砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题。为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分。在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律。研究结果表明:1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上。2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D_(50),远大于下剪切带9D_(50)和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D_(50)。3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小。4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限。5)获得归一化剪切带厚度取值h_(t)/D_(50)与D_(50)的关系,在有限元模拟规则型结构与砂土的相互作用时,建议砂土体细化网格单元的范围不小于最大剪切带厚度37D_(50)。研究成果深化了砂土-规则型接触面剪切带变形特征的认识,可为大粗糙度、带肋桩的承载变形特性的精细化有限元模拟分析提供重要参考和依据。

高应变速率下TB6钛合金在绝热剪切带内的晶粒瞬间细化机制

采用分离式霍普金森压杆装置对TB6钛合金帽型试样进行室温动态加载试验,通过微观组织表征技术对绝热剪切带内的微观结构特征进行观察,研究高应变速率下TB6钛合金绝热剪切带内的晶粒瞬间细化机制。TEM观察结果表明:绝热剪切带中晶粒的瞬时细化是三种机制共同作用的结果。第一种机制是由于位错的快速运动、增殖以及塞积促使晶粒内部产生应力集中现象,最终在此现象的作用下形成裂纹、断裂以及细晶;第二种机制是通过增大晶粒内部的颈缩程度迫使细晶形成;在转动态再结晶机制的作用下,绝热剪切带的中心区域形成100nm的细小等轴晶。

基于摄影测量的三轴土体剪切带演化规律

为实现土样局部变形的定向研究,同时优化土样的变形测量精度,将数字图像测量与三轴试验结合,在不对仪器做大型改造的条件下,运用摄影测量技术改良试验.以桂林地区红黏土为研究对象,试验全程对土样全表面进行受力变形监测,并还原土样的三维重构模型,以此研究其应力应变关系、局部应变特性、剪切带演化规律.研究结果表明:(1)土样表面的剪切带内外区域具有截然不同的变形特征,带外区域变形较为均匀且变形量趋于稳定,而带内区域变形不均匀且变形量不断加剧;(2)根据土样表面不同区域间的局部应变差异,确定了剪切带开始形成、停止扩张及完全贯穿的临界状态,提出了一种判别剪切带发展阶段的方法;(3)根据判别方法,将剪切带的演化过程拆分为压缩变形、表面扩张、延伸贯穿、相对滑移四个阶段,并分析了各个阶段不同的变形规律与破坏机理.经摄影测量技术改良的三轴试验,能够得到更准确的土体局部本构关系和变形特性,为探索土的应变局部化现象提供了一种精确且经济的研究方案.

颗粒土中剪切带临界状态数学描述及其完全解

为正确模拟土体涉及剪切带演化的后失效力学响应,需采用包含细观特征长度的高阶连续介质力学模型.笔者利用前期所建立的微极亚塑性模型,对颗粒土中剪切带的发展过程进行了分析推导,得到了剪切带临界状态条件下关键变量所满足的非线性微分方程.该文展示了上述非线性微分方程的简要推导,重点讨论了该非线性微分方程的主要性质、主要参数变化范围和求解途径;通过对剪切带进一步的力学分析补充建立了一个能量方程,使问题具有确定解.在此基础上,应用数值积分求出了剪切带厚度因子和剪切内应力、变形率分布及剪切速度分布的完全解.其中剪切带厚度因子对于微极亚塑性模型细观参数的确定具有重要作用.

含粗粒滑带土剪切带演化及空间展布规律研究

对含不同强度粗颗粒的滑带土进行了可视化中型直剪试验,通过竖直置入铝丝观察剪切后铝丝变形情况获取剪切破坏带的空间信息,并建立了剪切带空间曲面方程。通过粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对可视面处二维剪切带信息进行提取,并与剪切试验得到的空间曲面方程的边界外推值进行对比,证明了空间曲面方程与PIV技术能够描述剪切带特征。然后通过PIV技术对不同剪切总位移与某一剪切位移下短时间内相对位移规律进行了分析。最后分析了预制损伤与粗颗粒强度对剪切带特征的影响。研究结果表明,剪切带形状为两端薄中间厚的带状,可采用高斯曲面方程对剪切带轮廓进行拟合。剪切带在发展过程中经历压密、自由损伤、损伤沿固定路径发展与剪切带贯通4个阶段,损伤使得剪切带发展各阶段前移,粗颗粒强度会对局部剪切带变形产生较大影响而对整体剪切带的变形影响较小。该研究成果对于揭示滑坡剪切带形成与演变规律从而设计合理的边坡防治方案具有重要意义。

块石破碎性质对土石混合体剪切带厚度的影响研究

土石混合体作为一种典型的浅表层堆积体,常引发不同规模的滑坡灾害。本文通过对比土石混合体在室内大型直剪和离散元(PFC2D)数值模拟直剪条件下剪切带厚度随含石量和上覆压力的变化特征,以期进一步揭示影响土石混合体剪切带厚度的主要控制因素。试验结果显示,室内试验中土石混合体的剪切带厚度主要受含石量的影响,其次为上覆压力,受块石尺寸的影响不明显。剪切带厚度随含石量从0增加到50%时表现为增大的趋势,随含石量的继续增大而表现为减小的趋势。但上覆应力小于200 kPa时,剪切带厚度随上覆应力的增大表现为增大的趋势,但上覆应力超过200 kPa时,其值表现为减小的趋势。然而,在数值模拟计算中,考虑块石不可破碎的情况下剪切带裂纹区域的宽度随含石量和上覆压力的增大表现为持续增大的趋势特征。分析认为,土石混合体剪切中大块石之间咬合后的齿轮带动效应是促使剪切带厚度增大的重要原因,而骨架结构含石量以及高垂直应力下块石咬合部位因高度的应力集中,随后导致的咬合棱角破碎,块石变形被限制在一定的区域内,却抑制了剪切带厚度的进一步增大。相反,在块石不可破碎的数值模拟计算中,高含石量试样内块石可持续的咬合滚动,促使周围的块石也发生变形,进而增大了剪切带的厚度。研究结果有利于揭示土石混合体的剪切变形破坏机制。

直剪和双轴离散元数值试验中剪切带宽度的孔隙率场测量技术

离散单元法(discrete element method,DEM)数值仿真中,孔隙率场已用于观测剪切带宽度,观测剪切带宽度有助于理解剪切带宽度与颗粒特性的关系。孔隙率场可由测量圆测得,但测量圆半径通常按经验确定。针对测量圆半径定义缺乏理论和数值研究等问题,开展了孔隙率测量精度与测量圆半径关系的研究。提出基于孔隙率场的“1/2宽度估算法”和“1/2曲率极值法”,将其应用于直剪和双轴压缩试验的剪切带宽度测量,并将测量结果与转角法和网格法测量结果进行了对比。DEM数值研究结果表明:提出的方法能够用于量测直剪试验和双轴压缩试验中的剪切带宽度;直剪试验中剪切带宽度随粒径增大而逐渐增大;因为试样的非对称和不均匀性,双轴压缩试验的X形剪切带中的两条剪切带宽度不相等,且剪切带随轴向加载过程逐渐变宽。

脉冲电流对高速冲击下2A10铝绝热剪切带作用规律研究

材料在高速冲击下产生绝热剪切带,电辅助电磁成形技术通过在试样变形同时通入电流可增强材料塑性变形能力,但脉冲电流对绝热剪切带的作用规律目前尚不明晰,制约了材料在超高速冲击环境下的应用。该文设计了一种偏轴长杆箍件试样,通过脉冲功率源和电磁斥力盘开展了2A10铝合金在极端多物理场环境下即电流密度为10^(8)~10^(9) A/m^(2),应变率≥10^(4)/s的动态变形特性研究。对试样进行金相处理后可观测到材料微观特征的演化过程,对比不同条件下微观特征分布得到了极端多物理场条件下电流密度对材料动态变形的作用规律。结果表明,施加电流后裂纹和绝热剪切带的长度减少,且长度随电流密度增大而逐渐减少。

连云山岩体韧性走滑剪切带变形特征及其动力学

晚侏罗世末‒早白垩世早期中国东部岩石圈经历了从挤压到伸展的构造转变,这一过程反映了古太平洋板片活动方式的变化。连云山岩体位于江南造山带中段,发育E-W向和NE-SW向走滑剪切带。E-W向走滑剪切带(F1)弥散地发育于二云母花岗岩中,而NE-SW向走滑剪切带(F2)以应变集中带形式切过黑云母花岗岩和斑状花岗岩岩株,叠加在F1之上。锆石U-Pb定年结果表明,连云山岩体中剪切变形的黑云母二长花岗岩和斑状花岗岩的侵位年龄分别150±2 Ma和138±5 Ma。从F2剪切带斑状花岗岩中心向边缘,石英C轴组构揭示糜棱岩中石英滑移系从柱面<c>到底面,表明从岩体中心向边缘变形温度从500℃降至约300℃。据此可以确定F1变形时间为150 Ma之后,F2变形时间为斑状花岗岩冷却至中心温度约400~500℃时,接近138 Ma。应力分析揭示两条剪切带发育的最大主应力(σ1)为NEE-SWW向,指示早白垩世早期古太平洋板块向扬子板块低角度俯冲方向为NEE-SWW向,深俯冲板片“回绕”时间略晚于138 Ma。

单晶铌低温剪切带形成与演化的透射电镜研究

作为高度局域化变形的重要塑性载体,低温剪切带通常会导致材料塑性失稳。研究其形成与演化机制对材料低温服役可靠性具有重要意义。本文对不同取向单晶铌的低温剪切带行为展开系统探究。研究表明,位错在不同滑移面的局域化活动导致了{110}或{112}剪切带的形成,并使材料宏观上表现出低温塑性失稳特征,其力学曲线表现出应力骤降的塑性流变行为。随着剪切带持续增厚,其界面处集聚的位错密度也随之升高,使剪切带-基体取向差逐渐增大;当增厚到微米尺寸后,剪切带界面位错所能协调的两侧晶体取向差趋于饱和。这些结果为发展低温剪切带演化动力学模型提供了实验参照。

后龙门山北东段辛家咀地区新发现一脆-韧性剪切带型金矿

1研究目的(Objective)后龙门山北东段位于扬子板块西北缘,地处松潘—甘孜造山带、秦岭造山带和扬子板块三大构造单元交汇部位(图1a),龙门山—大巴山Fe−Cu−Pb−Zn−Ni−Mn−铝土矿Ⅲ级成矿带。区内脆−韧性剪切带、断裂、裂隙、构造破碎带发育,成矿地质条件优越,目前已发现有黄泥坪、丁家林、太阳坪等多个中小型金矿床。为进一步探索该区金矿成矿潜力,中国地质调查局西安矿产资源调查中心针对后龙门山北东段辛家咀地区开展了勘查工作,新发现脆−韧性剪切带型金矿床1处。

河南省老湾金矿韧性剪切带特征及成矿机制探讨

老湾韧性剪切变质带是北秦岭古生代褶皱带与南秦岭印支褶皱带分界构造的一部分,呈NWW向展布,分为四个主应变带和两个岩片带。带内岩性分布以基性岩浆岩为主,兼有部分变质岩块体、酸性岩浆岩体和岩脉等。金矿化严格受韧性剪切变质带控制,主要集中分布在RF4强应变域中心及两侧的Ⅱ岩片区,辉绿一辉长岩为金的矿源层,后期老湾黑云母花岗岩对含金热流体起着成分改造和加强循环的作用。矿床成矿机制复杂,泥盆纪末,南北大陆发生碰撞,基性岩浆侵入,部分Au带入岩浆→印支期,发生强烈韧性剪切变形变质,Au元素活化运移,向强应变部位富集→燕山期,老湾花岗岩岩浆的热加入,Au进一步在剪切强应变带聚积成矿。

韧性剪切带中两种线理的地质意义

韧性剪切带中丰富的变形现象记录剪切变形过程的重要信息,线理是韧性剪切带中常见且重要的观测要素,能够为剪切带的形成及演化提供关键的线索。通过野外工作实测观察,总结2种典型线理(皱纹线理和交面线理)的特征、形成原因及其观测方法,预测韧性剪切带的剪切运动方向。研究表明,为避免由于皱纹线理易与擦痕混淆误判剪切运动方向,应对C面理和垂直于C面理的多个截面进行综合判断。

元谋变质核杂岩南部韧性剪切带特征及石墨矿化

通过元谋变质核杂岩南部地质调查及钻探工作,识别出4条韧性剪切带,宏观特征有糜棱岩及糜棱岩化岩石、拉伸线理、S-C组构、尖棱褶皱等,微观特征有石英动态重结晶、旋转碎斑、不对称压力影、云母鱼及微观尖棱褶皱等。已施工钻孔数据表明韧性剪切带范围为晶质石墨矿体良好容矿部位。

平面应变下原状黄土的剪切带研究

针对黄土地区工程建设中的平面应变问题,使用改进的西安理工大学真三轴仪进行了不同侧向固结压力、不同含水率下原状黄土的平面应变剪切试验,得出了剪切破坏时剪切带倾角试验值,根据应力-应变关系曲线求出了剪切带倾角的Mohr-Coulomb、Roscoe理论解,分析了相应控制因素下原状黄土强度、剪切带破坏模式与倾角的变化。结果表明:应力-应变曲线随含水率、侧向固结压力的增大从原生软化型向次生硬化型转变;剪切带破坏模式随侧向固结压力的增大依次呈现单一剪切带、锥型剪切带和X型剪切带;随着含水率的增大,黏聚力、内摩擦角减小导致Mohr-Coulomb剪切带倾角减小,剪胀作用增强导致Roscoe剪切带倾角增大;随侧向固结压力增大,动内摩擦角增大及剪胀作用增强,导致Mohr-Coulomb、Roscoe剪切带倾角增大。

Ti6Al4V切削锯齿形切屑绝热剪切带变形的表征

为了研究锯齿形切屑绝热剪切带带内的变形,通过分析锯齿形切屑的形成机理,以绝热剪切带带内剪切应变和剪切应变率来表征绝热剪切带的变形程度,建立绝热剪切带变形的解析模型并进行切削Ti6Al4V实验,收集切削实验获得的切屑.运用建立的绝热剪切带变形解析模型,分析不同切削速度下Ti6Al4V锯齿形切屑绝热剪切带的变形情况,结果表明:在实验条件切削速度范围内(30～200 m/min),随着切削速度的提高,切屑绝热剪切带的变形程度增加,绝热剪切带宽度及间距减小.

电弧增材制造不锈钢动态加载绝热剪切带内组织研究

绝热剪切失效是增材制造金属材料在高应变率载荷下的重要失效方式。使用电火花从冷金属过渡电弧增材技术制备的316L不锈钢单壁上沿着制造方向和扫描方向割出动态加载圆柱试样(尺寸为φ4 mm×4 mm)。采用分离式霍普金森杆对增材制造316L试样在应变率4 000到6 000 s^(-1)下加载至绝热剪切状态,研究了其动态剪切变形行为特别是剪切带内微观组织特征结构。不同应变率动态加载下,电弧增材制造316L不锈钢的动态应力首先由于应变硬化而增大,随后绝热剪切热软化与应变硬化的平衡导致了动态变形最后阶段的应力平台效应。绝热剪切带中亚晶经历了动态再结晶过程,具有与基体完全不同的等轴晶形貌,晶粒尺寸大约在200~300 nm。动态剪切复杂热力过程导致剪切带内的亚晶形成了双重织构,既有与基体一致的沿着压缩方向的<110>丝织构,也有与宏观剪切方向相关的晶体学织构,即(111)沿着宏观剪切面,<112>沿着宏观剪切方向。不同剪切带的等轴亚晶都有大量残余Σ3 60°晶界,同时存在与基体相同的孪生织构,可以证明孪生再结晶是绝热剪切带内亚晶主要的动态再结晶机制。宏观绝热剪切带发展路径沿着压缩面35°的对称路径发展,这除了符合动态加载下试样中最大应变和热场分布的外加物理条件,还符合剪切面(111)与基体(110)面交角为35.2°的晶体学条件。此外,基体中存在大量微观局部变形带来承载应变,微观局部变形带内亚晶也具有与基体孪晶组织不同的位向和形貌。

东天山中段晚古生代面状剪切带形成机制与金成矿关系研究

东天山晚古生代康古尔塔格构造—金矿带的中段南带开展构造控矿研究,为区域金矿定位预测与勘探提供依据。采用区域构造分析和构造解析方法,在雅满苏北部厘定出一类已发生变形改造的大型面状脆韧性—韧性剪切带,构造恢复表明,其形成于晚古生代造山早期向北的分层剪切或低角度逆冲剪切(S1//S0)作用,并作为区域金矿的一级控矿构造而成为俯冲带深源成矿流体向上运移成矿的主通道。在造山过程中递进变形的分层剪切或低角度逆冲剪切晚期、向南北向横向缩短转换阶段,伴随区域抬升和断褶作用,拆离剪切带分支断裂开始成生并向上突破,导致封闭在拆离带内运移的深源含矿流体以断层阀方式分流排泄,成矿流体沿分支断裂向上运移,在断裂上盘或上盘背斜枢纽处的低序次的断裂、破裂中聚集卸载,形成充填石英脉和交代蚀变岩型(造山型)金矿,并有时限为276.5±2.9Ma的石英闪长斑岩侵入产出;晚期褶皱、断裂等叠加构造则对矿床(体)破坏、改造及保存起了重要作用。

桂东北地区鹰扬关韧性剪切带的厘定及其构造意义

论文通过宏-微观构造、磁组构、热液锆石和石英EBSD组构等,厘定鹰扬关韧性剪切带并讨论其构造意义。鹰扬关韧性剪切带具有宏-微观韧性变形组构,发育糜棱岩、拉伸线理、S-C组构、旋转碎斑系、书斜构造、压力影和石英的动态重结晶等。磁组构和宏-微观构造表明,鹰扬关韧性剪切带呈NNE向延伸超过40 km,宽2.5~8 km。糜棱C面理的极密点产状127°∠50°;磁面理的极密点产状107°∠83°。宏-微观构造研究表明,鹰扬关韧性剪切带具有早期左旋逆冲剪切,晚期右旋正滑剪切的运动学性质。石英EBSD组构表明,鹰扬关韧性剪切带具有晚期中低温变形(400~550℃)叠加于早期中高温变形(550~650℃)的特征。年代学研究表明,鹰扬关韧性剪切带早期左旋逆冲剪切的时代为(441.1±2.3)Ma,晚期右旋正滑剪切的时代应晚于420 Ma,区域构造应力由挤压转为伸展的时限为420 Ma。在磁组构、石英EBSD组构和热液锆石定年的基础上,结合区域地质资料,认为鹰扬关韧性剪切带形成于华夏陆块自SE向扬子陆块造山挤压的构造背景。早期造山挤压,产生压扁型应变和中高温左旋逆冲剪切;晚期造山后伸展,产生拉伸型应变和中低温右旋正滑剪切。鹰扬关韧性剪切带的上述认识暗示其形成与早古生代扬子和华夏陆块的造山作用有关,而非构造混杂作用的产物。

韧性剪切带型金矿成矿构造及矿床实例探讨

韧性剪切带指在地壳较深层次中,岩石在剪切作用(简单剪切变形)下发生强烈塑性变形,形成狭窄线形分布的各种塑性剪切流动构造,并使其两侧的岩石岩层发生不同量级的位移、错动和变形但又无明显的不连续断面,总体是一线性带状分布的强烈变带,即线状高应变带。韧性剪切带有以下几点特征:(1)韧性剪切带是线状高应变带,无明显断面,但却使两侧岩石发生不同量级的位移错动和变形;(2)高应变主要表现为岩石发生强烈塑性变形,如新生面理、片理、线理、不对称旋转构造、糜棱岩带和线性雁列脉等;(3)带内发育各种塑性流动显微构造等。