应力波穿越分形节理时的透反射规律研究

 为探讨应力波穿越不规则节理时的透反射规律,先借鉴分形损伤理论,建立分形损伤本构关系;在此基础上,基于线性位移不连续体模型,引入分形损伤本构,推导应力波穿越非规则节理时透反射系数的解析解,给出透反射系数与分形维数间的理论表达式。通过激光表面仪对节理进行扫描试验,分析节理面的分形几何特征,采用SHPB节理岩石冲击动力学试验手段,探讨应力波穿越单一分形节理时的透反射规律,并将解析解与试验结果进行对比分析,研究结果显示,透反射系数的试验值与理论值之间误差较小,表明所建立的分形损伤本构关系与推导的应力波穿越分形节理的解析解是正确的。     

前言

正2008年5月12日,四川省汶川县境内发生了里氏8.0级特大地震,是新中国建立以来破坏力最大的地震,也是唐山大地震后伤亡最严重的一次地震。山河变色、亲人离散的悲恸,至今仍历历在目、令人难以忘怀。时光飞逝,转眼10年,今天的灾区在经历重建后已焕然一新、尽显生机,人民也过上了幸福快乐的新生活。     

确定动态劈裂裂纹起裂和扩展特性的简便方法

利用直径100 mm的分离式霍普金森压杆对大理岩巴西圆盘进行了动态劈裂试验。在试样表面加载直径方向粘贴一系列电阻应变片,用来记录试样加载直径上各点的应变随时间的变化曲线,通过记录的应变历程,可以判断劈裂试样的起裂应变、起裂位置和时刻,以及裂纹的扩展顺序和裂纹扩展的速度。试验结果表明,裂纹的起裂对应着该点的应变历程上应变值的突变。裂纹起裂一般并不在试样中心,而是偏向中心和入射杆撞击端之间的某一点,然后裂纹沿加载直径向两个相反方向发展,直至试样完全劈裂为比较大的两部分。裂纹扩展的速度大约为400~800 m/s,试样从开始起裂到完全裂开的破坏时间约为几十个μs。当应变率比较低时,裂纹在扩展过程中的分岔点比较少,因而破坏形态较好,当应变率比较高时,裂纹在扩展过程中的分岔点比较多,破坏形态也比较多。因此,在巴西圆盘加载直径上粘贴一系列应变片来研究脆性材料的动态起裂和扩展特性,是一种简便高效的试验方法。     

序言

灾害环境下重大工程安全性的问题是关系到国家财产、人民生命安全的重大课题,也是全世界普遍关注的问题。1987年联合国第42届大会通过169号决议,将上世纪最后十年定为“国际减轻自然灾害十年”。尽管包括我国在内的世界各国对地质灾害环境下重大工程的安全性研究都极为重视,但每年世界各地发生的地质灾害及其对工程设施的破坏和由此而造成的损失仍十分巨大。纵观我国西部在建和即将兴建的一系列重大工程,工程规模特别巨大,地质环境极为恶劣,工程活动非常强烈,地质灾害十分严重。这些重大工程建设必将面临若干前所未有的深层次的科学问题和技…     

“深部岩体力学与开采理论”研究构想与预期成果展望

国内外深部资源开采发展的现状表明,随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭,深部矿产资源开采已然趋于常态。然而,由于深部岩体典型的“三高”赋存环境的本真属性及资源开采“强扰动”、“强时效”的附加属性,导致深部高能级、大体量的工程灾害频发,机理不清,难以预测和有效控制,传统岩石力学和开采理论在深部适用性方面存在争议。其根本原因在于,现有岩石力学理论都建立在基于静态研究视角的材料力学基础上,已滞后于人类岩土工程实践活动,与深度不相关、与工程活动不相关、与深部原位环境不相关,亟需发展考虑深部原位状态和开采扰动的深部岩体力学新理论、新方法,破解深部资源开采的理论与技术难题。项目以提升中国深部资源获取能力为导向,针对我国深部矿产资源开采将全面进入1000~2000m阶段这一基本现状,凝练了四大关键科学问题：（1）深部岩体原位力学行为与地应力环境;（2）深部岩体应力场-能量场分析、模拟与可视化;（3）深部强扰动和强时效下的多相并存多场耦合理论;（4）深部资源低生态损害协同高效开采理论与技术。并结合关键科学问题的内涵,提出了五大重点研究内容：（1）深部岩体原位力学行为和地应力环境;（2）深部采动岩体力学及多场多相渗流理论;（3）深部采动应力场-能量场演化规律;（4）深部岩体变形监测、安全预警与稳定控制;（5）深部矿产资源生态化协同高效开采理论与技术。最后,将五大重点研究内容细分为九大前沿研究方向：（1）深部岩体原位力学行为研究;（2）深部围岩长期稳定性分析与控制;（3）深部地应力环境与灾害动力学;（4）深部强扰动和强时效下多场多相渗流理论;（5）深部采动应力场-能量场分析、模拟与可视化;（6）深部高应力诱导与能量调控理论;（7）深部采动岩层变形监测预警与控制;（8）深部煤矿安全绿色开采理论与技术;（9）深部金属矿协同开采理论与技术。从而初步构建了深部岩体力学与开采理论研究体系,以期为未来我国数万亿的深部矿产资源开发提供理论基础与技术支撑。     

"碳中和与绿色能源"专刊前言

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重提出中国碳减排两阶段目标:力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和.这彰显了中国积极应对气候变化、参与全球治理、推动构建人类命运共同体的坚定决心.在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,构建碳中和目标更是中国实现可持续发展、推动生态文明建设的战略指引和重要机遇.     

“碳中和与绿色能源”专刊前言

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重提出中国碳减排两阶段目标：力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这彰显了中国积极应对气候变化、参与全球治理、推动构建人类命运共同体的坚定决心。在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,构建碳中和目标更是中国实现可持续发展、推动生态文明建设的战略指引和重要机遇。“碳达峰、碳中和”目标的提出意味着中国能源和经济产业结构将迎来深刻变革,也给中长期能源产业的技术发展提出了新要求,指明了方向。与此同时,中国能源转型的加速推进也将促使传统的石油、天然气、煤炭等能源供应系统走上减碳增氢的绿色发展道路。随着世界主要发达及发展中国家相继提出碳中和目标的承诺,针对气候变迁、低碳循环经济、绿色能源、CCUS等国际社会重点关注议题的前沿研究和政策措施显得愈加紧迫和重要。尤其是欧美等主要发达国家从碳达峰到实现碳中和需要50～80年;而中国计划只用30年实现这个目标,因此面临着巨大挑战。这促使 中国需尽快制定“碳达峰、碳中和”战略规划、技术路线和行动方案,同时,加强联合各国学者开展更多的跨学科联合攻关与学术交流。在碳中和与能源转型的进程中,还必须探索适合中国国情的绿色低碳之路,并把技术创新放在首要位置,抓紧部署具有推广前景的低碳、零碳、负碳排放技术研究,提升能源电气化和智能化水平。针对碳中和与能源转型过程中的众多科学技术问题,必须进行认真的思考并开展针对性的研究工作。面向中国能源产业深化改革,建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重大战略需求,《工程科学与技术》推出了“碳中和与绿色能源”专刊,重点关注碳中和目标导向下的区域性（地区）战略框架和行动方案、重点行业碳减排路径及发展前景、可再生能源多元转换与储存、CCUS技术等,以促进全球碳减排研究,尤其是为中国“碳中和”政策制定、利益相关者提供借鉴和科学指导。在此,向为本专刊奉献佳作的论文作者表示感谢！同时,也向广大参与碳中和与绿色能源工作的生产及科研人员的辛勤付出致敬！     

碱纤维素老成速度机理的探讨

粘胶原液制备的老成过程是一个十分复杂的反应过程,它的作用效果的好坏直接影响到碱纤维素黄化,粘胶过滤,甚至成品丝的质量,本文从其重要的化学,物理机理和对实际生产方面的影响进行探讨。     

CO2减排CCS与CCU路线的热力学认识

基于Gibbs自由能理论提出了以自由能耗散Ω作为CO2减排路线的热力学评价依据,减排的意义在于减少耗散。建立了输出功w与Ω的线性函数关系:w=-1/εΩ/α=-1/(1-β)·Ω/α,参数ε、β、α分别代表自由能耗散比、保留比和不可逆损失。分析计算结果表明,CCS减排路线使自由能耗散增加5.7%且转变为环境负荷,从热力学意义上不可取。CCU减排路线以循环利用为手段,将排放物的自由能转化于再生产品中从而实现自由能回收,降低环境负荷,具有热力学优势。以工业固废磷石膏矿化8×104t/a CO2的实例分析表明,CCU是具有经济效益的CO2减排路线,同时带来可观的资源与环境效益。     

EXPERIMENTAL RESEARCH ON EFFECTS OF INITIAL JOINTS ON SURFACE DISPLACEMENT DUE TO COAL MINING

Surface displacement caused by underground coal mining is influenced by many factors such as the depth and thickness of the coal seam and joints in overburden rocks. Extensive efforts have been devoted to the ground surface displacement. Nevertheless, the joints have not been taken into consideration for a long time. In fact, there exist numerous joints and cracks in rocks. As a result, the joints in overburden rocks have to be taken into account. The joints in rocks can be treated as initial damage theoretically. In this paper, two kinds of physical model, one containing no initial joints and another containing some initial joints, are employed to systematically investigate effects of initial joints on surface subsidence. Moreover, within the framework of damage mechanics, the statistical relationships between the characteristic value for surface displacemerit and damage variable are obtained.