大陆逃逸构造研究现状

大陆逃逸构造是陆内构造变形主要方式之一,系统总结分析逃逸构造形成机制,对建立大陆构造模式、认识大陆构造变形机理具有重要意义。基于目前发现的大陆逃逸构造,总结并提出了其力学机制、构造模型以及研究方法。大陆逃逸构造是板块碰撞后期在共轭的"Ⅴ"字形构造控制下发展而来的重要构造形式,协调了构造应力机制的转变。在力学机制方面,逃逸构造"Ⅴ"字型断裂带符合PGS模型（paired general-shear model）和先存构造活动性准则,该准则是基于库伦—摩尔准则和摩擦滑动律的扩展;构造模型方面,侧向逃逸和斜向挤出模式是逃逸构造的基本模型;研究方法方面,构造解析仍然是建立逃逸构造的基本方法,利用构造模拟进一步再现其变形过程与动力学机制是其必要的研究方法。      

基于改性糯米灰浆的3种锚杆锚固性能对比研究

锚固浆液的类型及其与杆体、土体的兼容协调性问题是土遗址锚固领域的研究焦点。由糯米浆为胶凝主材和由黏土、粉煤灰为填充料组成的改性糯米灰浆与木锚杆、玻璃纤维增强塑料锚杆、钢筋锚杆组成了3种锚固系统。通过对3种锚固系统的原位锚固、拉拔试验和界面应力-应变监测,分析比较了3种锚固系统的破坏模式、极限荷载、荷载-位移特征,剖析了杆体-浆体界面应力分布传递规律和界面测点应变对荷载时步的响应程度。在初步分析其锚固机制的基础上,最终得出了此类基于改性糯米灰浆的3种锚固系统的锚固性能的优劣完全取决于杆体-浆体的受力机制、变形和强度特征所决定的力学兼容性的结论。该研究成果为以糯米浆为主材的改性浆液在土遗址锚固领域中的应用提供了依据和参考。     

川西北茂县群千枚岩各向异性力学特性

利用MTS815Teststar岩石力学试验系统,对川西北茂县群千枚岩开展单轴和三轴试验,研究千枚岩各向异性力学特性。研究结果表明：千枚岩在达到峰值强度50%以前就普遍出现很大的变形和局部破坏,表明围岩产生大变形或出现早期扩容并不意味着其丧失承载能力,如及时进行针对性支护或加强围岩保护仍具有较强的强度。损伤扩容是千枚岩变形破坏的典型特征,并对变形产生不同的影响,横向应变对损伤扩容比轴向应变更敏感,能更灵敏地反映岩石材料内部的屈服、弱化。千枚岩各向异性随含水率与围压水平表现出不同的变化规律,强度各向异性随含水率和围压水平提高而降低,弹性模量和泊松比则与加载方向和转化围压有关。不同含水状态下干燥千枚岩的单轴抗压强度各向异性最为显著,大部分千枚岩的强度各向异性率在0.80以下,其中绢云母千枚岩最强,为0.48,其强弱对比依次为绢云母千枚岩、绿泥石千枚岩、石英千枚岩、炭质千枚岩。千枚岩表现出不同的破坏模式,并随围压或含水率的增加而变化;剪切机制单独控制着各向异性力学特性,千枚岩统一沿软弱面剪切破坏。     

裂隙岩体三维柔度张量的数值试验方法

在裂隙岩体二维柔度张量数值试验的基础上,建立了裂隙岩体三维柔度张量及其表征单元体积（REV）尺度研究的简化数值试验方法。首先根据岩体裂隙的统计参数及分布规律,运用蒙特卡罗方法在研究域内获得与实际岩体裂隙同分布的三维随机裂隙网络,提取位于不同方位的岩体试件,运用二维柔度张量的数值试验方法求出各个平面方向上的二维柔度张量,然后根据二维与三维柔度张量的拓扑关系,用数学方法求解裂隙岩体的三维柔度张量。对于含3组正交全贯通裂隙的岩体,通过数值试验获得的柔度张量与理论解相比,其主对角线上各参数的误差在5%以内,表明该数值试验方法较为可靠。最后将此方法运用到小湾水电站工程中,确定左岸坝区裂隙岩体的应力REV为11 m×11 m×11 m,并获得该区域裂隙岩体的三维柔度张量。     

干湿循环作用下压实黏土力学特性与微观机制研究

针对干湿循环作用下填埋场封场覆盖系统压实黏土防渗结构损伤等问题,系统开展了干湿循环作用下（室内模拟填埋场气候环境）压实黏土力学特性及微观结构特征试验研究,从微观层次揭示了压实黏土在干湿循环作用下变形特性和强度衰减内在本质。研究结果表明：随着干湿循环次数的增加,压实黏土初始变形段区间割线模量增加,末段区间割线模量大幅度降低,变化幅度随初始压实度的增加而增加;同时,压实黏土剪切强度呈减小趋势,但减小幅度随初始压实度和围压的增加而减小。经过3次干湿循环后,压实黏土发生不可逆的体积收缩,体积收缩比例随压实度的增加而减小,低压实黏土和高压实黏土的体积收缩20.5%和11.5%。同时,低压实黏土和高压实黏土的大孔体积增加25.7%和53.9%,微裂隙体积增加3.1%和41.7%,增加幅度随初始压实度的增加而增加。压实黏土不可逆的体积收缩致使土体更加密实,从而导致压实黏土初始切线模量和强度增加。同时,大孔体积增多和微裂隙的发育,导致压实黏土剪切强度和末端切线模量降低,干湿循环对不同压实度黏土力学特性影响是二者的综合表现。     

水化硅酸钙动态力学性能的分子动力学模拟研究

对水泥主要水化产物——水化硅酸钙的力学特性进行了分子动力学模拟。采用Hamid 1.1纳米托贝莫来石作为水化硅酸钙的初始结构,通过分子动力学模拟,获得水化硅酸钙的拉伸和压缩应力应变关系,并考虑了应变率和原子数对力学特性的影响。分子动力学模拟研究发现,计算峰值应力、峰值应变都较宏观试验结果高出很多;拉伸峰值应力较压缩峰值应力要小;峰值应力、峰值应变和弹性模量随着应变率的增加而增加,随着模拟晶胞体积（原子数）的增加而降低。研究表明采用分子动力学模拟能获得原子尺度水化硅酸钙动态力学性能,为揭示水泥基材料动态力学性能微观机理奠定了基础。     

古建筑风化石质构件力学参数的确定方法

针对目前常规确定岩石力学参数的方法只能得出岩块的整体强度,不能反映古建筑石质构件风化层内力学参数逐渐变化,无法很好地满足石质古建筑稳定性、耐久性研究的不足,提出了综合运用现场穿透波CT测试、表面回弹测试和室内试验确定风化石质构件力学参数的方法。方法的实施主要包括：通过现场穿透波CT测试,获得纵波波速在石质构件深度剖面上的分布;现场选取与欲研究的石质构件类似的岩石做室内力学试验和波速测试,得出力学参数与波速的统计关系;上述两者结合得出力学参数在石质构件深度剖面上的分布,在此基础上分析风化层内力学参数随深度的变化关系;对不同风化分区代表性石构件进行风化深度研究和表面回弹测试,得出构件表面强度比与风化深度的关系。以义乌宋代古月桥为例,对其方法进行了系统的介绍,并对古月桥承载条石风化层内力学参数随深度的变化关系以及表面强度与风化深度的关系进行了研究。研究表明：义乌宋代古月桥承载条石风化层内的抗压强度比、弹性模量比随深度呈负指数关系变化;表面强度比与风化深度呈2次多项式关系。     

节理岩体超声测试及单轴压缩试验研究

为了获取节理岩体各向异性力学特性和声波传播规律的相互关系,通过制作圆柱形单一预制贯通节理试件,开展了7种不同倾角节理试件的超声波波速测试和单轴压缩试验。试验结果表明：（1）节理试件波速测试值离散性较大,但总体服从正态分布,波速平均值介于石膏试件和完整试件之间,波速随节理倾角增大呈线性递减;（2）不同倾角的节理面对节理试件力学特性的影响很大,在应力-应变关系、变形特征、强度特征和破坏模式上均表现出显著的各向异性特征;（3）节理试件的力学性质和超声波传播特性变化规律区别很大,采用超声波波速确定节理试件的力学参数会存在很大误差。     

Implications of subsurface thermal–hydraulic–mechanical processes associated with glaciation on Shield flow system evolution and performance assessment

A deep geologic repository (DGR) situated on the Canadian Shield will be subject to long-term climate change that will markedly alter surface conditions as a result of glaciation and permafrost penetration. Systematic, two-dimensional and three-dimensional coupled thermal–hydraulic–mechanical finite-element simulations with varying degrees of coupling, including depth-dependent salinity (represented as a change in groundwater density) and temperature-dependent density and viscosity, were undertaken to address the implications of glaciation on groundwater flow system dynamics as it could affect DGR performance. The modelling domain consisted of a 1.6-km deep sub-regional scale (≈100 km²) fractured Shield flow system. Initial and transient thermal, hydraulic and mechanical boundary conditions were developed from two realizations of the University of Toronto Glacial Systems Model of the last Laurentide glaciation. Results indicate that during the glacial loading/unloading cycle, for this particular conceptual model, there is limited penetration of glacial meltwaters to depth and small residual anomalous hydraulic head. During glacial coverage, the mechanical factor of safety increases in the moderately fractured and sparsely fractured rock mass, but principal effective stress reorientation also occurs. Given the assumed nonglacial in situ state of stress and mechanical properties, the fracture zones were predicted to be less stable under glacial conditions.

正循环机械回转钻孔灌注桩在卵石层中的应用

在粒径、密实度较大的卵石层采用正循环机械回转钻进行灌注桩施工,存在钻具类型、合理的泥浆比例和钻探工艺等问题。以西安绕城高速公路谢王立交桥桥桩基工程实践为例,探讨正循环机械回转钻孔灌注桩在卵石层施工工艺等问题。