剪切模量与杨氏模量的新关系

以修正后的剪应变概念为依据，通过坐标变换求得各向同性变形体在任一方向的应力和应变，进而导出了剪切模量与杨氏模量之间的关系。     

刚度和阻尼频率相关的等效线性化方法

在实际工程中发现,在强地震动作用下等效线性化方法低估了地表地震动的峰值加速度反应。通过与场地效应竖向台阵观测记录的对比分析证实了这一现象,其主要原因是等效剪应变水平的取值高于高频段实际剪应变水平,从而抑制了土层地震反应中的高频成份。若干分析表明,动力反应过程中土体的剪应变是随频率而变化的,且试验表明土体的刚度和阻尼是与剪应变相关的,据此假设土体刚度和阻尼是与频率相关的。基于这一假设,对传统等效剪应变的选取如何使得土层对基底地震动输入中的高频成分产生滤波效应的原理进行探讨,且通过频率相关的等效线性化方法对该原理进行证明。将该方法应用于Port Island场地效应竖向台阵的分析,并与实际地震动记录进行了对比,结果表明,较之传统等效线性化方法,能更加合理地考虑地震动输入中的高频成分。     

土壤强固剂加固红土的力学特性

红土样中加入土壤强固剂可以显著改善土体性能，提高强度，减小变形，其加固机理可用等效压力等效剪应变的概念来解释，加固实质就是增强了土颗粒之间的连接力和摩擦力，加固效果相当于提高了作用于试样的垂直压力和破坏剪应力，减少了破坏剪应变，可以用加固效果系数来衡量，各应力－应变特性参数随着垂直压力的增大而增大，但增大的程度逐渐减小，强度加固效果系数和同水平剪应变加固效果系数与垂直压力呈反比，破坏剪应加固效果系数与垂直压力呈正比。     

水平成层场地动剪应变与震动速度关系解析

以SHAKE2000为代表的频域等效线性化是目前主流的土层地震动计算方法。由于该方法在软土场地计算结果严重不合理,其改进方法成为目前研究热点,主要采用频率相关法,但一直没有取得实效。对频率相关法中土体动剪应变和震动速度成恒定比例关系的基本假定进行研究,从波动方程推导出了均匀全空间单向行波、单一均匀半无限场地、成层场地等3种典型场地中土体剪应变与震动速度关系的精确解答,通过数值试验研究了这一假定的合理性与偏差程度。结果表明：动剪应变和震动速度成恒定比例关系这一假定只有在无边界均匀介质单向行波情形下才成立,对于实际成层土场地,动剪应变与震动速度关系强烈依赖于波的频率和观察点的位置,如果在土层地震反应分析中忽略反射波而采用单向行波恒定比例假定将会使计算结果产生显著偏差;动剪应变与震动速度成恒定比例关系的假定导致的偏差达4个量级,即使对于单一均匀半无限空间模型偏差也十分显著;对实际土层地震动的求解,该假定在理论上定性错误,定量上偏差不可接受,必须放弃而另寻其他途径。     

富蕴地区阿尔泰造山带有限应变测量和应变恢复

本文采用褶皱等倾线法，砾石三维应变和S－C夹角等应变测量方法，对富蕴地区阿尔泰造山带一个50km的剖面进行了系统的有限应变测算，得出其顺层缩短和剪应变剖面图，测量结果表明，该剖面褶皱压扁的顺层缩短最高达78％，断层处的剪应变（γ）最大可达8左右，三维应变分析和Finn图解表明该区应变主要为平面应变，断层活动为简单剪切，利用分段积分和正态曲线恢复方法对剖面的缩短和剪切进行应变恢复，结果表明该剖面由原宽为267.2km的原始剖面经缩短和剪切而形成。     

动扭剪试验中砂土液化后流动特性分析

土体在初始液化后仍然可能承受动荷载作用发生大变形。引入流体力学中的剪应变率和表观黏度的概念,对振动扭剪试验中饱和砂土液化后的流动特性进行了分析。分析中将砂土的状态分为0有效应力状态和非0有效应力状态。结果表明,砂土在0有效应力状态下表现出与静扭剪试验类似的“剪切稀化”非牛顿流体的特征,表观黏度随着剪应变率的增大而减小。加载周数对“剪切稀化”状态下的剪应变率幅值有影响,随着加载周数的增加,剪应变率幅值逐渐增大,而对流动曲线的形状没有影响。在非0有效应力状态下,砂土的表观黏度随应变的增大而增大,随孔压比的减小而增大,且所有的试验得到的表观黏度与孔压比具有一致关系。     

循环荷载作用下接触面的边界面模型研究

基于边界面的概念,建立了循环荷载作用下砂与结构物接触面的边界面塑性模型,以描述其剪切应力与剪应变的滞回特性。该模型考虑了初始相对密度和法向应力的影响,同时在弹性模量中引入损伤因子,反映了接触面在循环荷载下逐渐硬化的性质。通过比较理论计算与试验结果,显示了该模型的合理性。     

地震作用下黄土边坡动力响应数值分析

利用FLAC3D软件对某三级黄土边坡进行了动力反应分析。首先分析了静力作用下该黄土边坡剪应变增量和坡面、坡内、坡顶不同监测点的位移;在此基础上进行动力分析,得出黄土边坡地震动力响应规律。研究结果表明,静力作用下坡面上水平向位移明显大于垂直向位移,水平向位移从坡底向上逐渐减小;坡面处位移较大,位移在每级坡坡脚稍向上一定范围内达到最大值;地震作用下黄土边坡剪应变增量由坡脚稍向上部位开始向周围扩展,范围明显增大,且随地震持时的增加剪应变增量增幅较大;塑性区变化显示该黄土边坡坡顶以拉破坏为主,坡脚稍向上开始以剪破坏为主并伴有拉破坏。黄土边坡对地震波具有临空面放大效应,地震波在坡体内传播过程中还具有滞后效应     

基于极限应变判据-动态局部强度折减的边坡破坏演化数值模拟

岩土材料具有极限应变特征,其值可以通过室内试验或数值模拟方法求得。边坡岩土体主要为剪切破坏,可采用极限剪应变作为材料破坏的判据。事实上,边坡岩土体强度参数劣化并非整体性的,而是一个渐进性局部损伤至整体失稳的过程。本文基于极限应变判据,建立了边坡破坏的动态局部强度折减方法,此方法对边坡中超过极限剪应变值的单元进行强度折减。通过不断折减计算过程中产生的超过极限剪应变值单元,直到坡内超过极限剪应变值的单元贯通,认为边坡整体发生破坏。将该方法应用到实际边坡工程中,计算结果和边坡破坏模式及变形监测数据基本吻合。此方法在分析边坡渐进性破坏及稳定性评价方面具有较好应用前景。     

一种新型动单剪仪的研发与试验验证

与动三轴仪和动扭剪仪相比较,动单剪仪具有加载条件更接近实际地震作用,且剪应力可以直接施加及剪应变可以直接量测等多方面的优点。然而,现有的动单剪仪仍存在剪应力-应变不均匀、边界条件不稳定、潜在剪切面和试样尺寸效应等技术问题。在比较分析现有动单剪仪加载机构和应力-应变条件的基础上,提出了一种新型立方体铰接机构动单剪仪的研制思路和加载原理。介绍了该仪器的压力室结构、加荷系统、量测系统和自动控制系统。利用有限差分程序模拟了3种不同单剪加载机构对土样剪应变分布的影响,验证了新型单剪仪设计使土样中剪应变分布更加均匀。针对2种原状黄土开展了一系列不同试验条件下的循环单剪试验。测试结果表明,该仪器的加载控制精准且量测信号可以较为真实有效地再现动荷载输入,且竖向应变、剪应变、剪应力和循环周次之间的关系曲线很好地揭示了原状黄土的震陷特性及其变化规律。     

人工配制生活垃圾强度特性的超大型直接剪切试验

将生活垃圾分为易降解材料、难降解材料和不可压缩的固体材料3大类,其比例为50%、15%、35%。在环境土工实验室,人工配制该比例的垃圾,采用超大型直接剪切试验仪器,进行了生活垃圾强度特性及抗剪强度参数的研究。研究表明,生活垃圾的强度与压缩时间和剪应变有关,且符合库仑定律,得到了初始孔隙比为2.9的生活垃圾在不同压缩时间及不同剪应变下的抗剪强度参数,黏聚力为9.69~15.64kPa,内摩擦角为18.73~35.53。     

剪切带研究的某些进展

简要介绍了一般剪切带的成分变异、体积变化、流体流动的研究进展、着重讨论了榴辉岩相剪切带流体流动与变形变质作用的关系，认为剪切带应变不均匀性、变质作用不均一性和流体存在状态及流体超压是榴辉岩形成和保存的3个主要制约因素。     

韧性剪切带的变形分域现象——以辽东的丹东韧性剪切带为例

丹东韧性剪切带的实例表明:韧性剪切带的持续变形包含了共轴与非共轴两种应变线路或状态,由于分布的不均匀性,导致变形分域现象,形成平面的变形岩石分区。持续变形过程中,又存在应变线路的转换和叠加。微构造是确定变形体制的主要依据。野外观测与应变分析证实,变形分域存在于不同尺度,在总体剪切(非共轴)变形条件下,初始糜棱岩往往表现以共轴变形占优势,而糜棱岩和超糜棱岩则以非共轴变形为主。持续变形导致从共轴向非共轴转变,最后形成后者的主体地位。     

韧性剪切带形成的岩石流变学特征

 本文应用流变学有限元法,建立了韧性剪切带内的温度、应力、应变和位移之间的关系。并对加速蠕变和应变软化两种情况,给出了不同时刻韧性剪切带内的温度、应力、应变、应变率、位移和粘滞系数的分布特征,描述了岩石递进变形的规律。     

剪切带的流体－岩石相互作用

作为大陆岩石圈中的应变局部化带，剪切带中一般都渗透着大量流体。流体的来源与剪切带所处的构造背景、流变域和水文条件有关，而剪切带中流体的流动则受岩石的渗透率、孔隙度、孔隙性质、流体的扩散和渗透能力、环境的温压条件、应力或载荷的梯度等因素所制约。剪切带中流体的成分、通量及赋存状态或流动方式，直接影响着岩石的流变。由应变局部化及力学失稳所引起的化学不平衡和由流体与岩石的相互作用，使剪切带岩石的矿物成分和化学成分发生调整，其变异程度取决于原岩的性质、剪切的温压条件和流体的成分及通量等。由于流体的渗透流动和流体与岩石的相互作用使剪切带的体积有所变化，体积变化过程是一种自组织行为。较大的体积亏损，意味着剪切带中渗透过大量的流体，这对剪切带的流变行为、化学行为和成矿作用都有深刻的影响。     

韧性剪切带形成的岩石流变学特征

本文应用流变学有限元法,建立了韧性剪切带内的温度、应力、应变和位移之间的关系。并对加速蠕变和应变软化两种情况,给出了不同时刻韧性剪切带内的温度、应力、应变、应变率、位移和粘滞系数的分布特征,描述了岩石递进变形的规律。     

剪切带的流体－岩石相互作用

作为大陆岩石圈中的应变局部化带，剪切带中一般都渗透着大量流体。流体的来源与剪切带所处的构造背景、流变域和水文条件有关，而剪切带中流体的流动则受岩石的渗透率、孔隙度、孔隙性质、流体的扩散和渗透能力、环境的温压条件、应力或载荷的梯度等因素所制约。剪切带中流体的成分、通量及赋存状态或流动方式，直接影响着岩石的流变。由应变局部化及力学失稳所引起的化学不平衡和由流体与岩石的相互作用，使剪切带岩石的矿物成分和化学成分发生调整，其变异程度取决于原岩的性质、剪切的温压条件和流体的成分及通量等。由于流体的渗透流动和流体与岩石的相互作用使剪切带的体积有所变化，体积变化过程是一种自组织行为。较大的体积亏损，意味着剪切带中渗透过大量的流体，这对剪切带的流变行为、化学行为和成矿作用都有深刻的影响。     

雪峰山区韧性剪切构造带

雪峰山区存在着三条与山脉步向一致的北东向弧形韧性剪切带(Fl、F_2、F_3),F_1以左旋剪切为主,F_2、F_3以右旋剪切为主,但均系同一次构造剪切力所致。由变形岩石中的旅转应变体估算出剪切中心地带的剪切应力值大约是7-8,有限应变沿X最大拉伸量195％,沿Z方向最大缩短量为62％。其深部韧性剪切发生于加里东构造期,这之后又遭受浅部脆性应变叠加而构成断裂构造综合实体。     

北京西山的深部韧性滑脱剪切带

通过对中朝板块北缘的北京西山地区的变形相和“a”型褶皱、箭鞘褶皱、拉伸线理、布丁等微形构造的研究,通过对该区石英、白云母、方解石、透闪石等矿物塑性变形及旋转应变的研究,通过对岩石组构、变形、变质作用及有限应变的分析,认为在北京西山存在一条以震旦系下马岭组为主滑脱面的地壳深层韧性滑脱剪切带,变形机制为简单剪切,运动方向自东往西。北京西山这一高应变构造带的发现为研究北京西山以至整个地台区地壳深部构造形式及动力学问题提供了重要信息。     

江西大背坞地区浅变质碎屑岩中韧性剪切带变形特征

浅变质碎屑岩中韧性剪切带的变形特征不同于长英质岩石中的韧性剪切带。以江西大背坞地区为例,阐述了在浅变质碎屑岩中鉴别韧性剪切带的标志,提出这种变形的构造岩的分类方案,同时对大背坞地区韧性剪切带进行应变测量和剪切位移估算,最后在岩石组构特征和综合分析基础上指出这种韧性变形机制是粒间滑动和粒内变形,其形成深度５～８ｋｍ、温度２５０～３５０℃、压力０１０～０２０ＧＰａ,是一种发育在地壳浅层次的低温低压条件下的韧性变形,其变形变质作用相当于低绿片岩相。