不同恒温时间加热下花岗岩冲击压缩力学特性及破碎特征

为研究不同恒温时间的实时高温作用对花岗岩冲击压缩力学特性与破碎特征的影响,开展了高温时SHPB冲击压缩试验及筛分试验。首先,将花岗岩加热到700℃并进行0、30、60、90及120 min这5种不同时间的恒温热处理;其次,不对试样做冷却处理,利用同步对杆装置进行高温时SHPB试验,收集破碎试件并开展筛分试验;最后,结合抗压强度、分形维数等数据,分析花岗岩的力学特性及破碎特征。研究结果表明:恒温时间对花岗岩动态抗压强度影响较大,试件抗压强度随恒温时间增加而呈明显下降趋势;花岗岩破碎程度随恒温时间增加而不断加剧,表现在破碎试件中细块数量逐渐减少,细粒数量不断增多。不同恒温时间加热下花岗岩冲击压缩破坏的分形维数集中在2.2~2.7之间,且与恒温时间呈现正相关关系。实时高温作用下花岗岩动态抗压能力与宏观破碎分形特征均具有明显的应变率强化效应。

甘肃北山地区早白垩世古气候定量研究:基于爬行动物C-O同位素分析

为定量查明甘肃省北山地区早白垩世古气温、古降水量等重要古气候指标,在酒泉盆地东北缘北山地区下白垩统采集了恐龙牙齿、鳄类牙齿和龟类背甲有效样品。笔者通过化学实验从牙釉质和龟甲中获取了生物磷灰石,提纯并测得了磷灰石中磷酸根的δ^(18)O_(P)值(‰,V-SMOW)、碳酸根的δ13CC值(‰,V-PDB)。禽龙类牙齿牙釉质的δ^(18)O_(P)值(‰,V-SMOW)为14.627‰~22.137‰,平均值为17.634‰;角龙类牙齿牙釉质的δ^(18)O_(P)值(‰,V-SMOW)为15.532‰~22.668‰,平均值为18.225‰;兽脚龙类牙齿牙釉质的δ^(18)O_(P)值(‰,V-SMOW)为16.915‰~20.763‰,平均值为18.925‰;鳄鱼牙齿牙釉质的δ^(18)O_(P)值(‰,V-SMOW)为16.619‰;龟类背甲δ^(18)O_(P)值(‰,VSMOW)为15.106‰~16.627‰,平均值为16.061‰。禽龙类牙齿牙釉质的δ13Cc值(‰,V-PDB)为-6.477‰~-1.852‰,平均值为-5.274‰;角龙类牙齿牙釉质的δ13Cc值(‰,V-PDB)为-5.609‰~-2.495‰,平均值为-4.051‰。根据O同位素数据计算得出全年平均古气温为(19.5±3.2)℃,根据C同位素数据计算出全年平均降水量为(605±151)mm/y,表明酒泉地区早白垩世为暖温–亚热带的干燥森林气候,以半干旱–干旱环境为主。

城市地下空间全寿命风险分析与防控体系构建

城市地下空间开发利用过程中安全事故频发,危害极大,为了有效减少事故的发生并降低损失,对其全寿命周期中的规划选址、水文地质勘察、工程设计、建设施工、运营维护等各个重要环节进行主要风险因素辨识及相应事故分析,指出各因素之间存在的相互影响关系。建立了安全评价指标体系,提出多因素、多方法的综合风险评价方法,并通过具体实例进行可行性验证。在此基础上针对城市地下空间的开发利用,构建'全周期、全体系、全系统'的风险防控技术和管理体系,为保障城市地下空间项目的顺利实施提供科学合理的思路和方法。

冻融循环后砂岩抗冲击力学特性及数值模拟

长期冻融循环作用对砂岩力学性能的影响是岩石力学和地下空间工程研究的前沿问题。通过对冻融循环作用后的砂岩进行CT扫描和霍普金森杆(SHPB)冲击压缩,以宏-细(微)观结合的试验手段和数值模拟技术解释冻融砂岩从初损状态到裂隙形成这一演变过程及力学响应。结果表明:冻融循环作用使砂岩内天然孔隙不断扩展,随着冻融次数的增多,试件孔隙、裂隙逐渐增大,冲击压缩后导致峰值强度降低;由破碎模拟可知,冲击后试件轴向压缩并且径向膨胀,达到极限后致使破坏,应力在中心处最大并向边缘环向递减。

静力压缩下煤岩组合体的裂前宏观弹性模型

煤岩组合体在静力压缩下的宏观变形受界面效应影响,与煤、岩单体存在显著差异。在岩石单体材料的有效介质模型基础上进行改进,考虑了煤岩组合体的构成特征,提出一种适用于不同类型的煤岩组合体的裂前宏观弹性模型。模型参数基于轴向裂纹应变确定,均可从试验曲线获得,方法简单方便。通过现有文献的数据验证,表明了模型的合理性、有效性和普适性。对模型参数进行讨论,结果表明:(1)在煤岩组合体的裂前阶段,煤岩组合体裂纹差异可以忽略;(2)模型通过对煤岩组合体基质进行解耦,反映了界面效应对煤岩组合体弹性性能的影响;(3)模型中岩体基质的有效占比随着煤体比例的提高显著下降;(4)存在岩体与煤体弹性模量的最佳比值,使岩体基质的有效占比最大。模型可为矿井支护方案设计与材料选择提供一种新的思路。

主动围压作用下混凝土-花岗岩组合体抗压力学特性与强度预测模型研究

混凝土-花岗岩组合体属于工程中典型的二元材料,在三轴条件下表现出与单体不同的力学响应特性。对混凝土单体(concrete monomer,简称CM)、花岗岩单体(granite monomer,简称GM)、混凝土-花岗岩组合体(concrete-granite combined body,简称CGCB)进行不同围压下的准静态压缩试验,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)观察CGCB破坏后断口和界面的微观结构,并利用RFPA模拟CGCB的破坏过程,揭示组合体试件的整体裂纹扩展和破坏机制。最后基于Mohr-Coulomb强度准则建立了组合体三轴抗压强度预测模型。结果表明:组合体的单(三)轴抗压强度与材料尺寸效应和界面约束效应有关;随围压增大,组合体破坏状态由单轴的“Y”型劈裂破坏转变为混凝土组分剪切破坏;数值模拟结果表明,不同围压条件下远离界面的混凝土和界面近区的花岗岩依次发生损伤,逐渐形成贯通剪切裂纹,导致花岗岩组分发生劈裂破坏;所构建的强度预测模型能和试验结果、数值模拟很好地对应,表明了模型的准确性。研究结果可为深部地下工程结构的开挖和支护提供科学依据。

实时高温作用下花岗岩冲击压缩力学特性研究

为研究实时高温作用对花岗岩冲击力学特性的影响,以川藏铁路色季拉山施工区域加里东期花岗岩为研究对象,利用分离式霍普金森杆(SHPB)及同步箱式电阻炉,对20~800℃实时高温下的花岗岩试件进行冲击压缩试验,分析高温作用及加载应变率对试件破碎特征、动态抗压强度及能量吸收情况的影响,基于粉晶X射线衍射分析矿物成分变化与花岗岩动力学强度的内在关联。研究表明:20~400℃高温试件以脆性劈裂破坏为主,碎片形态呈纺锤形,两端尖锐,而600℃高温试件以塑性破坏为主,形状趋于圆钝;试件峰值应力随温度升高具有先增大后减小的变化趋势,200℃时达到强度阈值,随后持续降低;单位体积岩石耗散能与加载应变率呈线性正相关关系,与温度呈二次函数关系,与峰值应力呈指数关系,拟合效果良好;石英、云母和长石三种主要矿物成分的含量波动、相态变化等因素共同导致花岗岩动力学强度在200℃后逐步劣化。

基于机器学习可解释性算法的岩爆指标分析

为探究弹性能指数、应力系数、脆性系数、埋深4种岩爆指标与岩爆等级之间的相关关系,解决复杂机器学习算法的黑盒问题。引入LIME(local interpretable model agnostic explanations)算法,完善岩爆机器学习预测过程中的可解释性。搜集了中外190组岩爆实例工程构建数据集经过预处理后,通过9种机器学习算法比较获得最优算法并采用贝叶斯优化获得算法最优参数,建立岩爆预测模型。基于LIME可解释性算法,对4种岩爆指标进行相关、回归及阈值分析,最后采用弹性能指数及应力系数两种指标阈值对终南山隧道竖井工程进行岩爆预测。研究结果表明:岩爆等级与弹性能指数、应力系数呈线性相关,且弹性能指数线性关系更明显;岩爆等级与脆性系数、埋深呈非线性相关,且脆性系数非线性关系更明显;4个岩爆指标对岩爆等级影响程度依次为:弹性能指数、应力系数、埋深、脆性系数;LIME算法可以准确地表达岩爆等级与岩爆指标之间的相关关系且得到的两种指标阈值与终南山隧道竖井工程实例具有一致性。

高温-水冷循环作用对花岗岩冲击压缩力学性能的影响

干热岩开采等实际工程中高温-水冷循环和强扰动加剧了岩体力学性能的劣化,极易影响工程安全性和经济性。为研究高温-水冷循环作用对花岗岩冲击压缩力学性能的影响,对400℃下经历不同次数(0、2、4、6次)高温-水冷循环后的色季拉山花岗岩进行物理性质试验,采用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)进行冲击压缩试验,通过破碎形态和分形维数分析花岗岩试件破碎规律。结果表明:随着循环次数的增加,花岗岩外观颜色变暗、变黄,表面裂纹增多,粗糙程度增大;花岗岩密度、P波波速、动态抗压强度与循环次数均呈负相关,P波波速和动态抗压强度在前2次循环期间分别急剧下降42.53%和4.57%~10.80%;在相同循环次数下,花岗岩动态抗压强度随加载速率的增大而显著增加,表现出明显的应变率强化效应;在相同加载速率下,花岗岩破碎程度随循环次数的增加而加剧,在相同循环次数下,花岗岩主要破坏形式随加载速率的增加由劈裂破坏变为块状、粉碎破坏;花岗岩分形维数变化规律与破碎形态变化规律一致,经历6次高温-水冷循环,分形维数增幅为3.44%~11.52%。

冻融损伤后砂岩微结构的多重分形特征

为了研究冻融循环对寒冷地区岩石的损伤劣化机理,本文基于核磁共振技术(NMR)和扫描电镜技术(SEM)试验结果,讨论经过不同冻融作用后砂岩内部孔隙结构劣化规律、表面微结构的间隙度变化及多重分形特征,以探明冻融砂岩微结构的损伤机制。研究发现:冻融砂岩内部小孔隙占新增孔隙的99%;在冻融循环超过80次时,小孔隙的扩展率持续大于萌生率,向不均匀分布转变;冻融砂岩内部大孔隙的NMR分形维数整体表现为随着冻融循环次数的增加而减小;冻融使砂岩内部晶体表面变得粗糙,晶内裂纹增加,晶粒逐渐脱落;冻融20次后,砂岩局部结构平均间隙度持续增长,增长率在80~100次达到最大,为0.1%;冻融砂岩SEM图像表现出良好的多重分形特征,岩石越软弱,多重分形特征越明显。

国际金融危机的影响及对中国资本市场发展的启示

美国次级房屋抵押贷款债券危机不断蔓延,已经逐步演变成为自1997年亚洲金融危机以来全球最为严重的一次金融危机,给全球金融市场和金融机构造成了重大影响。本文通过对此次国际金融危机的影响进行分析,对中国资本市场持续、稳定发展的有益启示进行初步探索,提出协调发展经济和金融、稳步推进金融创新、审慎稳步对外开放、积极强化金融监管、有效整合监管资源等政策建议。

水岩作用下花岗岩动态冲击压缩特性及损伤时效性研究

了解水岩作用下岩石动力学特性及损伤时效性对深部岩石工程灾变预防具有重要意义。为研究水岩作用时间对花岗岩动态冲击压缩特性及损伤特性影响,使用分离式霍普金斯压杆(SHPB)系统对不同浸泡时间的试件进行冲击压缩试验,结果显示,水浸泡处理提高了花岗岩强度对加载率的敏感性,低加载速率下强度软化因子与时间线性负相关。此外,通过光学显微镜、原子力显微镜、等离子质谱仪和核磁共振系统观察纯净水浸泡0,2,4,6个月的花岗岩表面和内部微观结构变化,优化孔隙损伤演化模型,计算发现6个月未达孔隙损伤阈值。最后量化分析水岩作用时间特性,解释化学损伤与孔隙损伤的时效性差异。结果表明,水岩物理、化学作用共同促进孔隙发育,但时间特性不同,化学作用随时间增长而减缓,物理作用反之。

冻融循环作用后砂岩的动态抗拉性能及能量演化试验研究

为研究冻融循环对砂岩动态抗拉性能的影响,利用Ф50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),以3种平均加载率(344.72,371.991和431.761 GPa/s),对经历6种不同冻融循环次数(0,20,40,60,80和100次)的砂岩进行动态劈裂抗拉测试,并利用核磁共振系统测试冻融循环后砂岩内部孔隙变化,分析冻融循环及加载率对砂岩的破坏特征、动态劈裂抗拉强度及能量演化规律的影响。研究结果表明:(1)冻融砂岩劣化模型满足指数函数关系,随着冻融循环次数的增加,孔隙度变大,动态劈裂抗拉强度减小,破碎程度增加。冻融循环80次后劣化速率最快。(2)加载率的提高将弱化冻融循环对砂岩的劣化作用使砂岩半衰期延后。(3)最大吸收能因加载率的提高而增大的速率随损伤状态的提高而降低。最大吸收能随冻融循环次数的增加呈指数下降,且与动态劈裂抗拉强度呈现良好的正相关。研究结果可为寒区工程中岩石的破坏机制研究提供理论基础。