Estimation of net theoretical excavation rates in concrete and sandstone

Abstract

The estimation of excavation rates in specific geological and geotechnical conditions is one of the most delicate aspects for mining and geotechnical operations particularly offshore. Many models have been developed to study the effectiveness of a drilling tool in contact with the ground. In this article, the results of laboratory cutting tests on concrete specimens are shown. The comparison of the results of laboratory tests with different predictive models, helped to identify the most representative models. The models were then used to study in more detail, the effectiveness of the excavation tools through a parametric analysis. The research helped to define how to obtain rubrics, which can estimate the theoretical net cutting production of an excavation machine, when the power of its engines is known, or to evaluate, when the requested net cutting production is available, the power that the cutting machine must have. The findings were also applied to a sandstone previously investigated. The results are based on theoretical models and cannot be used on geomaterials with the same (or similar) geotechnical properties.     

“协优”成矿预测方法的理论探索与实践

根据西藏野外地质工作难度大、工作程度极低、找矿信息少且获取极其困难这一实际, 在认真学习、吸收前辈成矿预测理论精髓及大量找矿实践和理论思考的基础上, 基于系统性、关联性、目标一致性、不充足判据的充足化、复杂与精确的反比性原则, 提出了西部工作程度极低地区快速逼近找矿目标的“协优”成矿预测法, 即只要优选出少量相互关联、目标一致、最能揭示某种类型成矿本质特征的关键信息组合, 就可能导致该类型矿床被发现.强调直接信息的先导作用及少数相互关联信息的明确指示意义, 突出信息与预测目标的一致性, 这样可有效减少信息的不确定性和多解性, 从而降低找矿风险.试图从另一个视角、另一种思路来认识和探讨西部工作程度极低地区的成矿预测问题.该方法应用于冈底斯、北喜马拉雅及念青唐古拉等成矿带的勘查实践, 找矿取得了巨大突破.这对促进冈底斯相邻地区乃至整个西部地区的找矿评价、技术方法进步等具有重要的参考与借鉴意义.      

沙产业理论体系构建初探

1984年,我国著名科学家钱学森提出了发展沙产业的构想,在沙产业理论的指导下,西北各省区进行了积极的探索实践,取得了一定进展,但沙产业理论体系构建的研究仍处于探索阶段。通过回顾沙产业概念的提出与发展、梳理沙产业理论的学科基础,初步探讨了沙产业理论体系构建的基本框架,以期为沙产业理论的进一步完善奠定基础,推动沙产业的健康发展,促进沙区生态、经济、社会共赢,人与自然和谐相处,经济社会协调可持续发展。     

南海北部神狐海域甲烷水合物BHSZ与BSR的比较研究

天然气水合物(主要是甲烷水合物)因其重要的资源、环境意义越来越受人们关注.其在海底沉积物中的稳定存在及分布受温度、压力、甲烷供应量等因素的控制,勘探工作中,经常把似海底反射层(BSR)对应于甲烷水合物的稳定带底界(BHSZ).通过对南海北部地区甲烷水合物BHSZ与BSR的对比研究,我们发现在南海北部部分地区二者并不一致,二者之间的误差较大且呈一定的规律性分布,在神狐地区北部,水深较浅、沉积速率较快,BHSZ与BSR的误差为负,绝对值达192%;而在水深较深、基底为隆起的、沉积速率相对慢的神狐东南部,BHSZ与BSR的误差逐渐过渡到为正值,误差约为45%,我们综合分析了由速度-深度关系、BSR深度处反射时间、海底温度、平均热导率、静水/静岩压力模型、水合物稳定P-T方程等参数、流体活动性等计算参数可导致的的误差范围,最后认为导致BHSZ与BSR之间误差的主要因素可能是对BSR的理论认识上,在南海北部地区地震反射识别的部分BSR对应的可能是游离气带顶界(TFGZ)或古BSR或仅仅是由近水平地层或不整合面封存的含气层,而非传统意义上对应于BHSZ的BSR.而造成BHSZ与BSR规律性分布的基础地质因素则可能为在张裂基底上不同构造部位发育的不同的沉降、沉积过程及其热响应,进而造成不同的甲烷生成量、聚集量以及不同的水合物系统相对沉积物的迁移速率,最后产生不同深度的游离气顶界或不同深度的残留异常"古BSR"或含气层.     

冻结红砂岩非线性蠕变模型的研究

对-10℃的冻结红砂岩进行了单轴蠕变试验,应力水平依次为0.36、0.45和0.54,发现当应力水平为0.36和0.45时,红砂岩蠕变为稳定蠕变,当应力水平为0.54时,蠕变为不稳定蠕变。应力水平越高,蠕变达到稳定的时间越长。对蠕变曲线的导函数进行分析,发现红砂岩不稳定蠕变的加速阶段门槛值为13 h。通过对实测数据的拟合,得到了3个应力水平下红砂岩蠕变的经验方程。由开尔文体、改进麦克斯韦尔体和改进陈沅江体串联组成了理论模型,并得到了模型参数,理论曲线与实测曲线吻合较好,能够较好地反映冻结红砂岩的蠕变规律。试验结果为采用冻结法施工的矿井评价冻结壁的稳定性提供了相应的参考。     

地质力学的基本特征、成就和问题

论述了地质力学这一我国独立建立的地质学科形成的背景、基本特征、主要成就和存在问题, 指出:地质力学是在地质学三大论战, 特别是大陆漂移学说影响下, 独辟蹊径提出的; 地质力学有4个基本特征, 即3个立论依据, 9个基本概念, 7个研究步骤, 4个基本观点(本质的、联系的、发展的和实践的)。全面论述了地质力学10个理论方面、5个技术方法和5个生产实践方面的突出成就。地质力学存在的突出问题:本质上被裹挟于"固定论"泥潭中, 在认识新发现和接纳新观念上裹足不前; 古构造时期鉴别上存在重大误区, 过分强调了造山带的"长期继承活动"; 深部地质和全球海洋地质研究十分薄弱等。因此, 解放思想、与时俱进和走向全球是它当前3个紧迫任务。      

不同学科概念地图研究的反思

讨论了不同学科关于主观地图的研究:生理学研究发现,在人脑中存在环境认知地图,其由头脑中的海马趾神经元决定,老出租车司机的海马趾神经元比其他人的海马趾神经元大,男女方向感的差异主要是由于男女使用不同的海马趾的影响:教育心理学研究提出,概念地图是学习的图形化表征,其已广泛应用于教育、管理、人工智能、语言学等领域:规划环境领域进行了认知地图的环境认知研究,认为认知地图是基于拓扑关系的环境映射。笔者提出了客观地图和主观地图的概念,认为主观地图在地图学研究中被弱化和边缘化了,主观地图研究应成为地图研究的重要内容。探讨了主观地图的定义、分类和特征;认为主观地图研究具有巨大的发展潜力。     

弱胶结西域砾岩引水隧洞围岩抗力特性试验研究

弱胶结西域砾岩物质成分复杂、胶结较差,其力学性质十分不稳定,为科学反映弱胶结西域砾岩地层高压引水隧洞围岩的抗力特性,采用径向液压枕现场试验方法与基于传统承压板变形试验结果的完全弹性模型以及考虑开挖卸荷影响的弹塑性模型的理论估算方法,对弱胶结西域砾岩引水隧洞围岩的抗力特性进行综合研究。分析结果表明:(1)径向液压枕现场试验方法获得弱胶结西域砾岩围岩抗力系数为6.02~26.03MPa/cm;(2)根据承压板法等常规变形试验结果,采用完全弹性模型估算弱胶结西域砾岩围岩单位抗力系数为7.46~13.54MPa/cm,采用考虑开挖卸荷影响的弹塑性模型其估算结果为5.00~13.54MPa/cm;(3)受西域砾岩的颗粒组成特征及现场变形试验承压面积限制,根据承压板法获得的岩体变形模量,采用理论估算方法获得的围岩抗力系数较径向液压枕法试验结果偏低;(4)径向液压枕法现场试验结果反映了地应力环境、围岩材料特性、开挖卸荷影响等多因素影响下的围岩抗力特性,可为西域砾岩引水隧洞开挖及围岩衬砌提供直接可靠的围岩综合抗力系数。     

精细地质初议

通过对经济建设、资源勘探、环境保护和地学发展的需求分析,提出了进行精细地质研究的必要性,诠释了精细地质的概念及其技术体系。认为精细地质是以先进的技术方法和高灵敏度的测量仪器,对地质体进行精确细致的研究,形成先进、精确、实用的成果,达到提高地学科研与调查水平,高效服务经济建设的目的。精细地质的技术体系包括遥感、物探、化探、钻探、同位素测年、空间定位技术、计算机技术等,通过空中地表地下全方位立体化的综合调查,完成对研究对象的精细研究。通过物探、遥感、同位素测年、化探等核心技术在国内外精细地质研究中的发展应用状况分析,以遥感技术为例,阐述了进行精细地质调查研究的可能性,展望了精细地质在矿产资源勘探、地学研究、环境保护、国防建设、地质灾害调查等领域的应用前景。     

半封闭海湾共振周期计算与研究

三门湾海域水波共振现象较为显著,容易引发海洋灾害。针对三门湾这一典型半封闭海湾,分别从理论推导和数值模拟两方面研究了三门湾的共振周期。研究发现:理论推导结果可以用于对海湾整体共振周期的粗略估计,数值模拟结果更加精确,也能充分反映海湾内不同水域的共振特征。数值模拟结果表明,三门湾内各水域普遍存在3~4个共振周期模态,湾内各水道第一模态和第三模态共振周期数值解与理论值较为接近,石浦水道与外海相联通,共振周期不显著。三门湾内各水域共振周期第一模态对应的振幅最大,然后依次递减,但湾顶的青山港、蛇蟠水道第二模态共振周期及对应的振幅值与第一模态相差较小,基本呈现双峰结构。共振振幅由湾外向三门湾顶部逐渐增加,尤其是湾顶处振幅增益比较显著。通过本研究可以为三门湾的防灾减灾提供科学依据。