铅在铁路岩石边坡创面人工土壤中的迁移特性研究

山区大规模的铁路建设产生了大量的岩石边坡,前期研究表明边坡创面人工土壤受Pb污染,且有中等程度的富集。土壤类型、植被搭配类型是影响Pb迁移特性的重要因素,而目前却未见人工土壤及植被搭配类型对Pb迁移特性影响的相关报道。该研究以铁路岩石边坡创面人工土壤为对象,利用原子吸收分光光度法、红外光谱法分析了人工土壤对Pb的吸附-解吸特性及机制;运用野外人工模拟降雨实验,进一步考察在暴雨径流作用下,Pb在不同植被搭配类型的边坡人工土壤中的迁移过程。结果表明人工土壤对Pb的吸附量随着溶液平衡浓度的增加而急速增加,等温曲线呈“S”型,Freundlich方程能较好地描述人工土壤对Pb的吸附行为,R2为0.91。二次幂函数方程能较好描述NH₄AC对铅的解吸过程,R2为0.96。人工土壤有高岭石红外光谱特征吸收峰,属于高岭石型图谱。高岭石表面-OH、腐殖质表面-OH和-COOH参与吸附作用,置换出H+。人工土壤易将交通运输产生的Pb固定,但又容易再次释放。不同植被搭配类型边坡Pb流失量表现为草本＞草本+灌木＞草本+灌木+乔木。暴雨径流作用下Pb随沉积物相流失是边坡创面人工土壤Pb流失的主体,边坡土壤的侵蚀是导致Pb迁移扩散的主要原因,因此促进边坡植被的恢复,减小边坡人工土壤的侵蚀作用是防止Pb迁移扩散的关键。     

花岗斑岩Holmquist-Johnson-Cook本构模型参数研究

对取自玉龙铜矿边坡的花岗斑岩进行相关物理和静力学实验,获得岩石的密度、弹性模量、泊松比、单轴抗压强度以及抗拉强度等参数。通过花岗斑岩SHPB实验得到试样的典型冲击动载应力-应变曲线。利用相关实验结果,借助显式动力有限元软件LS-DYNA,得到花岗斑岩的HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型参数,分析岩石动载强度对HJC模型参数的敏感性,总结出一套HJC模型参数的取值方法。岩石动载强度对HJC模型的A,B,N和fc参数最为敏感,该参数变化幅度在-30%~30%时,强度变化率大于11%。HJC模型参数的取值过程中,将岩石物理和力学实验数据与数值模拟进行结合,即可体现HJC模型基本理论,又可均衡实验和数值模拟的工作量,并能获得可靠的模型参数,为岩石动载数值模拟计算提供帮助。     

基于能量原理的岩爆倾向性判据

岩爆判据是岩爆研究中最关键的科学问题之一,也是预测岩爆发生与否的关键。首先基于能量原理,以岩石强度与整体破坏准则为基准,建立了岩体单元受压与受拉时的岩爆烈度分级评价系统;然后采用已有的经典岩爆判据和新提出的岩爆倾向性判据,对国内部分典型岩爆工程实例进行了准确性和适用性检验;最后以锦屏Ⅱ级水电站4#引水隧洞为依托,通过FISH语言编程对3DEC数值模拟软件进行了二次开发,对三维应力条件下深地下工程岩爆地质灾害孕育机制与演化规律进行了模拟分析。结果表明:该判据全面考虑了围岩单元体受力的各种状态,反映了岩爆孕育发生过程的完整性因素、力学因素、脆性因素与储能因素;针对无、轻微、中等及强烈岩爆4个级别,提出了3个分级阈值(2、11和110);基于能量原理的岩爆倾向性判据对典型岩爆案例进行预测评估,结果与岩爆发生实际情况基本一致,具有良好的有效性和工程适用性。研究成果可为准确预测深部地下工程岩爆的倾向性提供一种新的思路。     

Microstructure and its influence on CH4 adsorption behavior of deep coal

In this paper we investigate the influence of microstructure on the CH4 adsorption behavior of deep coal. The coal microstructure is characterized by N2 adsorption at 77 K, scanning electron microscopy （SEM）, Raman spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy （FT-IR）. The CH4 adsorptions are measured at 298 K at pressures up to 5.0 MPa by the the volumetric method and fitted by the Langmuir model. The results show that the Langmuir model fits well with the experimental data, and there is a positive correlation with surface area, pore volume, ID/IG, and CH4 adsorption capacity. The burial depth also affects the methane adsorption capacity of the samples.     

Neutron beam optimization based on a ^7Li（p,n）^7Be reaction for treatment of deep-seated brain tumors by BNCT

Neutron beam optimization for accelerator-based Boron Neutron Capture Therapy（BNCT） is investigated using a ^7Li（p,n）^7Be reaction. Design and optimization have been carried out for the target, cooling system,moderator, filter, reflector, and collimator to achieve a high flux of epithermal neutron and satisfy the IAEA criteria.Also, the performance of the designed beam in tissue is assessed by using a simulated Snyder head phantom. The results show that the optimization of the collimator and reflector is critical to finding the best neutron beam based on the ^7Li（p,n）^7Be reaction. Our designed beam has 2.49×109n/cm^2 s epithermal neutron flux and is suitable for BNCT of deep-seated brain tumors.     

储层声学

正储层声学在理论上属于多相孔隙固体介质声学的研究范畴,它是研究声波在储层中的产生、传播、接收及声波与储层相互作用和相关应用等的一门学问。在技术上它综合和涵盖了从地面地震勘探、井间地震、微地震、井中垂直地震剖面、单井成像、声波测井、岩石物理、数字岩心到岩石学中所涉及到的声学方法和手段。储层声学从提出到现在有近十年的发展历史,虽是一个年轻的声学分支,但在需求的驱动下,发展非常迅速。一般称能够存储油、气、水的岩层为储     

论地震发生机制

地震发生的物理机理和过程是还没有认识清楚的问题. 此前人们将浅源地震归因于弹性回跳,根据这一观点和岩石实验结果计算得到的地震能量与实际观测结果有很大矛盾,被称之为“热流佯谬”. 中源和深源地震发生在地幔区域,其成因也没有合理的解释. 考虑到地壳和地幔是离散集合态物质体系及其慢动力学运动行为的基本特点,本文根据物理学原理,特别是近年凝聚态物理发展出来的相关新观念,并依据已有观测事实,从新的视角探究地震发生的物理机制. 1) 关于地壳岩石层中的应力分布:在不考虑构造力时,依据万物皆流的流变学原理,原始地壳岩石在自重压强长时间作用下,纵向和横向应力相同,没有差应力. 大地构造力推动岩块滞滑移动挤压断层泥,施加于其他岩块,逐渐传递和积累. 这种附加的横向构造力与原始岩石中应力叠加,形成地壳岩石层中的实时应力. 由于断层泥属于颗粒物质体系,具有与岩石不同的力学特征,其弹性模量比岩石小得多,且随压强而增大,导致构造作用力随深度非线性增大. 给出了地壳中构造应力分布及其变化规律. 2) 关于地壳岩石层强度:地壳岩石的自重会使岩石发生弹性–塑性转变. 通过对弹性–塑性转变深度的计算,并根据实际情况分析,给出了地壳岩石弹性、部分塑性和完全塑性三个区域的典型深度范围. 在部分塑性区,塑性体比例达到约10%以上时,发生塑性连通,这时岩石剪切强度由塑性特征决定. 塑性滑移的等效摩擦系数比脆性破裂小一个数量级以上,致使塑性滑移时岩石剪切强度比脆性破裂小得多. 同时,随深度增大,有多种因素使得岩石剪切屈服强度减小. 另一方面,地震是大范围岩石破坏,破坏必然沿薄弱路径发生. 因此,浅源地震岩石的实际破坏强度必定比通常观测到的岩石剪切强度值低. 给出了地壳岩石平均强度和实际破坏强度典型值随深度的分布规律. 3) 关于地震发生的条件和机制:地震发生必定产生体积膨胀,只有突破阻挡才可膨胀. 地震发生的条件是:大地构造力超过岩石破坏强度、断层边界摩擦力以及所受阻挡力之和. 因此,浅源地震是岩石突破阻挡发生的塑性滑移. 在此基础上提出了浅源地震发生的四种可能模式. 深源地震是冲破阻挡发生的大范围岩块流. 浅源地震和深源地震都是堵塞–解堵塞转变,是解堵塞后岩石层块滑移或流动造成的能量释放. 4) 关于地震能量和临震前兆信息:地震能量即为堵塞–解堵塞转变过程释放的动能. 以实例估算表明,地震岩石滑移动能与使岩块剪切破坏和克服周围摩擦阻力所需做的功相一致,不会出现热流佯谬. 同时指出,通过观测地震发生前构造力的积累过程、局域地区地质变迁以及岩石状态变化等所产生的效应,均可能获得有价值的地震前兆信息. 关键词： 地震发生机制 热流佯谬 地壳岩石应力和强度 堵塞–解堵塞转变     

类岩石材料力学特性的试验及数值模拟研究

在进行多组不同配比类岩石材料单轴压缩试验和巴西试验的基础上,详细分析了石膏水泥比和石英砂含量对类岩石材料的单轴抗压强度、抗拉强度及弹性模量等力学参数的影响规律,力图找到适合模拟现场砂质泥岩的类岩石材料及配合比。利用颗粒流程序(PFC)模拟,进一步研究了高径比和围压对类岩石材料力学特性的影响。结果表明:随着石膏水泥比的增大,抗压强度和弹性模量均逐渐减小,而抗拉强度逐渐增大;随着石英粉含量的增大,抗压强度和弹性模量均先增大后减小,而抗拉强度则为先减小后增大。结合单轴压缩过程的声发射特征,揭示了裂纹扩展与声发射有密切的关系。PFC2D模拟获得的力学参数与室内试验相近,破裂模式也与实际情况相似。通过尺寸效应的研究可知试样的高径比在2.0~2.5较合理。随着围压的增大,试样的峰值强度、残余强度、峰值应变及弹性模量等力学参数均增大,且围压会改变试样的破裂模式。     

爆炸冲击载荷作用下岩石的损伤实验

基于声波测试原理,利用RSM-SY5智能型声波仪,对某露天矿围岩在爆破冲击荷载作用下产生的损伤进行了现场实验研究。研究结果表明:爆破冲击荷载对距离爆源7 m范围内的岩石会造成损伤破坏,其损伤程度随着岩石与爆源距离的增大而减小;岩体声波速度随着爆破次数的不断增加而逐渐降低,多次爆破对岩石具有损伤累积效应;多次爆破的累积损伤不是单次爆破损伤的简单叠加,具有非线性特性,且距离爆源越近爆破累积损伤效应越明显。     

基于离散小波变换的岩石SHPB测试信号去噪

运用离散小波阈值去噪原理对SHPB测试信号进行了处理,针对SHPB测试信号持时短、突变快等特性,并根据各小波基对信号的重构均方根误差,选择Symlets小波系中的小波基Sym5为适合SHPB测试信号小波分析的最佳小波基,并运用无偏估计程序SURE确定了各分解层的阈值。比较了小波阈值去噪与动态应变仪中常规低通滤波器去噪的信噪比和均方根误差,研究结果表明,相对于常规低通滤波器的去噪处理,离散小波变换不仅有良好的去噪效果,而且能得到更精确的重构信号,可以取代动态应变仪中的低通滤波器对SHPB测试信号进行去噪处理。