地壳深部“重力-构造力复合压力状态”研究和大别——苏鲁超高压变质形成深度的测算

讨论了地壳深部岩石处于"重力-构造力复合的静水压力模型"。此模型的基本认识为,地壳深部压力是由重力应力和构造应力引起的两部分各向等应力合成的,构造应力场的静水压力部分被称为"构造附加静水压力"。遵循这一认识,需要从总静水压力中先去掉构造附加静水压力,进而用构造校正[深度=重力引起压力/(总压力-构造附加的压力)]的方法,进行形成深度的测算。考虑岩石作为黏弹性体的应力-应变关系,作者用黏弹性本构方程,获得大别地区英山县含柯石英榴辉岩的成岩深度≥30km,安徽岳西碧溪岭地区含柯石英榴辉岩深度为23~53km,河南新县地区的含柯石英榴辉岩成岩深度为36~40km。再进一步用变质深度的流变学公式,在黏性系数0.2×10^(23)条件下,推算出超高压变质岩形成深度约50~55km。可见,大别超高压变质岩形成深度介于23~55km,而不是前人认为的超过100km甚至更深,由此,"深俯冲-折返"模式需要科学的论证。本研究为高压-超高压变质的"构造增压壳内成因"提供了一些依据。

地下岩石构造力复合重力的压力状态分析

针对大别一带超高压变质作用的形成深度存在两种观点:其一是形成深度可用静流体公式h=p/(ρg)算出,并得出变质作用形成于90km或更深处;其二是超高压是重力、构造力和其他力合成的,并不只是重力的作用,从而该变质作用可以在地壳内形成。地下的岩石处于固态,而静止流体公式不适用于固体。事实上,围压不仅来自重力,而且也来自构造力和其他力,所以合理的求深度算法应该是从总压力中减去构造力获得纯重力才可用来计算深度。还简要解释了诸如剪应力、差应力、构造力等概念。

铰杆-杠杆串联增力液压-机械复合传动压力机

介绍了一种新型的液压-机械复合传动压力机的工作原理,给出了相应的力学计算公式,并分析了其技术特性。该压力机由于采用了无杆活塞式液压缸与滚动高副双边铰杆-杠杆串联增力机构,不仅刚性好,力传递效率高,且在液压缸直径及输出力一定的条件下,能显著降低系统工作压力。

基于滚动高副的双边铰杆增力双向作用液压-机械复合传动压力机

介绍了一种新型的液压-机械复合传动压力机的工作原理,给出了相应的力学计算公式,并分析了其技术特性。该压力机由基于滚动高副的双边铰杆增力机构与无杆活塞式液压缸组成,在液压缸直径及要求的输出力一定的条件下,该复合传动压力机较单纯的液压传动压力机,其系统工作压力显著降低。

船舶撞击荷载下桩基-重力式复合结构连接节点响应分析

桩基-重力式复合结构的连接节点处受力集中、应力大,且两种材料之间的连接,是该结构最关键和薄弱的部位。利用ABAQUS软件建立桩基-重力式靠船墩模型,分析连接节点在船舶撞击荷载下的响应,并研究不同因素的影响。结果表明,在船舶靠泊撞击荷载下,桩基-重力式复合结构前排连接节点的位移和受拉损伤系数峰值略大于后两排,最大主应力峰值出现在前排桩与沉箱连接节点前侧。桩的埋入深度应不小于1倍桩径,当埋入深度超过1倍桩径后,增大埋入深度对改善连接节点受力特性效果不明显;增大桩径尺寸是改善连接节点的受力特性最有效的措施,提高沉箱高度是改善连接节点的受力特性较为经济合理的措施。同时,可设置构造措施提高连接节点的承载力。

构造应力-流体压力耦合研究进展及其在页岩中的特殊性

构造应力-流体压力耦合(应-压耦合)是影响超压地层天然裂缝发育的重要因素,也是页岩油藏储层裂缝研究的重要内容。本文围绕裂缝发育的应力场因素,总结了目前应-压耦合的理论研究进展及其在裂缝研究中的应用现状,并分析了页岩油藏中超压成因多样性造成的应-压耦合关系的特殊性。分析认为,应-压耦合的理论研究在耦合要素特征及相应的耦合微观机理等方面还有待加强,其在页岩油藏储层裂缝研究中的应用还处于初期探索阶段。并且页岩油藏中超压成因的多样性和复合性,决定了该类油藏储层裂缝研究中的应-压耦合需要考虑超压成因相关的差异性和复合性特征,准确把握与超压演化相关的应-压耦合变化。

重力和构造力在地壳中的作用

本文对于“上覆岩石重力数值等同于静水压力数值”的认识提出了新的看法：地壳中应力场Ｔ可以看成是一个静水压力Ｐ和一个差应力σ的复合，则静水压力Ｐ是由重力附加静水压力ＰＲ和构造力附加静水压力Ｐｓ两者叠合而成，而不仅仅是来自上覆岩石的总重量。有限元模型计算表明，在同样外力条件下，从挤压变形带、剪切变形带到引张变形带中的各带构造附加静水压力值呈降低变化，即，因而构造附加静水压力是造成局部静水压力不均匀的主要因素之一。通过这一问题研究，作者提出：①地壳深处同一水平面上静水压力并不相等；②建立“构造校正成矿深度测算”方法，即先从总压力中消除构造附加静水压力之后再测算上覆岩石厚度；③研究成岩成矿构造物理化学过程的学科领域；④苏鲁超高压变质带中的金刚石、柯石英可能是壳内作用的产物；⑤介绍开展实验的新设想；⑥报道用构造物理化学场成矿理论开展隐伏矿床预测的进展。

粉喷桩-土工格栅复合地基应力现场测试研究

粉喷桩-土工格栅复合地基使地基水平向和竖直向对抵抗变形的能力得到了增强。针对粉喷桩联合土工格栅加固地基性状进行了现场研究,包括地基的沉降、地土压力、孔隙水压力。根据试验结果,分析了格栅上下土压力的变化、桩土应力比变化、沉降与土压力的关系以及埋于不同深度孔隙水压力变化情况,得到桩-网复合地基受力机理和地基沉降的规律:(1)超孔隙水压力消散慢,但孔隙水压力与上部填土相比变化不大;(2)桩土应力较大,具有均化土压力的作用,同时基于各个断面土压力分布特点,提出了“拱效应”的观点;(3)地基的变形主要是以下卧软土层压缩和桩刺入变形和桩本身的变形,研究结果为进一步的理论研究和工程设计提供了有益的依据。

香溪长江公路大桥拱脚钢-混复合连接构造设计

香溪长江公路大桥主桥为主跨519m(计算跨径)的中承式钢桁架拱桥。该桥设计过程中对两铰拱和固端拱拱肋结构体系进行比较,最终选择采用固端拱方案。针对传统承压传剪式钢-混混合拱脚连接构造的缺点,提出一种完全承压式钢-混复合拱脚连接构造。该构造由厚承压板格构和弦杆外预应力系统组成,通过在弦杆外、承压板顶施加预应力,将拱肋弦杆的弯矩转换为轴力并通过埋置于拱座内的预应力锚梁平衡;弦杆轴力和预应力通过端部的承压板格构传递至拱座。该构造从根本上改变了拱脚-拱座界面的受力状态,使最不利荷载组合下拱脚截面、承压板截面从部分受拉状态改善至全截面受压状态,弦杆对应拱座截面受力为局部承压。

大别——苏鲁高压-超高压变质带的“构造增压壳内成因”研究

研究发现,高压-超高压变质岩基本都发育于全球或区域规模的大型构造带,产于强烈构造变形带中相对较弱应变的部位。苏鲁—大别超高压变质岩具有明显的构造变形,这成为追索构造应力-应变作用和探讨形成构造环境与演化过程的重要线索。本研究用成岩成矿深度的"构造校正测算方法",进行野外观察、岩石变形-应力测算及构造校正测算。其结果显示,超高压变质岩形成深度在23~55km之间。大别—苏鲁超高压变质岩的锆石SHRIMP年龄显示,具有环带的内核高压矿物年龄大于680 Ma,而其含柯石英幔圈里超高压变质矿物在(231±4)Ma形成,角闪岩相等退变质矿物形成在(211±4)Ma,可见超高压变质发生在陆缘和陆内的地质环境。综合研究其岩石矿物的Sr-Nd、O和He同位素含量,有力证明了岩石的壳内成因特征。深钻孔岩心的岩石矿物学系统显示,超高压变质岩及其几公里宽范围里的各类围岩普遍含有柯石英等高压-超高压矿物包体。上述实际资料,用超高压变质的"深俯冲-折返"模式已经不能得到科学的解释。本文提出大别—苏鲁超高压变质岩"构造增压壳内成因模式",认为这些超高压变质作用可能发育在陆内地块之间的强烈构造挤压环境。在230Ma左右,由于构造压力与重力压力叠加致使局部达到超高压及相应温度等条件,特别是当p≥2.8GPa时,变质的物理化学条件得到满足,可以在23~55km深处发生超高压变质作用,之后经应力松弛和拆离构造,岩石又逐步抬升并发生退变质作用。也可以说,该超高压变质岩具有构造物理化学成因。

低渗-特低渗油藏非稳态油水相对渗透率计算模型

考虑低渗-特低渗储层多孔介质中油水渗流特征,建立考虑启动压力梯度、重力及毛管力影响的低渗-特低渗油藏非稳态油水相对渗透率计算模型,进行非稳态油水相对渗透率试验,计算不同影响因素下的油水相对渗透率曲线。结果表明,启动压力梯度作为油水渗流的阻力,对油水相对渗透率、储层压力、剩余油饱和度、产油及产水等影响最为显著,其次是重力,毛管力仅对油相相对渗透率有影响,对水相相对渗透率无影响。

钢管混凝土柱轴压力-弯矩-扭矩空间复合受力拟静力试验研究

采用自行设计的压力-弯矩-扭矩复合受力加载装置,基于力-位移混合控制加载方法,完成了8个钢管混凝土柱试件在压-弯-扭等复合荷载作用下的拟静力试验,变化了截面形式、加载方式和弯扭比等参数。试验结果表明:圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下的滞回曲线较为饱满,没有"捏拢"现象产生,具有较好的耗能能力;弯扭比较大的矩形钢管混凝土试件在扭转角较大时由于钢管底部局部屈曲较为明显,存在承载力退化现象;钢管混凝土截面轴向应变基本满足平截面假定;弯矩的存在将削弱钢管混凝土柱的受扭能力;在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。对试验实测结果和已有文献分析表明:在弯扭比较大时由主压应力导致钢管表面发生局部鼓曲而破坏,弯扭比较小时,主拉应变将导致钢管混凝土柱表面在低周往复荷载作用下开裂。研究成果可为进一步开发考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元提供基础性依据。

XL-3000A浮选机结构性能分析

介绍了 XL-3 0 0 0 A新型高效浮选机的结构特点及分选效果。工业性运行表明在合适的工况条件下可获得理想的分选指标。

构造成矿作用的地应力分析:研究现状与思考

地下岩石的“静岩压力”模型认为,地下岩石的静岩压力主要源于上覆岩石的重力。该模型要求岩石质量在内部是静态的,不存在剪切应力。“静岩压力”模型的前提是岩石在相对稳定的环境下长期存在。然而,地球是一个非稳态的动态系统,不同的构造环境控制着岩石的形成和演化,受到各种动态机制的影响。“静岩压力”模型的应用在不同程度上受到限制,特别是在压缩构造环境中,水平构造应力可能导致“静岩压力”的偏差。地下岩石的压力由两部分组成:重力应力和构造应力。深部地下岩石矿物的形成和演化受到形成环境的温度和压力的控制。构造动力学是控制固体岩石矿物内部压力的主要因素,同时也受到固体岩石的塑性、黏性强度以及岩石内部孔隙和裂缝中流体压力的影响。矿床形成过程受到构造环境的影响,并受到温度和压力条件的限制,矿床形成过程需要结合具体的构造环境进行分析。岩石内部孔隙流体随着构造作用的演化而发生相应的变化。当岩石孔隙裂缝在构造作用演化过程中的渗透性受阻时,就会形成一定程度的孔隙流体超压。不同构造环境下相同深度的孔隙流体超压和差应力是不同的,压缩性构造环境中的流体超压高于伸展性构造环境。“构造附加静岩压力”在地壳深部构造研究、构造控制岩石和矿石规律以及深部工程地质等方面的研究中具有重要的参考价值。