叶蛇纹岩脆性-半脆性破裂研究

利用Paterson气体介质高温高压流变仪对纯叶蛇纹岩在100-400MPa围压、25~700℃温度和10-5-1.5×10-6s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。实验结果表明叶蛇纹石在低压条件下表现为脆性破裂,高压或脱水条件下表现为半脆性破裂。随着温度的增加,叶蛇纹石的强度显示逐渐降低的趋势;尤其在脱水条件下,温度的增加可导致叶蛇纹石强度大幅度地降低,而且此时预热时间对强度的影响比未发生脱水时更加显著。结合前人的研究并对比发现,围压在室温下的增加导致叶蛇纹岩强度增加;但在高温下围压的增加导致试样强度整体上降低,这很可能是试样内聚力的局部损失与韧性增强引起的。围压和温度的升高,以及断层面上流体的增加很可能会增加破裂面的韧性,从而减小摩擦系数。此外,叶蛇纹石并非以往人们所认为的那样具有极低的强度,其强度要比低温蛇纹石（如利蛇纹石和纤蛇纹石）的大得多,即便在高温（大约600℃）下差应力大于约600MPa和中-低温（≤400℃）下差应力大于约1000MPa时仍没有表现出明显屈服的迹象。在脱水条件下,蛇纹岩并没有发生脱水致脆,相反脱水使得试样的断裂行为变得更加温和些。因此,俯冲带蛇纹岩脱水更可能诱发其周围更加脆性的岩石发生地震而不是脱水的蛇纹岩本身发生地震。

2~100GPa压力下D_2O冰相变的低温红外吸收光谱研究

在2~100 GPa和12~298 K的温度压力范围内系统地研究了D2O冰Ⅷ以及冰Ⅶ-Ⅷ和Ⅶ-Ⅹ相变的红外吸收光谱特征。我们发现冰Ⅷ的伸缩振动(v1,v3)和转动振动(vR,vR′)的频率及其压力依赖与冰Ⅶ基本一致,但弯曲振动(v2)频率存在明显差异,在6 GPa压力以上时位于约1100 cm-1,较冰Ⅶ低约80 cm-1。在10 GPa压力以下,冰Ⅶ及冰Ⅷ的弯曲振动频率随压力升高而降低,显示出异常的软模行为,可以用结构弛豫来解释。在100 K温度以下,冰Ⅷ在74 GPa相变为非分子相的平动无序冰Ⅹ,该相变以转动振动(vR)向变形振动(vD)的转化为特征。所观察到的冰Ⅶ-Ⅹ相变的红外光谱特征可以用来确定Ⅶ-Ⅹ相变压力。在平动无序冰Ⅹ中,氢原子(H或D)沿氢键束缚O-H(D)···O轴的发生隧道效应,隧道效应使得围绕着一个氧原子可以形成由4个氢原子构成的四面体,从而导致红外活性的变形振动(vD)的产生。

Carrara大理岩在轴向压缩实验过程中的显微构造特征及变形机制研究

为了研究大理岩在变形过程中显微构造特征的演化及其主导变形机制,本文以利用Paterson气体介质高温高压流变仪轴向压缩模块在一定温度(600～900℃)、围压(～300 MPa)和应变速率(5.92×10^(-3)~1.04×10^(-5) s^(-1))条件下施加不同应变量(2%～25.8%)的Carrara大理岩实验变形样品为研究对象,利用光学显微镜对变形前后Carrara大理岩的显微构造特征进行系统的观察和对比分析。观察发现本研究实验条件下样品发育机械双晶、波状消光、颗粒细化等显微构造特征,表明变形过程中激活的塑性变形机制包括双晶滑移、位错蠕变和动态重结晶等。通过统计动态重结晶方解石颗粒的粒度,结合前人的实验研究结果,厘定了方解石颗粒边界迁移动态重结晶古应力计和亚颗粒旋转动态重结晶古应力计。对比不同应变量和温度条件下变形样品的显微构造特征,发现方解石的显微构造特征随着应变量的增加和温度的升高不断发生变化,暗示着主导Carrara大理岩塑性变形的微观变形机制也发生了相应的改变,为力学数据拟合时应力指数n的变化提供了合理的解释。此外, Carrara大理岩在高温条件下也会发生双晶滑移,在应变量和应力相同的情况下,双晶厚度随温度的升高而增加。

云南白云石大理岩变形性质的高温高压实验研究

本文选择采自云南大理的天然粗粒白云石大理岩(d≈560μm)作为初始样品,利用Paterson气体介质高温高压流变仪在围压100~300 MPa、温度25~1000℃、应变速率10^−6~10^−4 s^−1条件下开展了轴向压缩变形实验,厘定出低温晶内塑性和高温位错蠕变两种变形机制。低温晶内塑性机制发生在25~700℃温度条件下,在25℃(室温)时变形样品在显微构造上以突变的波状消光(位错滑移)、少量的力学机械双晶(变形双晶)和沿解理面的微破裂为特征;而在500~700℃时以发育大量密集分布且厚度较小的变形双晶为特征。高温位错蠕变机制发生在温度>700℃条件下,以广泛发育平滑的波状消光为特征,伴有一定量的间距较宽、厚度较大的变形双晶,且双晶边界迁移作用明显,同时可以观察到白云石分解形成的细小的矿物颗粒;应变量增大时,沿颗粒边界发生的动态重结晶作用增强,形成细粒的重结晶矿物颗粒。此外,在高温条件下(T≥700℃)随着应变量增大白云石逐渐分解导致有效围压降低和颗粒细化,诱发应变局部化从而形成剪切带,剪切带内由于应变集中双晶滑移、错断、颗粒旋转和细化比剪切带之外更加显著。本研究初步获得了云南白云石大理岩不同温度、压力条件下的流变强度、显微构造演化特征和变形机制的实验数据,为正确认识白云石大理岩在天然变形中的行为提供了实验依据。

基于FIAS的科学课堂言语互动行为分析及改进建议——以“一师一优课”平台上的“人类认识地球及其运动的历史”教学为例

课堂言语互动是教学的主要方式之一,可以直接反映教师的教学能力、学生的学习效率、课堂教学的效果。FIAS是利用定量化编码系统对课堂言语活动进行观察的工具。该研究选取了同上一节科学课的四位优秀教师的课堂教学实录视频,利用FIAS对其进行统计和分析,揭示了四位教师的教学特征,提出科学教师在教学过程中须调整课堂言语教学比率、优化教师言语表达的建议,从而取得更好的教学效果。

20~#钢的慢速率高温流变实验和模拟

碳钢种类繁多且广泛应用于建筑、汽车制造等领域.选择其中的20#低碳钢,利用Paterson高温高压流变仪在恒温条件下,完成了单阶恒应变速率和多阶突变应变速率两类轴向压缩实验.实验条件如下:温度700～900℃,围压100々300MPa,应变速率105～103s1测定了不同条件下变形过程中的应力-应变曲线,并进行了流变本构方程计算.结果显示流变本构方程中的参数对应变的函数依赖关系与快速变形时类似.由本构方程模拟计算所得的流变应力可以很好地拟合单阶恒应变速率实验;由于多阶突变应变速率实验受变形历史影响大,因此拟合精度较差但仍可接受.另外,研究表明,在慢速率变形时无论是低温的铁素体相还是高温的奥氏体相,20#钢的流变行为均可用相同的流变本构方程进行描述,但是相变区的流变行为则不同,需要对lnA的表达式稍作修正.