内含裂隙角的恐龙化石轴向受压数值试验及裂纹扩展机理研究

面临众多古生物化石遭受风化破坏的现实,恐龙化石保护是一项世界性难题。化石的风化原因多种多样,其中化石内部裂隙是导致恐龙化石风化、破坏的重要因素。该文以岩石断裂力学为理论依据,模拟分析内含裂隙的恐龙化石在压力作用下的破坏情况。通过数值模拟的方法,进行了内含裂隙恐龙化石数值压缩试验,并对内含裂隙的恐龙化石裂纹扩展机理进行了研究。研究结果表明,随着裂隙角度增大,开裂角逐渐减小,裂隙处特别是两端应力集中,其他部位应力较低、分布均匀;裂纹扩展是从裂纹尖端起裂,最终裂纹扩展到边缘。此研究结果为揭示恐龙化石风化机理和开展保护提供了基础参考资料。     

埋深对恐龙化石的影响效果研究

已发现的恐龙化石大多数埋藏在不同深度的地层中,不同埋深化石所受风化破坏程度不尽相同。为深入研究恐龙化石的风化机理,探究恐龙化石的保护措施和方法,重点分析埋深产生的侧向压力对恐龙化石强度和破坏特性的影响。通过有限差分软件FLAC3D进行数值模拟,揭示埋深因素对恐龙化石保存的影响程度。试验结果表明:围岩对恐龙化石施加的侧向压力是影响恐龙化石变形和强度特性的一个重要因素。在弹性变形阶段,恐龙化石的初始强度、峰值强度随侧向压力的增大而不断增大。当应力超过了恐龙化石极限强度后进入塑性变形,其初始强度、峰值强度逐渐减小,最终达到残余强度。     

热应力对恐龙化石风化损坏的影响研究

由热应力引起的热破裂作用是造成恐龙化石破坏的一个重要因素。在太阳照射条件下,由于受热不均匀及日照的长久往复循环作用,使得化石表面发生热破裂作用,导致化石表面产生裂缝,加速了恐龙化石风化。采用模拟实验的方式,主要针对恐龙化石试件的物理力学受力变形特性进行研究。通过有限差分软件FLAC3D进行数值模拟,揭示日光辐射造成的恐龙化石温度差异分布对化石风化的影响。试验结果表明:恐龙化石不同部位的温度差异,是造成化石内部热应力分布不均匀的重要原因,热应力的不均匀性导致化石发生热破裂,加速了化石风化受损,因此化石保存要尽量放在恒温环境下,避免化石温度往复变化。     

围压与轴压共同作用对恐龙化石应力场的影响

包括恐龙化石在内的古生物化石是重要的地质遗迹,是研究生物进化的最重要资料。该文从物理力学角度,通过数值试验模拟分析围压和轴压作用下对恐龙化石强度和破坏特性的影响效果。试验结果表明:不同埋深时围压对含有不同角度裂隙化石应力影响较大,随着埋深增加,含有裂隙化石的应力大幅增大。在围压与轴压共同作用时,埋深对开裂角的影响较小,而随埋深增大时极限载荷也随之增大。同时,在不同埋深下开裂角随裂隙角度的变化趋势一致,均随着裂隙角度的增大而减小;而极限载荷随裂隙角度的变化趋势一致。     

裂隙岩体循环冻融变形特征及影响因素分析

高寒、高海拔地区由于反复冻融导致的岩体变形破坏,对区内工程建设有重大影响。为研究不同裂隙条件下岩体循环冻融特性,在汶马高速沿线选择具有代表性的千枚岩和砂岩,制备了不同裂隙条件（长度、张开度、裂隙组数）试样,在干燥和饱水两种状态下分别进行大温差（-20℃到20℃）循环冻融（50次）试验。试验揭示了饱水裂隙岩样冻融变形过程:冻缩→冻胀→冻缩（冻结阶段）→融胀→融缩→融胀（融化阶段）,干燥裂隙岩样冻融变形过程:冻缩（冻结阶段）→融胀（融化阶段）。进一步,选择冻胀量εd为指标,分析了两类岩样冻融循环次数与εd的关系,揭示了裂隙长度、宽度和组数对εr的影响规律;选择残余变形量εr为指标,揭示了千枚岩和砂岩试样在饱水条件下εr随εd的增加规律,获得了εd与εr间的定量关系;分析了干燥和饱水试样单轴抗压强度随冻融循环次数增加而减小规律,确定了冻融次数与试样劣化间的线性关系。最后,初步讨论了饱水条件、岩性和裂隙条件对岩体冻融循环变形的影响机制。      

单轴压缩条件下不同含水率黑云母二长花岗岩破坏特征与机制

花岗岩在不同含水率条件下的变形破坏特征和机制对此类工程岩体稳定性评价具有重要的意义。开展不同含水率黑云母二长花岗岩单轴压缩试验,分析破坏特征和应力-应变曲线特征,开展断口扫描电镜试验,分析微观形貌特征,研究破坏机制。试验结果表明:黑云母二长花岗岩具有明显的应变软化特征;随含水率增大,曲线上微裂隙压密阶段长度逐渐增加,稳定破裂阶段及非稳定破裂阶段长度均逐渐缩短,但所占比例增大,曲线上峰前阶段涨落交替现象加剧;饱和时单轴抗压强度和弹性模量相比干燥时分别降低了40.68%,20.3%;变形破坏过程可大致分为以下5个阶段:平静期、裂纹萌生期、裂纹扩展伴随颗粒弹射期、片状碎片剥落伴随颗粒弹射期及崩落式破坏期;随含水率增大,花岗岩破坏时的剧烈程度、发出的声响及脆性程度均逐渐降低;花岗岩破坏机制为拉-剪复合破坏,低含水率时以压致拉张破坏为主,随含水率增大呈现拉张破坏减少而剪切破坏增多的趋势,饱和时以剪破坏为主。研究结果可为黑云二长花岗岩与水之间的耦合模型构建提供理论支撑,对水-岩耦合环境下工程岩体稳定性分析具有重要科学意义。      

不同受力状态下岩石破坏过程次声信号特征

采用室内试验方法,分别开展了岩石在压缩、剪切和拉伸状态下的破坏试验,利用高灵敏度的次声信号采集设备同步采集岩石破坏过程中的次声信号,对不同受力状态下岩石次声信号的特征差异进行了研究。结果表明:在压缩状态下,岩石次声信号发射主要在弹性和塑性变形阶段,次声信号的峰值频率在7Hz左右,在岩石临近破坏前,次声信号振幅和频率范围均有所增加;在剪切状态下,次声信号主要集中在峰值后应力逐步下降的阶段,信号功率分布集中程度较压缩试件略低,峰值频率在8Hz左右;在拉伸状态下,试件加载初始阶段便有次声信号发生,次声信号频率通常存在高、低两个中心,其中低频与压缩试件接近,高频则高出3Hz,拉伸试件内部裂隙的萌生和发展较压缩和剪切状态下更为迅速、有序,随着试件内部裂隙的发展,次声信号频率逐渐升高。以上特征的发现为不同受力状态下次声信号的识别以及岩体灾变预测提供了依据。     

冻融循环对恐龙化石风化破坏机理的研究

恐龙化石的风化过程比较复杂,造成恐龙化石风化破坏的因素众多,冻融循环是其中一个重要因素。通过室内试验,研究冻融循环导致恐龙化石及围岩风化破坏机理。试验证明冻融循环会降低围岩的强度、弹性模量等,多次冻融循环会使围岩、化石出现质重损失、泥化、掉块等现象;冻融循环是导致化石的风化破坏极其重要的因素。     

酸腐蚀作用下川渝红层砂岩蠕变特性试验研究

岩石蠕变特性对岩体工程的长期稳定有着重要影响, 尤其是在酸雨等水化学作用下, 岩石的细观结构遭到破坏, 蠕变特性及变形更为显著。以重庆二佛寺红层砂岩为研究对象, 通过开展室内三轴压缩分级蠕变试验, 研究了酸腐蚀状态下砂岩的蠕变特性。结果表明: 酸的腐蚀和浸泡会使砂岩内部孔隙增加, 导致砂岩在第一级荷载下会产生较大的瞬时应变和蠕变量, 之后瞬时应变量和蠕变量随着应力增加而增大; 岩样受到腐蚀软化, 蠕变破坏强度为抗压强度的76%, 长期强度仅为抗压强度的54%。为了描述蠕变全过程, 建立了一个损伤蠕变模型来拟合试验数据, 验证了其适用性, 可以为岩土工程建设的稳定性提供参考。      

基于声发射试验的红层砂岩损伤演化特性分析

红层砂岩在我国广泛分布,其特殊的工程地质特性对工程建设具有重要影响。对取自重庆万州龙驹坝地区的侏罗系红层砂岩样品进行了声发射试验,分析了其在单轴压缩条件下的损伤演化特性,得到了样品在单轴压缩条件下的应力－应变特征曲线,以及声发射参数在红层砂岩破裂过程中的响应特征。试验结果表明:样品在单轴受压条件下的损伤过程分为内部压密、弹性变形、塑性变形、破裂和残余变形５个阶段,各阶段声发射参数具有显著差异;不同类型样品的损伤量曲线与应力曲线具有同步性,且在弹性－塑性临界点开始出现损伤量的跳跃性
增长;对 ＡＥ振铃计数率参数的回归分析表明,样品在损伤破裂过程中的声发射参数序列存在分形特征,关 联 维数 Ｄ 可以较好地表征岩石内部损伤的发展规律。试验成果可为红层岩体失稳破坏的监测预警及风险评价提供数据支撑。      

关于恐龙化石在发掘过程中因应力释放造成风化破坏的研究

在恐龙化石发掘过程中不仅机械扰动会直接导致化石或围岩的破碎,应力释放也会导致化石及围岩表面裂隙的产生及扩张,这些节理裂隙又为水和空气的活动提供了通道,使风化破坏作用更加迅速。作者以分层开挖理论为基础,建立了模拟化石开挖过程的数值模型。通过计算机模拟开挖过程中0m、11m、14m、19m四个深度的等效应力变化过程和XZ方向应力的变化过程发现:开挖前后化石表面的最大等效应力差达到0.34MPa,围岩表面的最大等效应力差达0.3MPa;埋深越大的化石,在开挖露出地面后等效应力的回弹现象越明显,即应力释放越严重;虽然化石表面所受剪应力不大,但其对化石风化的影响比在压应力条件下要大的多,这是导致卸载裂隙产生的主要原因。因此,恐龙化石发掘要逐层缓慢开挖,使化石逐渐达到新的应力平衡,以便减少应力快速释放对化石造成的风化破坏,特别是要做好护坡,最大限度地防止剪应力的产生。     

影响恐龙化石及围岩风化破坏的主要因素及风化机理研究

导致恐龙化石及围岩风化破坏的因素十分复杂,其自身的物质组成、结构构造、胶结物的类型等内部因素决定了其抵御风化破坏的能力。化石及围岩的物理化学成分越稳定、结构构造越致密完整,其抗风化能力就越强。气温的反复变化以及各种气体、盐类、水溶液和生物的活动等外部因素,是促使恐龙化石或围岩发生风化破坏的直接的原因。这些风化包括物理风化、化学风化和生物风化。它们使组成化石或围岩的矿物成分发生分解、结构构造发生变化,使化石或围岩由整块变成碎块,由坚硬变得疏松,甚至化学成分也发生改变,从而造成了化石或围岩的风化破坏。     

恐龙化石风化效应的TM耦合分析研究

恐龙化石对研究地球演化、生物进化、地层对比、地质年代、古环境、古地理、古气候等方面具有重要的科学价值。但恐龙化石发掘后面临着严重的风化问题,许多化石发掘后十几年甚至几年内就迅速遭受风化破坏。为深入研究探索恐龙化石地质遗迹的深层次风化原因和机理,该文采用TM（温度和应力）耦合分析方法,对山东诸城恐龙化石风化规律进行深入分析研究。根据化石与围岩间膨胀的不协调性,探索在温度变化情况下化石与围岩间的相互作用规律及对风化造成的影响。结果揭示了温度作用下化石风化的初步原因和规律,可为化石保护提供参考科学依据。     

冻融循环作用下砂岩单轴压缩破坏断口特征分形研究

寒区岩石的力学特征往往受到冻融循环和荷载的共同影响,冻融岩石单轴压缩破坏断口蕴含着与冻融循环和荷载有关的损伤演化信息,冻融岩石单轴压缩破坏断口研究对冻融岩石断裂破坏机理分析有重要价值。为研究冻融岩石单轴压缩破坏断口形貌特征及其与宏观力学参数之间的关联性,通过摄影观测经历不同次数冻融循环的砂岩单轴压缩破坏断口形貌,采用像素点覆盖法计算断口分维值,探究了断口分维值与宏观力学参数之间的关系。结果表明:随着冻融次数的增加,冻融砂岩的力学性能劣化,单轴抗压强度、弹性模量、断口分维值、耗散能密度逐渐减小,峰值应变增大;单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度均与断口分维值之间存在指数关系,断口分维值越大,对应的单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度越大。冻融岩石单轴压缩破坏断口分维值可作为寒区岩体断裂破坏机理分析的有效参数。      

物化探信息综合调查在章丘市洛庄汉墓中的应用

诸城市恐龙化石资源非常丰富,全市共发现恐龙化石产地30多处,其中典型的化石产地有"库沟化石长廊"、"恐龙涧隆起带"、"臧家庄化石层叠区"和"黄龙沟足迹化石群"。当地政府为了保护这些珍贵的化石资源,采取了许多行之有效的保护措施,但在保护过程中发现仍然存在一些不足之处。该文根据目前保护现状,针对保护中存在的主要问题,进行深入分析查找原因,提出可行性措施。