internal composition of the rock glacier. We show that the rock glacier viscosity is inversely related to both water and debris fractions, in agreement with recent field and theoretical studies of ice‐rock mixture rheology. Taking into account the possible variations in water fraction, the model was used to estimate the time spans of development (0.91–7.11 ka), rates of rock wall retreat (0.44–4.18 mm/a), and rates of ground ice formation (0.004–0.026 m/a) for the rock glacier. These results support the null hypothesis of a periglacial origin of the Las Liebres rock glacier. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

龙门山断层脆-塑性转化带流变结构与汶川地震孕震机制

汶川地震发震断层为高角度逆断层,这种断层滑动和发生强震需要断层深部具备特殊的力学条件。发震断层地区地表出露若干韧性剪切带,其中不同类型石英变形具有不同的变形温度。细粒糜棱岩中的石英表现为高温位错蠕变,变形温度为500~700℃;含残斑初糜棱岩中的石英表现为中温位错蠕变,其变形温度为400~500℃;早期石英脉中的石英表现为低温位错蠕变,变形温度为280~400℃;晚期石英脉以碎裂变形为主,其变形温度为150~250℃。石英的这些变形特征显示出断层带经历了多期脆-塑性转化。根据糜棱岩中的重结晶石英的粒度估计的断层塑性流动应力为15~80MPa。石英和长石内的微量水以晶体缺陷水、颗粒边界水和流体包裹体水的形式存在,水含量随岩石的应变增加而升高,变化范围为0.01~0.15wt%。断层脆-塑性转化带内石英含有大量与裂隙愈合相关的次生流体包裹体,其捕获温度为330~350℃,流体压力为70~405MPa,估计的流体压力系数为0.16~0.9,代表强震发生后,断层带内产生的大量微裂隙逐渐愈合过程中的流体特征。在考虑断层带流体压力和应变速率变化条件下,利用石英流变参数建立了从间震期到地震成核阶段断层脆-塑性转化带流变结构和震后快速蠕滑阶段断层脆-塑性转化带流变结构。结果表明,在间震期、地震成核阶段、震后快速滑动阶段,断层强度和脆-塑性转化深度随应变速率和流体压力变化而变化,且脆-塑性转化特征与石英的变形机制、断层速度弱化和强化转化深度、汶川地震震源深度等吻合,显示映秀-北川断层具备摩擦滑动速度弱化和地震成核的基础,而断层带内存在高压流体可能是触发高角度逆断层滑动和汶川地震发生的主要机制。