新书介绍

地质学家李四光遗著《地质力学概论》已于1973年由科学出版社出版。 《地质力学概论》是李四光同志在科研工作上遵照毛主席的教导,勇于实践,敢于创新,坚决走自已道路的重要成果。作者从分析事物的矛盾着手,把地应力的活动作为构造运动的主导因素,把各种构造现     

三山岛金矿矿区地应力场特性研究

三山岛金矿位于山东省莱州湾畔，矿区的工程地质条件及水文地质条件比较复杂，因此对于矿山地下开采存在某些特殊的地质工程问题。本文分别来用地质力学构造线分析方法，现场地应力量测及声发射凯萨尔效应实验方法，研究了矿区的地应力场特性。结果表明，矿区的地质构造应力为Ｎ４０°Ｅ左右，σＮＥ＝１１０ｂａｒ左右，σＮＥ：σＶ：σＮｗ＝１：０．９：０．６５。这为矿山地下开采的稳定性评价提供了基本的力学参数。     

Kaiser效应激发验证中的压头尺寸效应研究

针对声发射(AE)法现场测量地应力须选用便捷式小型加载设备来激发岩石声发射信号的实际要求,本文提出以减小压头直径来提高激发应力的解决思路。为此,利用MTS试验机、PCI-II声发射仪等仪器对预设应力的岩石试件开展5组不同直径(5mm、10mm、15mm、20mm和50mm)压头下的Kaiser效应激发显现验证试验。确定激发岩石Kaiser效应的压头直径临界值范围为5～10mm后,再增设4组(6mm、7mm、8mm、9mm)压头直径试验。试验结果表明:采用8mm直径的小压头可以有效激发并准确显现岩石Kaiser效应,压头直径对Kaiser效应的显现特征具有一定的影响作用。与预设应力相比,实测突变点应力出现"滞后显现"或"提前显现"现象。同时,文中还运用FLAC3D软件模拟计算了不同直径压头下大理岩试件的内部应力分布情况。结合声发射试验结果,初步分析解释了端部效应及压头直径对岩石试件Kaiser效应影响的机理。上述研究成果对在现场使用AE法准确测量地应力具有一定的参考意义。     

万家寨引黄工程泥灰岩段隧洞岩石掘进机(TBM)卡机事故工程地质分析和事故处理

隧道全断面岩石掘进机 (TBM )的施工对地质条件适应性是一个不断认识和深化的过程 ,其中很多认识是来自已发生的各种各样事故和对事故原因的理性认识。本文是在对某隧洞TBM卡机地段的岩性 (包括工程性质 )、构造、地应力及其在TBM施工条件下的变化等方面进行工程地质力学研究的基础上 ,指出层间剪切带的存在及由此而产生的较大变形速率是导致事故发生的工程地质原因 ,并提出了相应的处理意见和建议。TBM卡机问题的顺利解决和它重新开始快速掘进证明了作者分析和工程处理措施的合理性。本文的分析有助于加深TBM施工对复杂地质条件适应性的认识 ,并可望为避免类似事故的再次发生提供参考和借鉴。     

矿山层状反倾边坡岩体移动规律的试验研究

本文基于现代工程地质力学理论与相似模拟原理, 采用地质力学模拟试验方法, 以某矿顶帮边坡为工程实例, 结合大量滑坡实例综合分析, 研究了层状反倾边坡岩体随采矿工程发展的移动规律和潜在滑坡模式。     

柔性箔片气膜密封实际表面状态下的声发射信号特征

柔性箔片气膜密封技术是1种先进的非接触式柱面气膜密封技术,可满足极端参数下高性能旋转机械的密封需求,然而该柱面密封结构不同表面状态运转下的信号特征规律较少研究.因此,本文中通过搭建密封试验台采集不同表面状态下的AE信号频率,进而利用AE波形图和傅里叶变换对其不同表面状态下AE特征规律进行分析与探讨,对比获得不同压力、转速以及膜厚变化时的AE频率特征,从而确定AE信号与气膜密封表面状态相关的幅频信息.结果分析表明：不同表面状态下,AE信号特征频率呈现中心幅频特征不同,且柔性箔片气膜密封结构的AE信号特征至少存在两种明显的中心频率变化,这是由柔性箔片气膜密封的楔形间隙结构变化导致;另外,当密封试验压差和转速变化时,AE频率特征发生了一定程度的变化,但AE中心频率分布基本不变;最后,由于AE高频信号会随着膜厚增加发生衰减,相同表面状态在不同膜厚下呈现出不同的AE频率特征.     

基于OAET和HHT的混凝土AE源损伤识别方法

针对混凝土材料中所产生的声发射(AE)信号复杂的特点,采用正交异性声发射传感器(OAET)提取结构中特定方向的AE信号。运用Hilbert-Huang变换(HHT)对AE信号进行分析,通过循环应用经验模态分解的方法,将复杂的原始数据序列分解为有限数目的固有模态函数及一个残余项,进而采用Hilbert变换,得到以时间为自变量的信号幅度和瞬时频率函数。文章探讨了基于幅度和瞬时频率函数的损伤识别方法,形成了一种混凝土中复杂AE信号处理及损伤识别的新途径,有助于AE技术的发展与推广应用。     

基于边界约束、侧向力和体力调整的藏区地应力反演研究

针对藏区某水利工程,为准确地反演其所在区域地应力,建立了拟建坝址区的三维边坡模型,较全面地提出了8种应力施加方案,对提出的各种应力施加方案一一进行验算比较,找到各种方案中可利用的价值,最终较合理地提出了中、下坝址最佳的应力施加模型;对中、下坝址的模型进行的三维地应力反演结果与实测值进行对比,吻合性较好;利用测点所在剖面模型进行了3种应力施加方案下的二维地应力反演,将二维地应力反演结果与三维地应力反演结果进行对比,总体趋势较为一致;对自重和地应力情况进行了测点、不同深度和高度观察点、等值线的横向和纵向的对比,研究结果表明在高陡边坡、高地应力地区考虑地应力在工程实践中的影响具有很大的必要性.论文提出的地应力反演方法相比传统的地应力回归计算方法而言,具有简单适用、方便快捷、可信度高等特点,可为高地应力地区的地应力反演提供一定的参考.     

李四光同志关于地震工作的一些意见

我国卓越的科学家李四光同志,生前对地震工作十分关心.他在总结群众实践经验的基础上,对我国和东亚大陆等地质构造特点进行研究,对传统地质学中种种唯心论和形而上学观点进行批判,创立了具有我国特色的地质力学.地质力学认为,地球是处于不断的运动变化之中,地球表面由岩石组成的地壳也是处于不断的运动变化之中,而重力控制下的地球自转的离心力是地壳构造运动的主要推动力.因此,地质力学把地质学同力学结合起来,运用力学观点来研究地壳构造和地壳运动的规律.李四光同志根据地质力学研究的对象、方法和目的,提出“地质力学研究构造体系、构造型式和复合关系,不只用于找矿;还要搞地震工作.”他从地质力学的观点出发,在开展地震地质工作、研究构造应力场、探索地震预报等方面,作了许多有意义的工作,提出了许多有启发性和有价值的意见.现综合摘要介绍其中一部分如下.     

工程岩体地质力学作用过程的数值模拟

工程岩体地质力学作用过程的数值模拟, 是研究岩石工程设计、施工问题的有效途径。本文提出了工程岩体计算数据智能化准备与确定子系统、地质力学作用过程的仿真数值模拟及其快速图形处理子系统, 并将其集成为一体。系统采用人机交互界面及多系统的自动转换, 使整个分析系统能充分发挥其模拟分析及图形处理功能, 方便实用。     

高地应力岩体多孔爆破破岩机制

深部岩体爆破破岩是爆炸荷载与高地应力共同作用的结果。基于一些简化假设,建立了一个高地应力岩体双孔爆破计算模型,采用光滑粒子流体力学-有限元方法耦合数值模拟方法,研究了高地应力作用下炮孔间裂纹的传播及贯通过程,分析了炮孔周围应力场动态演化过程与分布特征。研究结果表明:爆破引起的岩体开裂主要是环向动拉应力所致,地应力对岩体的压缩降低了炮孔周围环向动拉应力、缩短了环向动拉应力的作用时间,因而对爆炸致裂起抑制作用;静水地应力条件下多孔爆破时,垂直于炮孔连线方向传播的爆生裂纹更易受到地应力的抑制;对于高地应力岩体爆破,炮孔间的裂纹扩展长度随地应力水平的提高而减小,裂纹主要沿最大主应力方向扩展,因此沿最大主应力方向布置炮孔、缩短炮孔间距有利于炮孔间裂纹的连接贯通,形成良好的爆破开挖面。     

三峡工程坝址花岗岩体缓倾角结构面成因综合研究

本文对长江三峡工程坝址花岗岩体中缓倾角结构面成因进行了全面的综合研究。从野外地质调查人手,在大量野外勘测的基础上进行宏观分析,同时辅之以扫描电镜、透射电镜、包体温度测定等方法进行微观构造组构、差异应力等的研究。在地质力学宏观分析的基础上,利用地质力学物理模拟进行相似条件下的反演,并利用非线性有限元数值模拟进行验证。同类研究在国内外均未见先例,可为同类工程研究借鉴。     

深孔爆破技术在高地应力低透气性高瓦斯煤层增透防突中的适用性

同时考虑爆炸波、爆生气体、煤层原始瓦斯压力和煤层地应力的作用,对不同地应力条件下的高瓦斯低透气性煤层深孔爆破进行了有限差分动力数值模拟,并与室内相似模型实验和相关现场实践进行了对比。结果表明:地应力对煤层深孔爆破效果的影响显著,尤其对于高地应力煤层,地应力严重抑制着煤层爆生裂隙的扩展,煤层爆生裂隙半径随地应力的增大而近线性地减小,但深孔爆破技术对于高应力低透气性煤层仍可取得良好的增透效果;煤层地应力的主应力方向在一定程度上影响着爆生裂隙的扩展方向,实际工程需结合煤层地应力状况来布置爆破孔的空间位置。     

不同地应力条件下切缝药包爆破的数值模拟

针对切缝药包定向爆破的特点,考虑岩石介质非均匀性的基础上,把岩石爆破视为爆炸应力波动态作用和爆生气体压力准静态作用的过程,基于损伤力学理论建立岩石爆破的力学模型,并对不同地应力条件下切缝药包爆破的裂纹演化规律进行数值模拟,分析不同地应力条件对切缝药包爆破效果的影响。模拟结果表明:采用切缝药包爆破时,裂纹主要萌生于切缝周边,沿切缝方向扩展,切缝对定向裂纹的控制作用明显;当考虑地应力作用,且最大地应力方向与切缝方向垂直时,不利于定向裂纹的扩展;最大地应力方向与切缝方向平行时,有利于定向裂纹的扩展。裂纹的扩展方向受控于切缝角度和最大地应力方向这2个条件,裂纹扩展规模则受到地应力的限制。     

软岩工程地质力学研究进展

在中国煤矿软岩工程地质力学的研究中 ,作者指出了国际岩石力学学会关于软岩定义的缺陷 ,提出了新的软岩定义和分类 ,并论述了软岩的变形力学机制、软化状态方程、软岩巷道支护理论、支护荷载的确定以及软岩工程地质力学设计方法。可以认为 ,中国软岩工程地质力学已经形成了较为完整的理论框架体系.     

两个值得关注的工程地质力学问题

岩体工程地质力学的问世 ,不仅推动了工程地质学科的发展 ,而且提高了解决实际工程问题的能力。在其发展过程中 ,新的研究课题不断地被提了出来。随着这些问题的解决 ,一些重要的理论、方法和技术将形成和逐步走向完善。作者认为以下两个工程地质力学问题值得我们关注 ,即边坡滚石机理和防治和工程地质力学综合集成理论和方法。     

地应力水平对深埋隧洞爆破振动频谱结构的影响

爆破振动的频谱特性对隧洞安全施工具有重要意义。采用动力有限元方法,分析了不同地应力水平条件下围岩爆破振动频率特征,通过对实测爆破振动信号的时域和频域联合分析,研究了不同频带上的振动能量分布。结果表明,爆破振动的主频及各个振动能量优势频带都有随地应力水平升高而降低的趋势,伴随爆破破岩过程而发生的地应力瞬态卸载动力效应是产生这一现象的主要原因。地应力水平越高,爆破振动信号中20～100 Hz的低频振动能量比重越大。当爆区的地应力为20 MPa时,20～100 Hz频带内的振动能量可达到总振动能量的35%左右;当爆区的地应力为30～50 MPa时,20～100 Hz频带内的振动能量可达到总振动能量的50%以上。除地应力水平外,应力卸载速率及岩体的力学特性也对爆破振动主频具有显著影响,卸载速率越高,低频振动能量比重越大。卸载速率取决于掏槽爆破方式,直孔掏槽导致岩体应变能释放速率最高。岩体弹性模量越大,爆破振动的主频越高。     

2D-C/SiC拉伸损伤的声发射信号聚类分析

摘要：对2D-C/SiC复合材料进行常温拉伸试验,利用声发射（AE）仪在线监测其损伤过程。应用K-均值聚类算法对AE信号进行模式识别,结合扫描电镜观察,发现2D-C/SiC复合材料拉伸过程的损伤模式包括基体开裂、界面层脱粘、层间剥离、纤维断裂以及纤维束断裂等,并得到了各种损伤模式AE信号参数的中心值。通过对不同损伤模式AE累积事件数和累积能量随时间变化的统计分析,描述了2D-C/SiC复合材料拉伸损伤演化过程。     

纸页受力微损伤演化过程的声发射及多元统计特征

纸页受载后的损伤断裂行为涉及其使用性能,对其损伤断裂过程的研究不仅有助于揭示纸页破坏行为的物理本质,而且有助于对纸页质量及其生产、加工工艺作出更加科学合理的评定。本文基于声发射(Acoustic Emission,AE)实验研究纸页内部微损伤演化过程,给出了评估纸页宏观损伤断裂性能的定量描述方法。首先,根据AE信号与微损伤事件之间存在本质上的关联性,通过采集和观测纸页试样受载过程中的AE信号来研究纸页损伤断裂的基本特征;其次,针对所采集AE信号的数据量大、蕴含信息丰富导致数据分析和处理困难的特点,本文采用多元随机变量的分析方法。利用概率熵和Andrews曲线法等统计分析手段对AE数据展开研究分析,并最终利用一条损伤状态轨迹曲线实现了对纸页微损伤演化过程的完整宏观描述。结果表明,纸页微损伤演化过程呈现明显阶段性变化特征;Andrews曲线的聚类结果有效地区分了不同损伤阶段的相似性和差异性,同时,不同损伤阶段中纸样的微观形貌观测提供了实验性的证据。本文以一种典型的牛皮箱板纸为试件,验证了上述方法的有效性。     

不连续岩体变形破坏过程中AE的空间演化与意义

通过一些典型节理化岩体模型变形破坏过程中的AE事件的定位分析和破裂面形态的研究,探讨了不连续岩体变形破坏过程的空间演化特征。结果表明：单节理岩体变形破坏的空间动态特征受节理角控制,随着节理角从小变大,岩体的变形破坏方式从AE在局部集中的突发式失稳向AE弥漫于整个节理层面的类似渐进式的破坏形式发展；失稳破裂面从简单的整体状岩-膏界面变成形态复杂的层内复合破裂面；复杂节理岩体的变形破坏受一条（组）主导构造控制,强AE事件集中发生在不连续构造交汇部位,在包含多条主构造的岩体模型中最终失稳破裂面只与最后阶段AE的位置一致。