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钻孔瞬变电磁法接收线圈定向屏蔽物理模拟研究

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煤炭学报 2024年第7期49卷 3178-3187页

作者：辛成涛程久龙李垚孔孟行中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

钻孔瞬变电磁(BTEM)扫描探测方法可以利用巷道已有超前探查钻孔,通过旋转置于钻孔内收发线圈对孔壁外围隐蔽地质异常体进行扫描探测,因收发装置位于钻孔内,不仅避免了巷道内电气设备和金属物的电磁干扰,而且可以提高钻孔利用率,减少钻... 详细信息

钻孔瞬变电磁(BTEM)扫描探测方法可以利用巷道已有超前探查钻孔,通过旋转置于钻孔内收发线圈对孔壁外围隐蔽地质异常体进行扫描探测,因收发装置位于钻孔内,不仅避免了巷道内电气设备和金属物的电磁干扰,而且可以提高钻孔利用率,减少钻探工作量。然而,钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,在扫描探测过程中,以收发线圈法线方向为探测方向接收异常体二次场信号的同时,还易受到其他方向信号的叠加干扰。若无法有效压制干扰信号,将直接影响对钻孔孔壁外围地质异常体的精确定位。利用屏蔽的方法,在接收线圈上安装屏蔽罩,尽可能保留线圈法线与屏蔽罩开口一致的探测方向的响应信号,而对其他方向的信号进行压制,从而实现钻孔孔壁径向一定范围内指向性探测。首先通过物理模拟实验探讨了不同匝数、尺寸的收发线圈对瞬变电磁场响应特征的影响,对适用于钻孔内的收发线圈参数进行组合优选。然后针对所要屏蔽的电磁波,选择不同种类的屏蔽材料,开展不同材料对不同方向电磁波的屏蔽效果实验。通过对比探测方向和其他方向的感应电动势,证实以泡沫镍制作的屏蔽罩能有效地压制非探测方向的干扰信号。通过实验分别对屏蔽罩的不同形状、磁导率等物性参数进行瞬变电磁场响应特征对比分析,并探讨屏蔽罩开口角度与定向屏蔽效果的关系,优化定向屏蔽罩参数,增强屏蔽效果。最后使用参数优化后的收发线圈和定向屏蔽装置进行钻孔瞬变电磁法径向断面扫描探测现场实验,采用基于混合分布的混沌量子粒子群和Levenberg-Marquarat及Occam组合算法的反演方法进行电阻率成像。研究表明:以泡沫镍为屏蔽材料,安装在接收线圈上的弧形屏蔽罩定向屏蔽效果较好,可以有效地压制钻孔瞬变电磁法扫描探测过程中非探测方向的信号干扰,且能较大程度的保留探测方向的异常响应信号,进而可以实现对钻孔孔壁外围隐蔽地质异常体的精确定位。

关键词：钻孔瞬变电磁法定向屏蔽瞬变电磁场特征扫描探测

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地震P波倾斜入射下单面坡动力响应分析

地球物理学报 2024年第6期67卷 2350-2363页

作者：谷坤生周剑戴福初张路青北京工业大学城市建设学部城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029

地震诱发滑坡分布呈现“背坡面”效应的特点,表明地震波入射方向对边坡动力响应及失稳有巨大的影响,然而斜入射下边坡动力响应研究尚不充分.本文基于时域弹性波理论和黏弹性人工边界条件,利用FLAC3D内嵌的Fish语言编程实现了P波倾斜入射... 详细信息

地震诱发滑坡分布呈现“背坡面”效应的特点,表明地震波入射方向对边坡动力响应及失稳有巨大的影响,然而斜入射下边坡动力响应研究尚不充分.本文基于时域弹性波理论和黏弹性人工边界条件,利用FLAC3D内嵌的Fish语言编程实现了P波倾斜入射.通过对比算例与理论解,验证了P波倾斜入射方法的准确性.研究了简谐波、加窗简谐波及天然地震波对单面坡激发的动力响应,并以加窗简谐波为例探索了输入波频率与入射角影响下单面坡(坡高90 m)的动力响应特征.计算结果表明:由于输入波首尾速度非零的冲击效应,简谐波作用下坡肩位置波首与波尾段峰值加速度值超过中间稳定段的1倍以上.简谐波和加窗简谐波在坡表相同部位产生的加速度响应要强于天然地震波.加窗简谐波20°入射下,坡体水平向加速度分布随输入波频率变化较竖直向的显著;当输入波频率为10 Hz时,坡肩位置峰值加速度出现最大值,约为输入波幅值的3.33倍,此时边坡高度与边坡动力响应垂向放大的临界高度一致.频率为2.5 Hz的加窗简谐波在不同入射角下,边坡竖直向加速度分布的变化高于水平向;当入射角为60°时,坡肩位置峰值加速度出现最大值,约为输入波幅值的3.12倍.研究表明垂直入射时会低估地震波对边坡动力扰动的影响.

关键词： FLAC3D 数值模拟 P波斜入射边坡动力响应

不同倾角下单导线与相邻双导线火蔓延特性对比

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第6期64卷 992-999页

作者：高云骥杨正渊罗越扬张佩瑶郭瀚文张玉春西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756

前人对于不同倾斜条件下导线火蔓延特性的研究主要考虑导线单根布置的情况,对于导线相邻并排布置情况的研究较少。该文基于可调间距倾斜平行导线火蔓延实验平台,开展了不同倾斜条件(0°、30°、60°、90°)下单导线及相邻双导线火蔓延... 详细信息

前人对于不同倾斜条件下导线火蔓延特性的研究主要考虑导线单根布置的情况,对于导线相邻并排布置情况的研究较少。该文基于可调间距倾斜平行导线火蔓延实验平台,开展了不同倾斜条件(0°、30°、60°、90°)下单导线及相邻双导线火蔓延特性对比研究,分析了火焰形态、火焰长度、火焰高度、火蔓延速率和温度等火蔓延特征参数的变化规律。通过实验研究发现:在单双导线火蔓延过程中,熔融绝缘材料会发生滴落和流淌行为,且相邻双导线发生滴落和流淌的频率大于单导线;双导线的平均火焰高度和火焰长度始终大于单导线,且单双导线平均火焰高度随着倾斜角度的增加先增大后减小,平均火焰长度随倾斜角度的增加而增大;由于双导线火蔓延存在传热和卷吸作用重叠区域,导致其火蔓延速率始终小于单导线。

关键词：导线火蔓延特性滴落火蔓延速率倾斜角度

连续纤维增强3D打印复合材料工艺缺陷及其失效行为研究进展

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4478-4501页

作者：张鑫郑锡涛杨甜甜宋璐阳闫雷雷西北工业大学航空学院西北工业大学飞行器复合材料结构研究所哈尔滨工业大学航天科学与力学系

因设计自由度高、无需模具和快速制造等优点，连续纤维增强3D打印已成为当今最具创新性的先进复合材料成型技术之一。本文综述了连续纤维增强3D打印复合材料工艺缺陷及失效行为的最新研究进展，引入了“干/湿/干湿-混合”的概念对打印... 详细信息

因设计自由度高、无需模具和快速制造等优点，连续纤维增强3D打印已成为当今最具创新性的先进复合材料成型技术之一。本文综述了连续纤维增强3D打印复合材料工艺缺陷及失效行为的最新研究进展，引入了“干/湿/干湿-混合”的概念对打印工艺进行了系统性分类阐述，重点介绍了由于工艺过程引入的三种缺陷及其特点。随后，归纳了连续纤维增强3D打印复合材料的失效力学行为，并分析了引发失效的主要原因。最后，针对如何减少工艺缺陷、改善失效模式和降本增效对连续纤维增强复合材料3D打印技术的未来进行了展望。

关键词： 3D打印连续纤维工艺缺陷失效模式复合材料

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合成金刚石的晶体形态对天然金刚石的启示

地质学报 2024年第6期98卷 1743-1756页

作者：鲁智云杨经绥连东洋吴魏伟杨彧曹楚奇蔡鹏捷浙江大学地球科学学院浙江杭州310058 南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室江苏南京210023 中国地质科学院地质研究所北京100037

作为深部地球研究的“信使”,不同类型天然金刚石的形成温度、压力及环境介质条件一直是地球科学中的重要内容。天然金刚石原石呈现出多种多样的晶型和表面形貌特征是其结晶过程、介质环境和运移过程的最直接记录。伴随着金刚石高温高... 详细信息

作为深部地球研究的“信使”,不同类型天然金刚石的形成温度、压力及环境介质条件一直是地球科学中的重要内容。天然金刚石原石呈现出多种多样的晶型和表面形貌特征是其结晶过程、介质环境和运移过程的最直接记录。伴随着金刚石高温高压合成技术的发展以及合成金刚石的规模化工业生产应用,前人对合成金刚石的晶型及表面形貌特征进行了大量的描述并详细探讨了温度、压力及组分差异对晶体形态的影响。本文对不同条件下的合成金刚石与不同类型天然金刚石的晶型特征、表面形貌特征进行了详细的对比分析,旨在将高温高压实验中明确的生长条件及晶体生长规律应用于天然金刚石形成条件的研究中,并进一步为金刚石晶体形态反映出的地质环境特征、地幔流体/熔体组成和动力学条件的研究提供约束。

关键词：金刚石高温高压实验晶型表面形貌温度压力

海洋和陆地碳循环对二氧化碳正负排放响应的模拟研究

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气候变化研究进展 2024年第4期20卷 416-427页

作者：张靖宇曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310058

人类活动导致大气浓度上升和全球变暖,威胁人类生存。CO_(2)移除作为一种可能的减缓全球变暖的手段,近年来受到了广泛关注。文中使用维多利亚大学地球系统模式(UVic ESCM),模拟分析在工业革命前平衡状态下(大气CO_(2)浓度285×10^(-6))... 详细信息

人类活动导致大气浓度上升和全球变暖,威胁人类生存。CO_(2)移除作为一种可能的减缓全球变暖的手段,近年来受到了广泛关注。文中使用维多利亚大学地球系统模式(UVic ESCM),模拟分析在工业革命前平衡状态下(大气CO_(2)浓度285×10^(-6)),以不同强度脉冲形式施加的正负碳排放对碳循环的影响。模拟结果表明,在100 Pg C正脉冲排放情景下,脉冲排放后第100(1000)年,排放到大气中的CO_(2)有28%(18%)滞留在大气中,38%(61%)和34%(21%)分别被海洋和陆地吸收。在100 Pg C负脉冲排放情景下,海洋和陆地向大气释放CO_(2),从而减弱CO_(2)移除的效果。负排放后第100(1000)年,大气中减少的CO_(2)占初始CO_(2)移除量的23%(12%),其余36%(65%)和41%(23%)分别被海洋和陆地碳释放抵消。不同强度正负脉冲碳排放情景对比结果显示,正脉冲情景下累积空气分数始终高于同等强度负脉冲情景下累积去除分数,这说明正负脉冲碳排放情景下海陆碳循环的响应具有不对称性,要抵消正排放造成的大气CO_(2)浓度上升,需要进行更高强度的负排放。

关键词：气候变化 CO_(2)移除碳循环地球系统模拟

反倾层状岩质边坡块状–弯曲倾倒变形演化过程试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第10期 2497-2510页

作者：龚逸非姚爱军李彦霖朱淳李慧北京工业大学城市建设学部河海大学地球科学与工程学院

为研究三江并流地区某反倾岩质边坡在复杂内外动力共同作用下的倾倒变形破坏机制，开展相似材料物理模型试验并着重研究反倾岩质边坡在构造应力、河流快速下切以及降雨条件下发生块状–弯曲倾倒变形失稳的各阶段演化过程。结合离散元数... 详细信息

为研究三江并流地区某反倾岩质边坡在复杂内外动力共同作用下的倾倒变形破坏机制，开展相似材料物理模型试验并着重研究反倾岩质边坡在构造应力、河流快速下切以及降雨条件下发生块状–弯曲倾倒变形失稳的各阶段演化过程。结合离散元数值试验分析边坡岩层在各工况下的宏观变形特征、关键点的位移变化规律、最大弯折面的演化、岩层塑性区的分布等。结果表明：(1)试验与模拟结果吻合较好，倾倒变形演化过程分为坡趾剪切弯曲→出现最大弯折面→弯折面上部岩层弯曲倾倒→主破裂面贯通4个阶段；(2)坡趾区域首先发生浅层块状倾倒，伴随最大弯折面的贯通，弯折面上部岩层呈现叠网状的深层弯曲倾倒，下部岩层则相对稳定，体现反倾岩层的自稳性特征；(3)河流下切作用是反倾岩质边坡形成弯曲倾倒变形的前提条件，而降雨作用加快了倾倒体从蠕变阶段向累进破坏阶段的过渡，最终导致岩层发生倾倒失稳。

关键词：边坡工程反倾岩质边坡块状–弯曲倾倒外部加载演化过程破坏机制

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高聚物复合纤维改良砂土强度特性及其变形机理研究

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建筑材料学报 2024年

作者：黄庭伟刘瑾朱旭芬车文越孙梦雅河海大学地球科学与工程学院

为改善砂土的不良工程特性，将改良砂土用于河道岸坡、地基与道路加固，提出一种高聚物复合纤维改良砂土的方法.结合无侧限抗压强度试验和数值试验结果，分析改良砂土强度特性及其变形破坏模式，结果表明：高聚物复合纤维能够有效提升... 详细信息

为改善砂土的不良工程特性，将改良砂土用于河道岸坡、地基与道路加固，提出一种高聚物复合纤维改良砂土的方法.结合无侧限抗压强度试验和数值试验结果，分析改良砂土强度特性及其变形破坏模式，结果表明：高聚物复合纤维能够有效提升砂土抗压强度，随着高聚物和纤维含量增加至最大，改良砂土抗压强度达到最大值，为414.53kPa，保证纤维均匀及工程需要，纤维与高聚物的最佳含量为0.6%与4%；纤维含量增加，纤维明显增强了颗粒间力链特性，并增加了应力传递路径，有效延缓了试样内部微裂纹发育；高聚物加入后形成的膜状物与纤维交织形成网状结构，显著提升了试样抗变形能力.为复合材料改良砂土的变形与破坏提供一定的理论支撑.

关键词：砂土改良复合材料破坏变形数值模拟改良机理

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高温处理对玄武岩纤维抗拉强度和结构的影响

材料导报 2024年第11期38卷 152-157页

作者：苗世坦刘嘉麒郭玲刘忠丁宝明张蕾河北地质大学宝石与材料学院河北省岩石矿物材料绿色开发重点实验室玄武岩纤维研究所石家庄050031 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083

本工作选取山东某地的玄武岩矿石为原料,制备了连续玄武岩纤维,并在空气气氛条件下,对玄武岩纤维进行200~900℃的高温热处理。采用多种现代分析测试手段,研究了热处理温度对玄武岩纤维的抗拉强度、表面形貌、微观结构及析晶行为的影响... 详细信息

本工作选取山东某地的玄武岩矿石为原料,制备了连续玄武岩纤维,并在空气气氛条件下,对玄武岩纤维进行200~900℃的高温热处理。采用多种现代分析测试手段,研究了热处理温度对玄武岩纤维的抗拉强度、表面形貌、微观结构及析晶行为的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,纤维的抗拉强度呈近线性下降趋势;纤维表面出现沿轴向裂纹分布的缺陷且数量增多,损伤程度增大;纤维内部单元无序化程度增加,结构逐渐解聚;800℃热处理后,主要析晶相为辉石相与磁铁矿相,900℃热处理后出现赤铁矿相。

关键词：玄武岩纤维高温处理抗拉强度结构