固结条件下黏性土微观孔隙结构试验研究

土体微观结构状态是控制土体稳定的重要因素,工程土体在宏观上表现出的复杂特性根本上取决于微结构的复杂性和不确定性。本文以德州市沉降区钻孔中黏性土层为研究对象,基于对电镜扫描图像的分析处理,从微观角度对不同深度黏性土的孔隙结构演化机制进行研究,并探讨土体初始结构状态对压缩性的制约关系。微观试验分析表明:固结荷载改变土体微结构类型,随着固结荷载增加,结构单元体由松散状态转变为团聚状态,土体密实度提高,孔隙面积减小。定量分析表明:固结压力将改变土体微结构要素,随着固结荷载增加,平均孔径减小、微小孔隙所占比例增加、孔隙形状不断调整最终趋于圆滑、集团化程度变高、土体定向性增强。上述试验为深入理解土体微观结构非线性问题,以及微观结构与宏观工程特性的相互作用机制提供了依据。     

多种非线性力作用下不平衡弹性转子的分岔特性

研究了4自由度不平衡弹性转子在非线性油膜力、非线性内阻力和非线性弹性力联合作用下的动力学特性。结果表明，当只有非线性油膜力作用时，转子只存在由于油膜失稳而导致的倍周期分岔。而当非线性油膜力与非线性内阻力共同作用时，在油膜失稳后，转子产生低频振动。转速继续增加，还会诱发内阻失稳，产生概周期运动。在倍周期分岔中，存在分岔激变现象。本文发现的由于油膜涡动而导致的内阻失稳(概周期运动)是一种未见报道的转子失稳模式(组合失稳)，它与油膜失稳(倍周期运动)一起可作为转子故障诊断的典型失稳模式。     

陕西宝鸡地区千阳县塌山黄土滑坡稳定性分析

通过对宝鸡塌山黄土滑坡详细调查和钻探结果表明：具有特殊性的黄土为塌山黄土滑坡形成提供了物质基础;斜坡地形地貌、顺向斜坡结构、黄土节理等为塌山黄土滑坡提供了边界条件;人类活动、降水等是塌山黄土滑坡形成的主导诱发因素;多种因素相辅相成,导致塌山黄土滑坡发生发展。其次,采用SARMA法和FLAC法对滑坡稳定性进行了计算和模拟分析,通过对滑坡体土体应力的分析与滑坡安全系数计算表明,在天然状态下塌山黄土滑坡现今整体稳定,局部(滑坡前缘左侧)有失稳可能,这与野外调查塌山黄土滑坡现今变形特征以及整体稳定局部可能失稳的结论基本一致。而在饱和状态、天然状态＋地震、饱和状态＋地震3种工况下,塌山黄土滑坡整体失稳的可能性较大。     

德州地区土体固结过程微观结构的显微观测分析

土体的宏观工程力学性质受土体微细结构状态和变化规律的影响,其复杂的物理力学特性是微细结构特性的本质体现。为探明宏观土体沉降现象背后的本质机理,对德州地区沉降中心附近土体进行钻孔取芯,对五组不同深度土体试样进行不同荷载下的固结试验与SEM电镜扫描试验,探讨不同深度粘性土随着固结压力变化,土体压缩性及其微观结构的变化规律,总结土体微结构特征与微观参数变化特征,以期从细观本质机理上解释德州地区地面沉降的宏观现象。结果表明,随着固结压力的变化,土体的平均颗粒面积呈增大趋势,土体颗粒扁圆度提高。单元体排列概率熵均呈明显下降趋势,土体颗粒与土内孔隙分布定向性提高。不同深度的五组土体孔隙分布分维数均呈下降趋势且最终趋于稳定,颗粒分布分维数则明显上升,土体密实程度提高。     

马氏体相变微结构演化过程的模拟与分析

实验中观察到形状记忆合金在应力诱发马氏体相变过程中,出现多界面的微结构,马氏体相会逐渐长大变粗,同时会出现由马氏体形核造成的应力突然降低.用多阱的弹性能函数来刻画此相变与微结构演化过程,发现相变时会出现多界面的微结构且伴随着马氏体相的形核至奥氏体相的消失过程,出现了界面数先增后减的变化,同时应力会出现跳跃而不连续.相对应的动力学模型的有限差分的计算结果同样显示形核时出现了多界面的微结构并伴随着应力的大幅振荡,随着载荷的增加界面位置随之移动,使得马氏体相区域逐渐长大.理论分析与数值模拟的结果较好地刻画了实验中观察到的马氏体相变过程中的形核,产生多界面,再到马氏体逐渐长大这一微结构的演化过程.     

山西地堑系一类特殊的剪切-挤压型地裂缝

阐述了山西地堑系的构造背景及现今应力场状态,对该地区发育的地裂缝特点进行了概括性描述。根据实际调查,在该地区发现了一类特殊的剪切-挤压型地裂缝——万荣县城关变电所地裂缝,该地裂缝地貌上位于山西地堑系峨嵋台地,发育特征表现为强烈的剪切、挤压变形,地面、墙体拱曲、翘起,并出现明显的水平位错现象。与该区发育的其他地裂缝有明显的不同。根据地裂缝发育的特征,并结合区域构造应力场分析,讨论了该地裂缝的力学成因机制。     

水下多级微结构液气界面的稳定性和可恢复性研究

微结构表面浸没水下所形成的液气界面对减阻等应用具有重要意义.液气界面的稳定存在是结构功能表面发挥作用的前提.因此,如何增强液气界面的稳定性以抵抗浸润转变过程,以及在液气界面失稳之后,如何实现去浸润过程以提高液气界面的可恢复性能,均具有重要的科学研究意义和实际应用价值,也是国内外研究关注的热点问题.本文针对具有多级微结构的固体表面,研究其在浸没水下后形成的液气界面的稳定性和可恢复性.通过激光扫描共聚焦显微镜对不同压强下液气界面的失稳过程和降压后的恢复过程进行原位观察,实验结果和基于最小自由能原理的理论分析相吻合.本文揭示了多级微结构抵抗浸润转变以及提高液气界面可恢复性能的机理:侧壁上的次级结构(纳米颗粒、多层翅片)通过增加液气界面在壁面的表观前进接触角增强了液气界面的稳定性;底面的次级结构(纳米颗粒和封闭式次级结构)可以维持纳米尺寸气核的存在,有利于水中溶解气体向微结构内扩散,最终使液气界面恢复.本文的研究为通过设计多级微结构表面来获得具有较强稳定性和可恢复性的液气界面提供了思路.     

水下多级微结构液气界面的稳定性和可恢复性研究

微结构表面浸没水下所形成的液气界面对减阻等应用具有重要意义.液气界面的稳定存在是结构功能表面发挥作用的前提. 因此,如何增强液气界面的稳定性以抵抗浸润转变过程, 以及在液气界面失稳之后,如何实现去浸润过程以提高液气界面的可恢复性能,均具有重要的科学研究意义和实际应用价值, 也是国内外研究关注的热点问题.本文针对具有多级微结构的固体表面,研究其在浸没水下后形成的液气界面的稳定性和可恢复性.通过激光扫描共聚焦显微镜对不同压强下液气界面的失稳过程和降压后的恢复过程进行原位观察,实验结果和基于最小自由能原理的理论分析相吻合.本文揭示了多级微结构抵抗浸润转变以及提高液气界面可恢复性能的机理:侧壁上的次级结构(纳米颗粒、多层翅片)通过增加液气界面在壁面的表观前进接触角增强了液气界面的稳定性;底面的次级结构(纳米颗粒和封闭式次级结构)可以维持纳米尺寸气核的存在,有利于水中溶解气体向微结构内扩散, 最终使液气界面恢复.本文的研究为通过设计多级微结构表面来获得具有较强稳定性和可恢复性的液气界面提供了思路.      

基于微结构指标主成分分析的沉桩挤土效应研究

前期研究已认识到,土的宏观力学性质及其表现从本质上应取决于土的微观结构。在结构性较强的软土中沉桩,桩周土体内部结构会发生显著变化,土体的强度与变形性质是这种内在变化的宏观表现,研究土体微观结构与宏观力学行为变化之间的关系,对认知土体的力学性质,从微观出发去认识沉桩挤土效应的机理,指导工程实践具有重要地理论和现实意义。本文基于天津滨海地基土实际静压桩工程,在沉桩的不同时刻、沿桩身的不同位置取桩周土体原状土样进行室内三轴固结不排水剪切试验,得到土体强度指标参数,同时进行对应的微观结构试验,得到垂直与水平方向的10个微结构指标。采用主成分分析方法,在微结构指标中提取3个主成分,较好地分析了土体微结构特征。研究表明: 3个主成分与黏聚力之间存在较好的相关关系,而与内摩擦角之间的相关性相对较弱; 第一主成分对各微结构信息的提取比较充分,第二、第三主成分是对第一主成分未反映信息的进一步补充。同时主成分分析表明,土体微结构性质对强度性质起控制作用,在沉桩过程中,近地表和下部土层宏观力学指标表现出了相反的变化规律。主成分分析方法较好地表述了土体的微结构性质,为进一步从微观入手解释沉桩挤土效应机理提供了有力依据。     

上海软粘土微观特性及在土体变形与地面沉降中的作用研究

对上海软粘土的颗粒及集合体成分、孔径分布、微结构、孔隙溶液与阳离子交换性作了分析 ,对固结前后的孔径变化与人工回灌对土体性质可能带来的影响作了探讨 ,从物理化学角度阐述了软粘土微观特性对土体固结变形及地面沉降的影响.     

山西清徐县地裂缝灾害现状及类型分析

研究了山西省清徐县平泉村—武家坡村地裂缝地质灾害的现状和主要特征。清徐县平泉村至武家坡村等7个村庄自2002年春天出现地裂缝以来,其灾害呈现日趋加重的趋势,给当地村民的生产及生活带来了极大影响。经过对平泉村至武家坡村地裂缝的现场实地调查,认为清徐县平泉村-武家坡村地裂缝的分布情况复杂,影响带的宽度从3m左右到100多米不等,凡位于地裂缝带内的大部分建筑物都遭到了破坏。地裂缝带内的地面变形形式有陡降型和缓降型两类,其中位于陡降型变形带上的建筑物破坏最为严重。地裂缝引起建筑物的破坏主要有墙体开裂、地面倾斜、地基下沉、楼梯断裂、门窗变形等多种形式。清徐地裂缝目前仍处于活动阶段,这种活动趋势还将持续一段时间,建议地裂缝带内的村民应尽快搬迁,并限制其在地裂缝带内的工程活动,以免造成更大的损失。     

临汾地面沉降数值模拟及其与地裂缝灾害关系研究

临汾市区是继西安、大同等地区之后又一地裂缝灾害比较严重的地区, 已经严重影响着临汾市经济的可持续性发展。经研究表明, 地下水超采为影响该区地裂缝灾害的第二大因子, 它是通过地面沉降来促使地裂缝的形成和发展。本文通过对临汾市区地面沉降进行数值模拟, 总结出了地面沉降的变化规律。分析认为, 地裂缝灾害的易出现部位为沉降梯度陡变带, 即沉降梯度最大处。     

山西清徐地裂缝形变的InSAR监测分析

山西清徐地裂缝是近年汾渭盆地中活动最为剧烈的地裂缝之一,对耕地、道路和建筑物均造成了严重的破坏。为了监测该地裂缝的活动特征并推测其活动原因,采用差分合成孔径雷达干涉测量技术对该区域的地表形变进行了面状监测。由于受农田覆盖导致的严重时间去相干的影响,本文采用2007年时隔仅为70d的两景Envisat ASAR数据进行了解算,获取了该时间段清徐地区的整体地表形变,特别是清徐地裂缝两侧的形变梯度信息。结果显示: 清徐地裂缝南侧有一个长轴约为2km的地面沉降区域。进一步通过两条平行于地裂缝的剖线和多条垂直于地裂缝的剖线对该地裂缝形变的空间特征进行了分析,结果显示: 清徐地裂缝南侧为主要的形变区域,地裂缝最大的影响宽度达100m,而且地裂缝的不同地段的活动强度也不同, 70d的最大差异形变达5cm。从地裂缝与断裂的空间来看,该地裂缝位置受到交城断裂的控制,而推测近年地裂缝的异常活动则源于地裂缝南侧沉降中心的出现。     

与地震相关的西安地裂事件的全过程研究

运用历史分析方法,通过物探、热释光测年、古建筑地震地裂反应分析等,探讨了新生代以来与地震相关的西安地裂事件全过程,初步建立了与地震相关的西安地裂事件历程,并按地质历史、地震记载历史、现代三个阶段讨论了地裂灾害特征。并结合地裂场地地震动力效应研究,对未来 5 0年内与地震相关的地裂危险进行了预测。本文成果不仅可指导西安城市建设规划,而且为地裂灾害工程抗防提供了依据。     

陕西三原双槐树地裂缝的发育特征

陕西三原双槐树地裂缝由两条近平行的地裂缝组成,延伸长度大于4km,地裂缝活动给沿线居民带来了巨大的灾害和经济损失。通过调查访问和探槽、探井、平硐等勘探工程,从平面展布特征、剖面结构特征、活动特征和力学性质等方面描述了该地裂缝的发育特征。结果显示:南侧的F1地裂缝的破碎带宽度和活动程度均大于北侧的F2地裂缝,其中的F1地裂缝破碎带宽度一般大于10m,最大可达50余米,不同期次和不同级次的裂缝数量可达30余条,如此规模的裂缝破碎带宽度和裂缝数量在黄土地区并不多见。     

抽水引起的含水层水平应变──地裂缝活动新机理

基于Darcy -Gersevanov广义渗流关系式 ,本文首先导出了单井定流量抽水引起的泰斯承压含水层水平运动和应变解析表达式 ,并据此提出了抽水诱发地裂缝活动的含水层水平应变新机理 ,其主要观点为 :受井栅的约束阻挡作用 ,抽水活动将在含水层内部形成近井径向挤压区和远井径向拉张区两个应变区域 ,随着抽水时间的增长 ,近井径向挤压区将逐渐向外扩展 ;当地裂缝及其下伏断层或裂隙位于抽水活动引起的径向拉张应变区域时 ,地裂缝将出现加速活动 ;反之 ,当地裂缝处于抽水活动引起的径向挤压应变区域时 ,地裂缝活动反而受到抑制。上述地裂缝活动机理通过大同机车工厂现场抽水实验得到了初步证实。     

基于InSAR的西安地面沉降与地裂缝发育特征研究

哺乳动物细胞胞质分裂过程中伴随着一系列形态学改变,随着分裂沟不断收缩,形成连接两 个子细胞的细胞间桥. 间桥不断拉长、变细,直至断裂、生成两个子细胞. 采用细胞力学 和形态学测量及分析方法,通过施加肌球蛋白II抑制剂,定量研究了NRK细胞间桥变细动力 学; 采用细胞免疫荧光技术, 检测了早期胞质分裂肌动蛋白的分布,揭示肌球蛋白II缺失细 胞胞质分裂可能的机制. 结果表明：施加肌球蛋白II抑制剂的NRK细胞, 其整体形态学和细胞 间桥形态学曲线明显不同于0.3%DMSO组. 根据流体力学特性和所测量的力学参数对曲线 进行模拟发现,表面张力对肌球蛋白II抑制组细胞的间桥动力学曲线轨迹影响很大. 研究结 果提示由细胞力学特性决定的拉普拉斯压力和细胞运动共同参与了肌球蛋白II缺失细胞胞 质分裂的调节.     

西安地铁二号线沿线地裂缝未来位错量估算及工程分级

地裂缝在地铁设计使用期内的最大垂直位错量是西安地铁二号线穿越地裂缝结构设计的一个十分重要的参数。本文以历史水准监测资料为基础,分析了西安地铁二号线沿线各地裂缝在不同历史阶段的活动特征与活动原因,对各地裂缝的未来活动趋势进行了预测。然后通过基于不同时间段地裂缝活动速率的最大垂直位错量估算结果的对比分析,得出了地铁设计使用期内各条地裂缝与地铁交汇点处地裂缝的最大垂直位错量,并以此为依据,将西安地铁二号线沿线地裂缝分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级等4个工程级别。     

抽水作用下先期断裂对地裂缝的影响研究

过度抽取地下水和先期存在的断裂构造是西安市地裂缝地质灾害发生的主要原因。作者首先从理论上分析了抽水情况下地裂缝形成的张拉破裂机制、剪切破裂机制和张剪复合破裂机制,并从结构面控制理论分析了先期断裂在地裂缝形成中的控制作用; 然后依据比奥三维固结理论,采用FLAC软件建立了西安地裂缝的计算模型,比较了抽水作用时没有先期断裂和地层差异、有先期断裂而没有地层差异、有地层差异而无先期断裂等情况时的地面变形特征,得出抽水作用下,先期断裂对地裂缝的形成及发展具有诱导、隔离和放大的耦合作用,从而得出先期断裂不仅仅只是地裂缝形成的构造基础的结论。