Constitutive modelling of fine-grained gassy soil: A composite approach

Fine-grained marine sediments containing large undissolved gas bubbles are widely distributed around the world. Presence of the bubbles could degrade the undrained shear strength (s_u ) of the soil, when the gas pressure u_g is relatively high as compared with the effective stress in the saturated soil matrix. Meanwhile, the addition of bubbles may also increase s_u when the difference between u_g and pore water pressure u_w becomes smaller than the water entry value, causing partial water drainage from the saturated matrix into the bubbles (bubble flooding) during globally undrained shearing. A new constitutive model for describing the two competing effects on the stress-strain relationship of fine-grained gassy soil is proposed within the framework of critical state soil mechanics. The gassy soil is considered as a three-phase composite material with compressible cavities, which allows water entry from the saturated matrix. Bubble flooding is modelled by introducing an additional positive volumetric strain increment of the saturated clay matrix, which is dependent on the difference between pore gas and pore water pressure based on experimental observations. A modified hardening law based on that of the modified Cam clay model is employed, which in conjunction with the expression for bubble flooding, can describe both the detrimental and beneficial effects of gas bubbles on soil strength and plastic hardening in shear. Only two extra parameters in addition to those in the modified Cam clay model are used. It is shown that the key features of the stress-strain relationship of three fine-grained gassy soils can be reproduced satisfactorily.     

基于CIPS软件探讨高山地DOM数据的生产方式

在DOM数据生产中,山地、高山地数据一直以来都是重点和难点。本文分析了高山地影像数据的特点,提出一种与山地、高山地数据相适应的处理方式。最后基于CIPS软件,按需求设计对应的软件处理流程,并使用满足实验要求的高山地影像数据,对这种方式加以实现和验证。     

1999年北京持续高温天气过程的诊断分析

利用北京观象台观测资料和NCEP/NCAR再分析数据,对1999年6月24日至7月2日北京一次持续性高温天气的演变和发展过程及非绝热加热作用对系统的影响进行诊断分析,结果表明：在此次高温天气发生前,欧亚大陆中高纬度环流经向度很大,欧洲北部和贝加尔湖以南为高压脊控制,中亚和我国东北地区则处于低压槽内。贝加尔湖南部的高压脊纬向延伸范围较广,在东移过程中长时间影响北京。随着贝加尔湖以南的高压脊逐渐东移,北京上空下沉增温与非绝热加热作用有所增强,北京逐渐受到高温天气影响。在高温天气发生的后半阶段,我国东北的低压槽入海后在120130°E附近维持并发展,槽前非绝热加热率很大。从垂直方向来看,加热率在500 hPa以下随高度迅速增加,根据全型涡度方程,强烈的非绝热加热率垂直分布不均作为一个明显的涡度源区,对入海低压槽的稳定维持有显著的作用。而入海低压槽的稳定维持,又阻碍了华北高压脊的东移,使其在北京地区长时间稳定少动,为北京带来多日的持续性高温天气。     

青藏高原拉萨地块西部念青唐古拉岩群的地球化学特征及构造意义

拉萨地块西部呈断块状沿狮泉河-申扎-嘉黎蛇绿混杂岩带附近分布的念青唐古拉岩群被认为是前寒武纪变质基底。本文对念青唐古拉岩群进行了系统的岩石学、地球化学、同位素年代学及构造地质学研究。研究结果表明片岩-片麻岩-变粒岩含十字石、石榴子石等特征变质矿物,遵循粒度分异规律,其原岩可能为来自冈瓦纳古陆核北缘中新元古代弧盆体系的活动大陆边缘浊积岩。斜长角闪岩具低硅、高铁镁、富钙的基性岩特征,其原岩为岛弧型基性火山岩。念青唐古拉岩群中的花岗伟晶岩锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为1150±13Ma,具过铝质S型花岗岩地球化学特征,可能为中元古代(1150±13 Ma)以前就开始沉积的念青唐古拉岩群基底岩石通过部分熔融形成。与花岗伟晶岩渐变过渡接触的二云斜长片麻岩第一组变质重结晶锆石U-Pb年龄为701±15 Ma,结合十字石特征变质矿物,暗示了该地区中温高压变质作用的峰期变质,变质程度达角闪岩相;第二组热液流体锆石UPb年龄为301±8.4 Ma,可能与冈瓦纳大陆北缘古特提斯洋演化过程中的岩浆热液作用有关。     

部分变量误差模型的整体抗差最小二乘估计

部分变量误差模型(partial EIV model)的加权整体最小二乘(weighted total least-squares,WTLS)估计不具备抵御粗差的能力。鉴于粗差可能同时出现在观测值和系数矩阵中,本文在提出部分变量误差模型WTLS估计的两步迭代解法的基础上,运用抗差M估计的等价权方法,发展了一种整体抗差最小二乘(TRLS)估计方法,并采用一致最大功效统计量确定降权因子。针对WTLS估计两步迭代解法的特点,设计了两个不同的降权方案:第1个方案是在估计系数矩阵元素时,不对观测值降权,仅对系数矩阵降权;第2个方案是在估计系数矩阵元素时,既对系数矩阵降权,同时也对观测值降权。通过对模拟2D仿射变换和线性拟合实例进行计算和分析,结果表明第1方案优于第2方案,并且优于基于残差和验后单位权方差的抗差估计和现有的变量误差模型抗差估计。     

基于部分最小二乘岭估计的粗差定值定位

在利用部分最小二乘原理进行粗差定值定位时,模型的法方程矩阵可能存在病态性,使得到的粗差定值定位结果不可靠。文中针对观测数据包含多个粗差且法方程病态问题,利用岭估计处理病态问题,建立部分最小二乘岭估计的粗差定值定位方法,给出粗差搜索步骤,利用迭代算法实现多个粗差的定值和定位。通过模拟算例分析部分最小二乘法、部分最小二乘岭估计在粗差搜索方面的效果,从另一个角度探讨粗差处理方法,推广现有的误差理论,证明文中方法的有效性。     

BDS／GPS 组合 RTK 定位性能分析

针对单系统RTK存在可见卫星数少等问题,文中研究BDS/GPS站间单差的RTK算法模型,该模型采用二次型函数部分最小化及LAMBDA方法联合搜索模糊度。利用该模型分析BDS/GPS组合RTK的定位性能,通过短基线实测数据分析表明:站间单差RTK模型与双差模型是等价的;BDS/GPS组合系统相比于单一系统,明显提高定位的稳健性和精度,改善模糊度固定的成功率。     

从藏南陆-陆碰撞带深部结构构造演化探讨斑岩铜矿的成岩成矿问题

本文以INDEPTH项目对印度大陆与欧亚大陆碰撞带深部成像结果为基础,从构造演化角度探讨藏南陆-陆碰撞带冈底斯斑岩铜矿带的成矿作用问题。深部探测给出的碰撞带深部结构与侯增谦等地质学家提出的深部结构有较大的异同,如何协调起来以深化对藏南陆-陆碰撞条件下成矿作用的认识,这是本文讨论的中心。藏南碰撞带成矿实际上是在新特提斯大洋岩石圈俯冲形成的冈底斯岩浆弧成矿作用的基础上,再经过陆-陆碰撞挤压强烈改造后的再成矿。碰撞带的深部结构构造演化的特点是:(1)新特提斯大洋岩石圈板块向北连续俯冲了约120 Ma,形成的冈底斯陆缘火山岩浆弧带,这导致了陆缘带地壳增厚并含有大量的地幔岩浆流体物质(如南美安第斯成矿带那样);(2)在印度大陆与冈底斯陆缘弧接近碰撞时,在对挤中新特提斯大洋洋壳与大洋岩石圈地幔发生向上挤出与向下拆沉,并使部分洋壳残片和大洋岩石圈物质保存在中上地壳内;(3)两大陆岩石圈碰撞对接后,印度岩石圈地幔加深达70~80 km并沿地壳底部向北推进,并将加厚地壳内大量的成矿物质、钙碱性岩浆,洋壳及新生的下地壳,以及部分地幔物质从地壳底部将其围限起来,成为后期再成矿的物质基础;(4)查明了碰撞带深部壳/幔间产生了一层中间速度层(相当于MASH层),在中上地壳部位出现一层巨大的部分熔融层;(5)在碰撞挤压下冈底斯带内产生多组断裂构造,大型逆冲断裂系与背冲断裂,并引发了含矿岩浆的再活动,并在浮力(下地壳内)和挤压力作用下多次活动上升生成斑岩型铜矿床;(6)成矿后地表遭受过强烈的风化剥蚀作用,使矿床出露地表。     

涉及埃达克岩实验的若干基本概念与问题辨析

根据热力学原理,部分熔融是相变的一种表现形式。当岩石沿p-T轨迹穿过固相线时即可发生熔融。自然界岩石常见的不一致熔融行为可以导致残留相具有不同于源岩的整体成分与矿物组合。残留相与源岩可以属于不同的变质相,岩性也可以不同。"C型埃达克岩"含有含水矿物,它们不是干体系熔融的产物。实验岩石学研究表明,基性成分(SiO_250%)体系较中性、酸性体系在1.0~2.0 GPa压力条件下失水熔融时更易于形成"榴辉岩质"的残留相。源岩除SiO_2以外的其它主要氧化物会影响残留相中各矿物的比例,进而影响熔体的Sr、Y及HREE含量。因此,"C型埃达克岩"高Sr低HREE特征的形成取决于熔融温压条件以及源岩的主量元素、微量元素组成等多重因素。高钾含量(K_2O≈1.0%)的基性、中基性源岩形成的熔体成分与"C型埃达克岩"相比过于富Al或富Na。中等富钾的基性源岩的低程度熔融可以形成高硅的"C型埃达克岩",但无法形成中性的"C型埃达克岩"。     

西北印度洋中脊玄武岩源区地幔特征

利用全球岩石地球化学数据库(Pet DB)中有关卡尔斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)及南中印度洋脊(SCIR)玄武岩的微量元素及同位素组成数据,分析了玄武岩的元素地球化学特征及其沿脊轴的变化,旨在探讨玄武岩源区地幔的(不)均一性及岩浆作用过程的差异。初步研究结果表明:CR、NCIR及SCIR玄武岩组成相近,仅在个别脊段表现有微量稀土元素和同位素组成上的差异,玄武岩整体与N-MORB组成特征相近,与先前通常认为的典型印度洋中脊玄武岩不同。玄武质岩浆主要源自尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,岩浆源区主要由两个地幔端元构成,即以亏损型地幔(DMM)为主(69%),其次为富集型地幔(EMⅡ,27%)。富集组分可能源自古老陆壳物质的混染。自CR经NCIR到SCIR整个印度洋中脊西北分支玄武岩的Sr、Nd及Pb同位素组成表现出均一性,表明岩浆源区地幔组成相近。在SCIR 19°S附近脊段岩浆源区地幔存在有不均一性,有EMⅡ型地幔端元混入的迹象。在CR 3.5°N附近脊段,玄武岩明显富集K、Ba、La及U等微量元素,但由于缺少同位素数据,源区地幔特征有待进一步研究。在上述研究成果的基础上,提出了该区大比例尺的调查填图及密集采样和精细室内分析是CR深入研究的基础,同时加强Sr、Nd、Pb及Re、Os、Be等同位素分析测试,可提供揭示CR地幔不均一性的可靠依据,而厘清印度洋型地幔对CR的影响程度则有助于深入认识地幔不均一性的成因及地幔动力学过程。