DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪关键技术与应用

文章简述了DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪(简称“钻孔应变仪”)的理论基础,攻关了微位移感知、降噪、控温、性能测试、标定等关键技术,并通过了性能测试,标定结果表明:该应变仪达到了高分辨率(≥5×10^(-11)ε)、宽频带(10~100 Hz可选)、大动态范围(≥1×10^(-3)ε)、24位AD记录、低功耗(<3 W)等技术指标,其性能优于同期美国PBO和日本同类钻孔应变仪,是一款国际领先的地壳运动长期观测仪器,基本能够满足地壳长期应变缓慢积累的蠕变运动和短期应变快速变化的地震火山活动等观测需求。2008年以来,通过20余个地应力台站的应用,该钻孔应变仪记录到大量的地壳形变、断裂活动、同震应变波、应变阶跃、矿压活动等应变信息,并以北长山地应力台站应变监测数据自洽性检验和土耳其地震映震能力分析为例发现:北长山地应力台站电容传感器1#+3#和2#+4#元件应变曲线总体平稳,相关系数R2达到0.95;1#-3#和2#-4#元件的差应变年变化速率为10-8量级,反映出长岛地区以剪切应力为主,且处于地震活动相对高的应力环境;利用该应变仪观测到2023年2月6日土耳其M 7.8级和M7.5级两次地震明显的同震应变响应,尤其是获取了M7.8级主震面波周期为50~60 s,呈现出面波异常,理论上可分辨出100 km范围M0.74级地震产生的应变波,达到了应用示范效果。该钻孔应变仪在地球动力学研究、内动力地质灾害监测等领域具有较好的推广价值和应用前景。

大埋深高承压水双层结构底板破坏机理及应用研究

平煤矿区首次开采近全岩下保护层工作面用于解放其上部受瓦斯突出威胁的己组煤炭资源,近千米埋深开采近全岩层势必加大底板破坏深度,一旦扰动隔水层内L5弱富水性含水层形成寒灰水间接补给通道,影响工作面底板安全稳定。为此首先建立双层结构底板塑性滑移线场理论模型,推导出三种工况下双层底板最大破坏深度解析解;然后通过自主设计的孔隙水压力(弹簧)和地层有效应力(千斤顶)协同工作的相似模拟试验平台,基于数字图像相关技术模拟分析了采场顶底板变形形态和破坏特征;最后使用钻孔应变测量方法在平煤十二矿己_(15)-31040近全岩工作面开展底板破裂发育形态现场监测。结果表明:采用双层结构底板塑性滑移线场理论计算出己_(15)-31040近全岩工作面底板最大破坏深度为16.59 m;相似模拟试验揭示了底板破坏集中于开切眼及工作面两端,具有明显滞后破坏特征,最大破坏深度为17.8 m,工作面推进159.9 m进入充分开采后,底板应力逐渐恢复;现场实测结果显示底板岩体在工作面前方7.9 m出现压剪滑移破坏,工作面推过钻孔前后底板分别表现出压剪和拉剪破坏,底板最大破坏深度介于16.5~18 m。现场实测与理论计算和相似模拟试验结果较为吻合,研究成果有利于推动大埋深、高承压煤岩层开采底板水害防治技术的进步。

滑坡碎屑流作用下埋地管道轴向应变特性

为了保证滑坡碎屑流灾害作用下管道的稳定运作,根据热-弹塑性理论,创建了滑坡碎屑纵向作用条件下埋地管道的应变分析模型,对不同滑坡碎屑流长度、宽度和厚度条件下埋地管道轴向应变分布特征进行研究.结果表明,滑坡碎屑流尺寸对管道轴向拉压应变的影响程度,从大到小依次为滑坡厚度、长度、宽度.通过分析径厚比、管壁减薄和管道埋深等结构参数对轴向拉伸应变的影响规律,发现管道轴向最大拉压应变随着坡度、埋土深度增加而明显减小;管道的壁厚减薄与管道轴向拉压应变呈正相关,管道埋深与之呈负相关;从管道结构参数对管道最大轴向拉压应变影响的影响程度来看,依次为管道埋深、管壁减薄、径厚比.适当增加滑坡碎屑流作用条件下的管道埋深可以减小滑坡碎屑流灾害作用风险.

地震迁移的类型、特征及机制讨论

地震活动的迁移是指地震沿着某一方向循序地发生,是地震活动总体无序中局部出现的有序结构。通过系统分析区域上典型的地震迁移现象可以发现,迁移可划分为沿断裂走向的纵向迁移、垂直断裂走向的横向迁移与岩石圈尺度的深源迁移三大类。结合具体的实例分析,可初步归纳出纵向迁移(包括单向、双向、反复和跳跃式迁移等常见形式)、横向迁移和深源地震迁移的主要特征,并初步估算出了不同类型迁移的速度值,其中沿全球板块边界纵向迁移平均速度约为V=569 km/a,沿亚板块边界的平均速度约为V=120 km/a,沿大陆内部断裂带平均速度约为V=50 km/a。横向迁移相对比较复杂,初步发现在东亚存在两种速度分别为约20 km/a、50 km/a的迁移现象。而深源地震迁移速度的全球平均值大约为360 km/a。地震的纵向与横向迁移都存在不同层次和级别,也存在多种不同频率、能量与速度的形变波与迁移现象,这很可能是区域上大地震丛集活动过程中断层相互作用、地震应力触发和岩石圈尺度的形变波传播等因素共同作用的结果,而这种大空间尺度上的地震迁移现象的存在及其所具有的规律性特征,显然可为开展区域地震危险性分析提供新的思路和方法参考。

应用统计物理方法分析川滇地区地震危险性

川滇菱形块体及其边界断裂带(21°～33°N,96°～108°E)是中国大陆地震活动最强烈的地区之一,该地区发生的一系列大地震造成了巨大的人员伤亡和财产损失。文中分别应用基于地震空间相关性和地壳形变场的预测方法分析了该地区未来的地震危险性。由Kagan等(1994)提出的基于地震空间相关性的方法,假定未来发生地震的概率与历史发生地震的频度成正比,根据历史地震目录建立统计学模型估计未来发生地震的概率。回溯性检验表明,这种方法对于评估地震复发周期较短的断裂带的地震危险性有较高的有效性,但对于地震复发周期较长的断裂带,如龙门山断裂带,很难给出一个理想的预期。由Shen等(2007)提出的基于地壳形变场的方法,假定长期地震危险性与地壳构造应变率成正比,根据由GPS观测获得的应变率场建立统计学模型评估未来的地震危险性。回溯性检验表明,川滇地区过去30a间发生的地震与区域应变率的大小没有明显的对应关系,但过去500a间发生的地震与应变率场有很高的相关性,表明由10a时间尺度的大地测量资料得到的地壳应变场可以很好地反映数百a时间尺度的地震危险性。

冗员约束影响了国有企业的投资行为吗?

以2003—2014年间国有上市公司为研究对象,对冗员的重要经济后果进行了实证检验。研究发现,冗员不仅会加大国有企业的自由现金约束及国企高管的道德风险,还具有显著的投资约束作用。进一步研究得出,适度冗员和过度冗员具有不同的经济后果和治理后果,适度冗员会增强对国企高管的负激励,提升高管的投资动力,而随着冗员的持续增加,自由现金流约束作用和道德风险强化效应则会降低企业的投资规模。同时,冗员与投资效率的关系也进一步佐证了适度冗员的治理作用,适度冗员会降低国企的过度投资水平,而存在过度冗员现象的企业其过度投资也更严重。另外,冗员与投资规模之间的关系仅在公益类国企显著,在商业类国企中并不存在显著的负相关关系;冗员对企业投资的约束作用也仅存在于地方国企,而在中央国企则缺乏此约束作用的证据。外部环境变量,如产品市场竞争程度、企业所在地的GDP增长率和企业所在地的财政赤字率,对冗员与企业投资行为之间的关系没有影响。

16MnR钢容器在高温(火灾)条件下的力学响应

液化石油气储罐因外部火灾导致其内部压力迅速上升 ,同时伴以材料强度下降 ,极易引发BLEVE爆炸和火球 ,危及人员和财产的安全 ,造成严重后果。因此研究火灾对储罐的影响对于预防和控制事故意义十分重大。文中重点探讨了液化石油气储罐中最常用的 16MnR钢在火灾作用下的力学响应规律 :首先进行高温下的力学性能试验研究 ,得出了 16MnR钢在温度不超过 6 0 0℃时的各项力学性能指标 (包括应力—应变曲线、屈服强度、极限强度、延伸率、弹性模量等 )随温度变化的规律 ;同时研究了储罐对火灾的温度、压力响应规律 ;并利用实验数据对储罐的失效压力进行了分析研究 ,从而可以预测储罐的爆炸时间。试验结果表明 ,16MnR钢在高温下强度、延伸率等明显下降 ,6 0 0℃时仅为常温下的 2 0 %～ 30 %。储罐壁温在火灾中迅速上升 ,最高温度可以达到 6 0 0～ 70 0℃ ,此时液化石油气储罐的爆破压力仅为常温下的 2 5 % ,而储罐内部压力则上升到正常压力的 2倍以上 。

昆仑山8.1级地震对青藏高原东北缘地壳水平形变影响的讨论

为了从整体上(较大尺度)把握区域应变场的时—空变化势态,并对区域运动场的描述更加逼真,文中在整体无旋转的基础上使用了以提取低频应变信息为主的连续非线性应变模型。根据《中国地壳运动观测网络》位于青藏高原东北缘GPS测站所产生的复测资料(1999—2001—2004),以1999—2001年的运动为基本参考(阶段性形变背景),从2001、2004年两期资料中分离了2001年昆仑山8.1级地震对其产生的主要影响量,结果表明:①昆仑山8.1级地震对青藏高原东北缘产生了比较显著的影响,且位移与形变的方式与背景有很大的差异;②震后的位移分布更加有序,该区西北地区向西偏南向移动,东南地区向北移动;该区最大位移超过15mm;③地震对该区西北地区的影响是能量释放性的,对东南地区的影响是能量积累性的;④震前面应变以收缩为主,震后西北地区为面膨胀(越西越大),东南部为面收缩地区。从整体上看,昆仑山8.1级地震的发生对青藏高原东北缘地区地震活动具有"东增西减"的作用。

松突圆蚧对不同马尾松品系危害程度的单向通径分析

为了寻找重要指标,从而研究松突圆蚧Hemiberlesia pitysophila Takagi对不同马尾松Pinus massoniana品系的危害程度,揭示昆虫数量指标所反映的直接和间接危害程度。选取一块林场试验地,通过虫口密度等6个指标进行调查,采用单向通径分析法分析。结果表明:直接影响最大正向指标为虫口密度和有虫针束率,间接影响最大负向指标为有虫针束率。综合起来,反映危害程度加大的重要指标依次为:虫口密度、有虫株率、定殖虫口数量、1龄若虫存活率、2龄若虫存活率、有虫针束率。28个马尾松品系可分为4类,其中最受危害的是390和439,危害最小的是469和458。分析结果之间基本一致,与实际基本相符。因此,本文结果对选取考察指标及其抗虫品系的选育提供了重要的参考价值。单向通径分析法在理论上有一定的合理性和创新性,在实际上是可行的,值得研究和推广。

单轴压缩湿砂样局部及整体体积应变的数字图像相关方法观测

确定体积应变局部化区域对于涉及孔隙流体的地质灾害研究具有重要意义。体积应变局部化区域可能比最大剪切应变局部化区域更接近于孕灾地点。在单轴压缩位移控制加载条件下,测试了3个湿砂样(含水率为12.7%~17.1%)的应力–纵向应变曲线,在微裂纹出现之前及稍后,利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关(DIC)方法计算了砂样的局部体积应变的变化规律。研究发现,在加载过程中,局部体积应变由均匀分布(近似线性阶段)向不均匀分布(硬化阶段)转变,直至出现局部体积应变局部化现象。在剪切带切向上,和最大剪切应变的相对均匀分布相比,局部体积应变的分布具有多峰性,这应与周期性的微裂纹出现有关。在微裂纹出现稍前,剪切带的变形是以膨胀为主,剪切带已较为显著,带内的最大剪切应变和局部体积应变分别比带外多2倍和4倍,但在此前,剪切带的膨胀和收缩现象共存。计算了所有测点所围区域的整体体积应变随纵向应变的演变规律。基于DIC方法的整体体积应变计算方法的优越性在于:具有亚像素精度,考虑了应变二阶量的影响。

管道应力危害BOTDR分布式光纤检测系统

针对长距离地下油气管道因地质沉降导致管道应力破坏的问题,提出了基于布里渊光时域反射(BOTDR)原理的分布式光纤应变检测方法。理论分析了油气管道受地质沉降产生应力变化的检测原理,设计了BOTDR分布式光纤应变检测系统。通过累加平均进行信号降噪处理,同时融合列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)算法,改善系统测量精度。系统性能进行测试,结果表明,系统检测距离可达10 km,应变最大量程为8 500με,应变测量误差为±46με、重复性测量偏差为±36με,定位误差为±2 m,空间分辨率为1 m,满足对管道沿线受应力危害的预警需求。

甘蔗糖厂成糖洁净区微生物危害初步分析

对甘蔗糖厂成糖洁净区内环境空气、设备表面、生产线及糖垢采样点进行了样品采集。在对上述55个采样点进行微生物分离纯化的基础上,结合传统微生物学形态观察、生理生化实验、分子生物学等方法对所得微生物菌种鉴定,共获得163株细菌和97株真菌,其中33株细菌和16株真菌鉴定到种水平。同时,通过构建系统发育树,实现对甘蔗糖厂成糖洁净区生产线污染菌株、污染途径、污染源进行初步溯源分析。结果表明:甘蔗糖厂成糖洁净区存在2条污染途径,可初步划分污染源危害等级、污染菌株危害等级。论文的研究结果将为甘蔗糖厂成糖洁净区微生物危害分析及其甘蔗制糖行业技术规范研究提供理论基础和实践指导。

浙北及邻近地区应力场数值模拟与地震危险区预测

根据构造地质学、地震地质学的考察和观测结果 ,结合构造单元、地震活动分区和研究区位置确定计算模型的范围 ,选定一个构造骨架 ,确定计算模型的边界形状和几何参数。然后参考地震震源机制解结果和新构造运动特征 ,选定模型边界条件 ;参考岩石力学实验结果 ,确定模型的物理参数。最后利用线弹性二维有限元程序计算了各节点位移、各单元应力应变及应变能增量。通过分析应力应变场和应变能增量划分出 2个地震危险区。

基于ASR法的底板隔水层原始地应力分布研究

针对煤矿水害防治领域隔水层性能研究中地应力测试需求,将油气田勘探开发中应用比较成熟的非弹性应变恢复(ASR)地应力测试方法引入。该方法利用钻孔取岩心开展地应力测量,对其原理、测试流程、样品采取及应变计布置、主应力和方向计算等方面进行系统阐述。实例显示:保德煤矿11#煤底板地应力状态表现为正断层应力环境,水平最大主应力介于5.3~7.9MPa,最小主应力介于4.7~7.3 MPa,水平最大主应力方向介于NE46.9°~NE69.5°。

用块体应变能预测强震位置与震级的研究

综合地质构造、岩体力学性质、应力应变状态及其演化历史等各种因素将其统归为应变能积累特征对强震活动进行研究。对利用形变空间特征变化判断强震震源区位置的方法进行了讨论并确认其可行性,提出估算块体应变能的方法。由新构造划分块体边界、地壳测深确定底面进而确定块体体积、形变测量确定年平均应变速率、地壳速度构造确定弹性常数、历史强震确定能量积累起点(起始时间),由此估算块体积累总应变能,进而依据能量估算地震震级。最后以实例论述应变能积累特点对强震位置和震级预测的良好效果以及对地震安全性评价的重要意义。

地质灾害作用下油气管道设计应变计算模型

根据基于应变与基于可靠性的两种管道设计新方法的工程需要,对我国油气管道面临的断层、采空、冻土、滑坡等常见地质灾害类型及其土壤位移模式进行了分类总结。以断层作用下管道设计应变计算的有限元分析力学模型及设计应变经验公式为基础,将其推广到采空、冻土、滑坡等其他地质灾害类型的研究中,提出简化的管道地质灾害综合位移模型及管道设计应变计算模型,模型将地质灾害位移类比为水平面和垂直面内的断层位移形式,从而衍生出其他地质灾害形式管道应变计算方法。该方法计算精度高、效率高、适用性广,特别是满足了多种地质灾害作用下油气管道可靠性的设计需要。

连续地表位移作用下埋地管道应变计算模型

油气长输管道途经多种复杂地质环境,经常面临地质灾害的威胁。针对现有地质灾害段管道地表位移监测数据离散型的特征,提出了一种基于三次样条插值的地表位移三维重构方法,实现了地表位移的连续表示。在此基础上,采用非线性有限元方法,依据非线性土弹簧单元描述管土相互作用,利用Ramberg-Osgood本构模型描述管材力学特性,使用INP参数化编程语言建立了参数化的连续地表位移作用下埋地管道应变计算模型。新建模型能够考虑温度、外压等工作载荷与管道实际路由对管道初始应力的影响,实现管道应变的准确计算。采用C#编程语言,编制了基于C/S架构的管道设计应变智能计算与评估软件。研究结果可为智慧管道数字孪生的建设与地质灾害地段管道的完整性评估提供技术支撑。(图7,表3,参25)