Experimental Study of the Influence of Hydrous Minerals on the Melting Behaviour of Rocks at High Temperatures and Pressures

The experimental study on the melting of potassic basalt and eclogite with about 2% waterat 800-1300℃ and 1.0-3.5 GPa shows that the solidi of both rocks are significantly lower thanthose obtained from the previous experiments of the same type of rocks under dry conditions,and the former which is enriched in potassium has a lower melting point than the latter. It is con-sistent with the previous study. The melting temperature of eclogite increases with pressure,whereas potassic basalt has similar properties only at 1.5—2.5 GPa and>3.0 GPa, and at 2.5—3.0 GPa the melting temperature decreases with pressure. This can be explained as follows: (1)eclogite only has one hydrous mineral amphibole and the dehydous temperature is lower than thewet solidus of the rock. (2) Amphibole exists in potassic basalt at the pressures lower than 2.5GPa and phlogopite exists at pressures higher than 2.5 GPa, and the special compositions of bothminerals determine that amphibole has a dehydration temperature higher than or close to that ofthe wet solidus of the rocks, while phlogopite has a dehydration temperature lower than that ofthe wet solidus. On the other hand the features of the continuous solidus in the experiment ofhydrous eclogite were produced by the fact that the dehydration temperature of its amphibolelower than or close to the melting temperature of the hydrous conditions. So the melting tempera-ture lowers at higher pressures. Therefore, the composition of the rocks in the lithosphere and thetypes of hydrous minerals and their stable P-T conditions are the important factors controllingthe solidi of rocks. It can quite well explain the partial melting of rocks and the origin of the lowvelocity zone in the deep lithosphere.

Some results of modeling D-D seismogenic pattern by the fracture model experiment of large-scale rock samples(I)

sing the natural limestone samples taken from the field with dimension of 500 mm×500 mm×1 000 mm, the D-D (dilatancy-diffusion) seismogeny pattern was modeled under the condition of water injection, which observes the time-space evolutionary features about the relative physics fields of the loaded samples from deformation, formation of microcracks to the occurrence of main rupture. The results of observed apparent resistivity show: ① The process of the deformation from microcrack to main rupture on the loaded rock sample could be characterized by the precursory spatial-temporal changes in the observation of apparent resistivity; ② The precursory temporal changes of observation in apparent resistivity could be divided into several stages, and its spatial distribution shows the difference in different parts of the rock sample; ③ Before the main rupture of the rock sample the obvious ″tendency anomaly′ and ′short-term anomaly″ were observed, and some of them could be likely considered as the ″impending earthquake ″anomaly precursor of apparent resistivity. The changes and distribution features of apparent resistivity show that they are intrinsically related to the dilatancy phenomenon of the loaded rock sample. Finally, this paper discusses the mechanism of resistivity change of loaded rock sample theoretically.

Study on the physical meaning of seismic inhomogeneous degree by rock fracture experiments

It is observed that the parameter of seismic inhomogeneous degree (GL value) calculated from the earthquake catalog shows obvious abnormal changes prior to strong earthquakes, indicating the state change of local seismic activity. This paper focuses on the mechanism for the abnormal changes of the GL values based on the sequences of acoustic emission for three types of rock samples containing macro-asperity fracture; compressional en-echelon fracture and model-III shear fracture. The results show that for the three types of rock samples, there are continuous abnormal changes of GL value (>1) just before the non-elastic deformation occurs or during the process of nucleation prior to the instability. Based on the experimental results, it seems that the process of creep sliding and resistance-uniformization along fault zone is the possible mechanism for the abnormal changes of GL value before rock fractures.

Simulation experiment on anti-penetration capability of anchored rock mass

In order to solve the problem of experimental research on the penetration process of projectile into anchored rock mass, we derived the essential similarity conditions for the physical simulation experi- ment according to the similarity theory, carried out the experiment on the penetration process of a kind of penetrating bomb into the anchored rock mass of type III, and compared the experimental results with the values computed by the professional Young's empirical formula. The test results show that the phys- ical simulation experiment can represent the actual penetration process of projectile into anchored rock mass. The research method proposed in this paper provides technical support for the experimental research on the design and reconstruction of underground protection works.

EXPERIMENTAL GEOCHEMISTRY STUDY ON GOLD IN WATER-ROCK REACTION UNDER THERMAL FLUID SYSTEM AT MESO-LOW TEMPERATURE

Based on the knowing geochemical characteristics of wall rock in the Mobin gold deposit and composition of fluid inclusion in ore,water rock experiments were carried out, important achievements are acquired as following: Gold is mainly derived from the ore bearing wall rock,i.e., a series of epimetamorphic clastic gritstone, sandy slate, and tuffaceous slate in the Wuqiang Banxi Formation, Wuqiangxi Group. In thermal system with middle low temperature chlorine gold may be derived form stable complex ions, so it is quite important in gold metallogenic process. Sulphur and chlorine perform as the major negative ions throughout the gold activation and migration movement. The concentration of sulphur and chlorine ions, pH value and temperature are of deciding significance for gold activation, migration and precipitation.

岩石力学公共实验课程教学项目的建设与思考

岩石力学实验课是一门为补充岩石力学理论而开设的实践性课程。结合武汉理工大学土木工程专业研究生培养计划,以岩石力学公共实验课程教学项目为例,从该课程开设背景和目的出发,阐述实验课程教学体系、课程内容建设过程,以及教学方法和教学手段,并构建了教学质量保证体系。对实验课程教学建设模式进行总结和思考,提出课程教学后期建设需完善的几个要点。结果表明,该实验课程建设实施方案可行,建设成果能较好地应用于研究生课程的具体实践,能较好地提升岩土工程专业研究生的教育质量,在某种程度上促进学科建设与发展。

基于创新能力培养的能源特色高校专业实验教学改革——以岩石物理学基础课程为例

岩石物理学基础是油气能源特色高校勘查技术与工程专业的核心专业基础课之一,且实验教学是该课程的重要实践环节。针对岩石物理实验教学的现状,梳理和总结该课程实验教学中存在的问题,提出增加实验项目的综合性和改进实验报告模式等措施手段,提高学生的创新能力及分析问题、解决问题的能力,利于实现该课程的教学目标。

采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。

基于学科交叉的岩体损伤监测实验教学

为解决传统岩体损伤监测中岩体内部损伤可视化的难题,基于学科交叉理念引入了地震学中的地震成像技术。分析了地震成像的原理、理论算法、实验过程和数据处理方法,详细阐述了地震成像技术在岩体损伤监测实验中有别于地震监测的细节问题。通过以室内受载岩石的损伤监测为实验教学案例,并将受载岩石内部的损伤进行可视化,揭示了荷载作用下岩石内部损伤的演化规律,弥补了传统岩体损伤监测的缺陷,启发了学生的学科交叉思维,引导他们关注并解决学科交叉过程中的部分“不兼容”问题。

烟酰胺核糖对EAE小鼠的外周抗炎作用及其机制研究

目的探讨烟酰胺核糖(NR)对实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)小鼠的外周抗炎作用及机制。方法采用髓鞘少突胶质细胞糖蛋白35~55肽段(MOG35-55)诱导C57BL/6雌性小鼠制备EAE模型,随机分为EAE模型组和NR治疗组。EAE模型组每只小鼠按200μl/d剂量灌胃给予生理盐水,NR治疗组每只小鼠按500 mg/kg、200μl/d剂量灌胃给予NR,观察并记录各组小鼠临床评分和体质量。免疫后第28天处死小鼠,制备脾脏和脊髓冰冻切片,提取脊髓组织蛋白。HE染色检测外周炎性细胞浸润脊髓,免疫荧光染色检测小鼠脊髓CD4^(+)T细胞、CD68^(+)巨噬细胞数量,Western blot检测小鼠脊髓IFN-γ、IL-1β表达,免疫荧光染色检测小鼠脾脏ROCK-Ⅰ^(+)细胞、TLR4^(+)细胞、p-NF-κB^(+)细胞、TNF-α^(+)细胞、IL-1β^(+)细胞、IFN-γ^(+)细胞、IL-6^(+)细胞、IL-10^(+)细胞、IL-17^(+)细胞、i NOS^(+)细胞、Arg-1^(+)细胞数量。结果与EAE模型组相比,NR显著推迟EAE小鼠发病时间(P<0.05),降低临床评分(P<0.05或P<0.01),减轻体质量丢失,阻止外周炎性细胞浸润脊髓(P<0.01),减少脊髓CD4^(+)T细胞、CD68^(+)巨噬细胞数量(P<0.01),下调脊髓IFN-γ、IL-1β炎性因子表达(P<0.05),抑制小鼠脾脏ROCK-Ⅰ、TLR4、p-NF-κB表达(P<0.01),减少脾脏IFN-γ、i NOS、IL-6等促炎因子分泌(P<0.05或P<0.01),促进脾脏抗炎因子Arg-1、IL-10分泌(P<0.05或P<0.01)。结论NR能够有效缓解EAE小鼠临床症状,显著减轻外周和中枢神经系统炎症反应,其机制可能与抑制EAE小鼠脾脏Rho/ROCK信号通路和TLR4/NF-κB信号通路有关。

考虑温度影响的岩石三向膨胀力测量仪及其实验设计

膨胀力是膨胀类岩石重要特性之一,该文提出了一种考虑温度影响的岩石三向膨胀力测试方法与实验装置。基于实验设计,利用该装置开展了黑色页岩、红层泥岩膨胀力实验,得到两类岩石在不同温度下的膨胀力时程曲线;分析了黑色页岩、红层泥石膨胀力随时间的变化规律,并与基于弹性力学原理计算得到的两类岩石膨胀力进行了对比,进一步比较了温度对两类岩石膨胀力的影响规律。该装置结构清晰、操作简单,更有利于学生对岩石膨胀力的理解,也是对岩石力学实验教学内容的补充。

循环水岩作用下煤岩组合体力学响应及劣化机制

煤矿地下水库的建立解决了我国西部干旱-半干旱生态脆弱区的缺水问题。地下水库不断进行着蓄水-抽水,地下水库水位的反复升降对水库坝体产生反复损伤作用,而半煤岩坝体、煤岩夹矸坝体为地下水库常见的坝体。基于此,设计进行了不同“干燥-饱和”循环次数的砂岩-煤组合体不同围压下的轴向压缩试验,分析循环浸水作用下煤岩组合体力学特性劣化规律和劣化机制。结果表明:(1)随着循环次数的增加,组合体的饱和含水率逐渐增大。饱和含水率与循环次数呈对数关系。(2)随着循环次数的增加,应力-应变曲线压密阶段增长,弹性阶段斜率减小,峰值应力降低,峰值应变增大,屈服阶段愈加明显,应力跌落变缓。(3)随着循环次数的增加,组合体抗压强度逐渐降低,循环1~3次,抗压强度劣化幅度较为明显。抗压强度阶段劣化度具有非均匀性。(4)循环1~5次,黏聚力下降了70.87%,内摩擦角下降了60.65%。(5)循环1~3次,组合体弹性模量下降了53.06%,变形模量下降了61.10%。(6)循环浸水作用下,试样微观裂纹逐渐发育,矿物颗粒由原来的棱角分明的多边形向浑圆形逐渐发展,大的矿物颗粒逐渐崩解为小颗粒,颗粒间胶结作用逐渐弱化,由紧凑致密结构向松散软弱结构转变。(7)循环浸水作用下,水岩发生反复的物理、化学、力学作用,对煤岩产生反复损伤,最终导致宏观力学特性的劣化。

高陡岩质临坡地基承载力试验研究与数值模拟

针对高陡岩质临坡地基开展了不同坡角、坡距下承载力试验。结合深废矿坑工程采用数值模拟对高陡岩质临坡地基承载力影响因素进行了模拟计算与分析。研究结果表明:(1)承载力系数(η)随坡角(β)的增大而逐渐减小,随坡距(B)的增大呈非线性增长,当B超过一定距离时,η几乎不再增长且接近1.0;(2)相较β,地质强度指标(GSI)对η的影响更大,二者呈非线性同步增长;(3)锚索可提高η,设置4道锚索对η的提升效果较好,继续增加锚索数量对η的影响较小。

SHPB循环冲击实验技术在岩石冲击动力学教学中的应用研究

该文通过将SHPB实验与岩石冲击动力学相关理论课程相结合的教学模式,提高学生对岩石冲击力学响应和能量演化特征的认知与理解,培养学生在科学实验方面的实际操作能力和严谨态度,发挥学生自主开展实验研究的主观能动性,提升教学效果。基于多学科交叉融合理念,联系科学研究热点问题,引导学生进一步思考并探索更多“SHPB+”,有助于培养学生的科研实践能力与思维创新精神。

水泥基3D打印技术在岩石力学教学实验中的应用

该文将水泥基3D打印技术应用到岩石力学教学实验中,采用水泥基3D打印技术制作类岩石力学试样,不仅能降低实验成本,还可融入增材建造、混凝土材料和岩石力学等课程专业知识,丰富了实验教学内容,提高了教学质量。该实验让学生自主选择打印材料、设计打印模型、优化打印路径,最后打印制作出类岩石力学试样,并完成岩石力学实验。整个实验过程有助于增强学生的学科交叉知识运用能力和动手能力,培养创新思维和科学素养。

裂隙煤岩组合体单轴压缩力学响应及失稳机制

煤岩系统中煤层与岩层之间的层间薄弱带是裂隙分布的主要区域,这些裂隙贯穿于两岩层,严重影响着煤岩系统的力学性质与工程稳定。为探究贯穿裂隙对煤岩系统力学性质的影响,对5种裂隙长度、5种裂隙角度的裂隙煤岩组合体开展轴向加载试验,结果表明:(1)随裂隙长度的增加,抗压强度、弹性模量、峰值能量、冲击能量指数呈线性减小。随裂隙角度的增大,抗压强度、弹性模量、峰值能量、冲击能量指数先减小后增大。(2)试样破坏声发射活动均经历平静期、活跃期、剧烈期3个阶段。随裂隙长度的增加,声发射累计能量先增加后减小。随裂隙角度的增大,声发射峰值能量和累计能量先增大后减小。(3)裂隙长度和角度对翼裂纹、次生倾斜裂纹、次生共面裂纹、斜裂纹、次生衍生裂纹、翼裂纹衍生裂纹、远场裂纹以及剥落现象有一定影响。(4)随裂隙长度的增加,黏聚力和内摩擦角逐渐降低。随裂隙角度的增加,黏聚力和内摩擦角先减小后增大。(5)构建了考虑裂隙长度和裂隙角度的Drucker-Prager强度准则,合理性验证发现:试样误差在1.367%~5.055%合理范围之内。(6)基于耗散结构理论,分析了组合体失稳破坏机制,组合体破坏主要经历了准稳态、亚稳态、失稳、新稳态4个阶段;构建了裂隙煤岩组合体能量运移模型,分析了裂隙煤岩组合体失稳破坏过程中的能量运移规律。裂隙两端是能量积聚的主要区域,煤组分裂隙端破坏时,一部分能量运移到岩石组分裂隙端,以岩石组分破坏或变形的形式释放出去。研究结果可为探究深部煤岩力学性质、揭示煤岩动力灾害发生机制提供有益参考。

西康高铁秦岭太兴山隧道凿岩台车钻爆试验研究

基于凿岩台车应用现状,针对采用凿岩台车钻孔爆破时平均线性超挖量大等问题,选取西康高速铁路(西安—安康)秦岭太兴山隧道左洞进口Ⅲ级围岩段(DK23+075—DK23+155)作为凿岩台车钻爆法试验段。首先针对周边孔外插角大和掏槽孔深度受限情况,将凿岩台车两侧机械臂长度由7.1 m缩短至6.1 m。然后制定了精准钻孔措施。基于与该隧道同等围岩级别地段手风钻钻孔爆破施工经验,经过现场3个循环的凿岩台车钻爆试验,确定掏槽形式为两级斜孔掏槽,把电子雷管起爆时间设置为导爆管雷管奇数段位的起爆时间,按照掏槽孔、辅助孔、内圈孔、周边孔和底板孔的顺序依次起爆。经实施,爆破施工进尺可达3.4~3.6 m,周边孔爆破后炮痕保留率90%以上,断面平均线性超挖量仅19.9 cm。与凿岩台车配套的药卷直径宜在40~45 mm取值。

大兴安岭北东段森林沼泽区地球化学找矿方法研究:以黑龙江省二道坎村银多金属矿区为例

在黑龙江省二道坎森林–沼泽浅覆盖区,采用B、C层不同样品粒级对照分析方法,开展了土壤、岩屑测量采样方法技术剖面试验研究,选择采取的−5~+20目、−20~+60目和−60目3种粒级试验样品,并对比不同粒级样品中各元素在地球化学特征、元素组合以及异常圈定等方面存在的差异。结果表明,不同粒级样品所圈定的成矿元素地球化学异常都具备Ag-Pb-Zn-Mn多元素异常组合的特征,且异常分布范围与深部矿体较为一致,元素浓集中心与深部矿体空间位置吻合较好。具体表现为岩屑、土壤测量皆可以有效地指示银铅锌矿体,可作为该区寻找银铅锌矿的有效手段。而C层−20~+60目粒级岩屑测量效果更好,表现在元素含量更高,异常强度更强,元素组合指示意义更明显,定位矿体更精准,可以强化土壤微弱异常,有利于发现和识别弱的矿化信息。因此,在研究区内开展地球化学测量适宜采用−20~+60目粒级岩屑采样方法,其可为森林–沼泽覆盖区如二道坎地区以及多宝山矿集区开展1∶1万化探详查和找矿预测提供了技术依据。

微波热力冲击下硬脆砂岩冲击倾向性演化规律试验研究

冲击地压是深部资源开采的主要灾害类型,冲击倾向性是表征冲击地压风险的重要指标。为了探索微波热力冲击对岩石冲击倾向性的影响,本文对典型强冲击倾向性硬脆砂岩开展了微波热力冲击和单轴压缩试验,分析了微波热力冲击后砂岩的物理力学性质和冲击倾向性指标响应规律。研究结果表明:(1)微波作用后,砂岩表面温度随着热力冲击时间增加持续升高,直至150 s发生热破断;(2)微波热力冲击120 s后,砂岩内部结构发生微破裂,岩石冲击倾向性明显减弱,纵波波速与弹性模量分别下降了15.12%、8%;(3)单轴压缩变形破坏过程各阶段声发射信号密度增大,砂岩最终破坏时的绝对能量最大值下降42.3%;(4)岩石动态破坏时间增长了259%,冲击能量指数减小95%,弹性能量指数下降92%,砂岩由强冲击性岩石变为弱冲击性岩石。研究结果为煤炭深部开采冲击地压防治和深地工程高效破岩具有参考价值。

Abaqus模拟岩石细观破坏在岩石实验教学中的应用

根据岩石具有非均质和多晶粒的特点,基于Abaqus平台结合泰森多边形原理和Cohesive单元耦合方法,利用Python编程实现了岩石非均质性和多晶体的建模。学生可通过该方法模拟真实岩体的破坏实验并能从细观角度了解岩石断裂时晶粒的破坏特征。该模拟实验补充了传统的岩石力学实验,让学生从细观角度了解岩石的破坏机理,有利于培养学生对岩石力学实验的兴趣,提高学生的学习兴致,还有助于增强学生的创新思维。