干湿循环条件下红砂岩软弱夹层微结构与剪切强度的关联性

极旱极涝频繁交替的极端气候事件会加剧岩土风化,降低强度,影响岩土工程结构稳定。采用直剪试验和扫描电镜技术,研究了对顺层红砂岩边坡稳定性起控制作用的软弱夹层在常温状态、干湿循环条件下（60℃风干）的力学特性及微观结构变化规律,通过相关分析、逐步回归方法得到了影响强度的微结构显著变量,构建了反映二者关联性的回归方程。研究表明：红砂岩软弱夹层剪切强度及黏聚力在1～5次循环过程中急剧降低,5次后变化趋缓,循环次数对内摩擦角变化影响微小;干湿循环次数增加,平均面积、平均直径、平均周长、定向概率熵等4个微结构参数减小,并与黏聚力呈现正相关关系;颗粒个数、平均形状系数、形态分布分形维数3个微观参数与黏聚力呈现负相关关系;分析认为,干湿循环过程中宏观力学特性蜕化及微观结构参数变化之间显著相关,干湿循环造成的岩土颗粒胀缩、碎裂、结构破坏是导致红砂岩软弱夹层剪切强度蜕化的主要原因。     

超细尾砂胶结充填体强度计算模型及应用

超细尾砂已成为充填材料的主要来源。为了便于充填料浆配合比设计与强度预测,基于超细料浆微观结构,提出用固体填充率表征充填料浆结构密实程度。选用某矿山超细尾砂进行了63组配合比强度试验。研究结果表明：固体填充率和水灰比与充填体无侧限强度分别呈指数函数和负幂函数关系。采用Pearson理论对试验样本进行相关性分析,结果表明：固体填充率与水灰比相互独立。在此基础上,建立了超细尾砂胶结充填体双变量强度计算模型,模型计算值与试验值的误差在7%以内。进行了超细尾砂胶结体强度随养护时间增长的试验,基于试验数据拟合规律,提出了强度龄期数学模型,建立了三变量强度计算公式。模型能准确预测矿山充填体强度,且能有效指导矿山充填料浆设计。     

土体拉伸破坏过程微细结构变化测试系统研发与应用

针对目前土体拉伸测试水平的不足,研发了一套土体拉伸破坏过程微细结构变化测试系统,主要由拉伸加载装置、图像采集装置、图像处理程序3部分组成。拉伸加载装置为测试系统提供均匀、稳定的外部荷载和观测面;图像采集装置可利用跟踪平台连续拍摄拉伸过程中不同应力状态下的微细观结构图像,并利用基于数字散斑相关法的相对位移场计算,通过预拉伸可确定断裂带演化区域,即观测区域;图像处理程序可对所拍摄图像进行增强、融合、拼接、分割处理,并对图像中孔隙与颗粒的量化特征参数进行提取。基于所研发的测试系统开展了黏性土拉伸破坏的微细观试验,研究结果表明：黏性土在整个拉伸破坏过程中,颗粒结构调整在先,孔隙演化在后,孔隙的形成与贯通将最终导致试样的拉伸破坏;孔隙度与孔隙分布分维随拉伸变形量的增加而增长,颗粒分布分维随拉伸变形量的增加而降低,但均表现有相似的阶段性,据此可将整个拉伸破坏过程划分为孔隙的萌生、发展、贯通3个阶段。     

Turbulent dissipation and mixing in Prydz Bay

In this paper,we present measurements of velocity,temperature,salinity,and turbulence collected in Prydz Bay,Antarctica,during February,2005.The dissipation rates of turbulent kinetic energy(ε) and diapycnal diffusivities(K z) were estimated along a section in front of the Amery Ice Shelf.The dissipation rates and diapycnal diffusivities were spatially non-uniform,with higher values found in the western half of the section where ε reached 10-7 W/kg and K z reached 10-2 m 2 /s,about two and three orders of magnitude higher than those in the open ocean,respectively.In the western half of the section both the dissipation rates and diffusivities showed a high-low-high vertical structure.This vertical structure may have been determined by internal waves in the upper layer,where the ice shelf draft acts as a possible energy source,and by bottom-generated internal waves in the lower layer,where both tides and geostrophic currents are possible energy sources.The intense diapycnal mixing revealed in our observations could contribute to the production of Antarctic Bottom Water in Prydz Bay.     

强震条件下谢家店滑坡碎屑流发生机制试验研究

谢家店滑坡是5.12汶川大地震触发的较为典型的高速远程滑坡之一。通过滑坡岩体碎屑动荷载力学试验以及微结构特征分析,初步探讨了强震条件下滑坡碎屑流发生的动力学机制。结果表明:红色正长花岗岩的空隙和裂隙的发育程度均高于黑褐色砂岩;随着应变速率的增加,两种岩石的抗剪强度都有相应增加的趋势,且黑褐色砂岩的强度高于红色正长花岗岩;在加载速率持续增长的情况下,两种试样抗剪断强度拟合直线斜率相同,故强度增长速率相等;汶川地震使两种岩石均达到了其抗剪强度,所以岩体的剪切破坏是导致该滑坡发生的主要原因之一。     

加气硅化黄土的微结构研究

采用扫描电镜、数字图像方法和表面积孔隙分析仪研究了天然黄土和固化龄期13,19,24 a加气硅化黄土的微结构和孔隙特征。结果表明：天然黄土和加气硅化黄土的微结构均以粒状架空结构为主;加气硅化黄土架空孔隙内充填有少量凝胶;这些凝胶附着在骨架颗粒表面,增大了颗粒间的接触面积。与天然黄土相比,硅化黄土孔径分布基本无变化,平均孔径、面积比和孔隙体积没有降低,但孔隙表面积从17.810 4 m2/g 增加到27.473 5 m2/g。加气硅化黄土的机制是保持黄土架空孔隙基本不变,通过凝胶薄膜强化了黄土微结构中胶结物的强度,将骨架颗粒黏结成为一个空间网状整体,消除了黄土的湿陷性,并提高了其工程力学性能。     

Constraints of authigenic carbonates on trace elements (Sr, Mg) of lacustrine ostracod shells in paleoenvironment reconstruction and its mechanism

Molar ratios of Mg/Ca and Sr/Ca were measured in two species of ostracod shells preserved in the upper core (15-55 m) of the Heqing Basin in Yunnan Province, southwest China. By correlating the molar ratios between Mg/Ca and Sr/Ca and comparing them with Sr concentrations of the sediments, we suggested that: (1) the molar Mg/Ca and Sr/Ca ratio variations in respective ostracod primo re- flected the changes in its ambient water composition and ecology; (2) the molar Sr/Ca ratios responded better to the salinity change linearly than Mg/Ca without aragonite precipitation in the system, and otherwise there was no linear relation between them; and (3) the molar Sr/Ca ratios were mainly con- trolled by salinity and authigenic carbonate precipitation, whereas the molar Mg/Ca ratios were related to both salinity and temperature. In fact, the rate of ostracod growth owing to temperature controls the fluctuation of Mg/Ca in shells. Here, more attentions should be paid to the constraint of authigenic mineral precipitation processes on the trace elements in ostracod shells and to the correlation between these trace elements in biogenic carbonates and compositions of the sediments in systems and in fu- ture in vitro experiments.     

冻结作用对青藏红黏土及兰州粉土微观结构的影响分析

冻土微观孔隙特征是决定冻土体一系列物理、力学性质的基本参数,冻土中存在的冰晶体其体积受温度影响发生变化会影响到冻土的土体微观结构及孔隙特质发生变化。利用可用于负温冻土观测的新型扫描电镜,通过对青藏红黏土及兰州粉土不同初始条件下的土样冻结前后微观结构进行研究分析。结果表明：冻结作用发生后,冰晶生长对周围土颗粒产生挤压作用,导致周围土颗粒的移动和结构破坏,土中大孔隙的数量增多,加之周围小孔隙补给大孔隙中的冰晶进一步生长,出现局部个别大孔隙体积增大,小孔隙体积缩小的现象,表现在孔隙率上为土体在冻结后孔隙率减小;此外,对于粒径级配不同的土体而言,冻结作用对细颗粒土的土体孔隙的尺寸、形态以及排列方式等方面的影响均大于粗颗粒土;同样,初始含水率决定了冻结作用发生后参与改变土体微观结构的冰晶体生长的"量"的大小,在冻结作用对土体结构性破坏的过程中起重要作用。研究成果定量揭示了冻结作用对不同初始条件下的土体微观结构的影响,为研究冻土宏观力学特性和冻胀机制等提供了理论基础与和试验支撑。     

温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制

为研究温度冲击下煤的微观结构变化及其损伤断裂机制,以干燥颗粒煤为研究对象,分别开展了煤样的冷冲击和热冷冲击试验。利用扫描电镜（SEM）观测图像结果,分析对比了两种温度冲击前后煤样微观形貌、裂缝分布、开裂和延伸情况,结合断裂力学理论分析了煤样内部微裂缝的开裂机制和扩展方向,并通过ANSYS有限元软件模拟了微裂缝扩展时的应力场和位移场的分布情况,揭示了煤样的断裂机制。研究结果表明,两种温度冲击对煤的结构均造成了不同程度的破坏,温度冲击所形成的热应力最终导致了原始裂纹和新生裂纹的扩展和延伸;温度冲击下所产生的裂纹形式主要有沿晶裂纹、穿晶裂纹、翼型裂纹、交叉裂纹、枝须状裂纹和网状裂纹;分析结果表明,温差愈大,所产生的温度热应力愈大,热冷冲击所产生的裂缝的数量更多、扩展更充分,对煤样的破坏更严重,因此,热冷冲击的破煤效果更好。     

长期注水对致密砂岩油藏岩石力学性质影响机制研究

注水开发是致密砂岩油藏增产的重要手段,长时间注水会改变地层岩石物理力学性质,影响油井产量。为探究长时间注水对地层岩石物理力学性质影响的微观机制,选取同一储层已注水15a及尚未注水岩芯进行对比试验分析。通过试验得到了注水前后地层岩石在弹性力学参数、矿物成分、微观孔隙结构等方面的差异。长时间注水后,岩石矿物成分及内部结构发生变化,主要表现为黏土矿物及方解石含量降低,岩石颗粒间填充物及胶结物大量减少,中小孔隙发育为大孔隙,孔隙度增大,进而导致致密砂岩力学性质弱化,变形能力增大。