剪切作用（共11篇）
剪切作用 篇1
剪切增稠液体是一种由分散相粒子和介质构成的复杂颗粒分散体系,作为一种特殊的复杂流体,其在高速冲击情况下液体表面及浅层形成局部硬化的特性吸引了很多学者的关注,有着非常广阔的应用前景。目前对剪切增稠液体的研究集中于增稠机理、流变特性及影响因素,Barnes提出,剪切增稠液的特性取决于分散相颗粒的粒径、形状、体积,但也与液态介质的粘度及变形特性有关[1]; 在实际应用领域也取得了一些成果,Lee Young S.[2]等人提出将剪稠液与织物材料结合制成防护器具,具有很好的抗冲击及减震功能; 2010 年英国BAE公司使用一种剪切增稠液体与卡夫拉尔纤维结合制成一种液体防弹衣,不但能有效抵御子弹的伤害,而且比传统防弹衣更轻便实用[3]。
研究者们在使用玉米淀粉悬浮液进行研究时发现了非常有趣的现象: 试验参与者可以在大型试验容器中盛满的玉米淀粉悬浮液表面快速行走通过而不会下陷,甚至可以在悬浮液表面原地快速踏步而不下沉。Eric Brown等人的研究中也记录了类似的现象[4],他们采用剪切增稠理论[5]来解释这种现象: 在脚踏的作用下,液体的粘度随剪切速率的增大而增大。
Waitukaitis等人[6,7]也借助金属棒冲击试验对此现象进行了研究,利用高速摄影机记录极短时间内悬浮液表面及浅层的变形,并提出了不同的猜想,他们认为人脚/金属棒在冲击液面时速度急剧减小造成了页面表层的固化,在与人脚/金属棒接触的区域产生了很大的反应力,足以支撑人脚/金属棒的冲击,不同的是,随着金属棒速度降为零,悬浮液表面固化现象消失,失去支撑作用。可以发现,在Waitukaitis等人的冲击试验中,悬浮液表面及浅层发生了明显的压缩变形,与剪切作用相比,颗粒间的挤压作用不可忽略。现阶段较为认可剪稠液的增稠机理主要有水力簇、有序-无序转变及剪胀三种,但没有一种普适的理论[4,8—12]。学者们提出稠化现象可能与悬浮液的剪切流动和拉伸流动有关[13—16],而根据上述研究者的发现来看,颗粒间剪切作用增稠的理论值得商榷,必须考虑颗粒间的挤压作用。为了研究颗粒间挤压作用和剪切作用在浓厚颗粒悬浮液增稠现象中的作用,设计了拖球和拖片对比试验,采用实际工程中常见的软土作为试验对象,同时考虑了围压和加载速率的作用。
1 试验介绍
拖球试验是宫岛昌克等人[17]根据低雷诺数均匀流的绕球流动理论得出的落球黏度计原理设计的。半径为r的不锈钢小球在拉力F的作用下,以速度 υ 通过黏度为 η 的流体时,可认为小球所受的阻力即为该流体发生形变的黏滞力
并认为土体所受的平均应力为:
现对拖球试验进行改进并增加了拖片试验,薄片与小球制作材料均为不锈钢,且两者具有相同表面积A,如图1 所示。小球在行进过程中引起软土颗粒间的挤压作用和剪切作用,而拖片在试验中仅引起颗粒间剪切作用。小球所受力表示为F球,薄片所受力表示为F片,则土体颗粒间剪切应力和挤压应力可分别表示为:
试验仪器主体为不锈钢圆桶,主尺寸为: 内径40 cm、高度50 cm、壁厚5 mm,如图2 所示。试验桶底部上方10 cm处居中水平设置两条的单根直径为3 mm的光滑不锈钢导轨,间距为1 cm,可让不锈钢小球( 直径3 cm) 在导轨上水平移动。
试验中采用直径40 cm,高40 cm的橡胶气囊及配套的气泵作为加压装置,设计了100 k Pa,200k Pa,300 k Pa三种围压; 试验采用等应变率加载方案,加载速率分为12 mm/min、24 mm/min、36mm / min。
试验土样取自南京秦淮河边,将淤泥晒干后进行敲碎等处理重塑后得到,具体步骤如下:
1)对刚取到的土样进行含水量测定,随后进行干燥处理;
2)将处于干燥状态的土样敲碎处理,剔除土样中的杂质;
3)将处理过的土样进行筛分,将土颗粒的粒径控制在2 mm以下;
4)测定处理后土样的含水量,根据试验所需用土量以及原位土样含水量,制备出与原位土样含水量一致的试验土样。
2 试验结果与分析
2. 1 颗粒间挤压作用与剪切作用比较
由于薄片很薄,可以认为在试验中土颗粒与薄片只存在剪切作用,而小球与软土之间不但有剪切作用,同时对土颗粒还有挤压作用。
如图3 所示为100 k Pa围压情况下拖动速率分别为12 mm/min和36 mm/min时的应力-位移关系,随着位移的增加,剪应力基本保持稳定不变,而挤压应力表现出非常明显的增长态势,且挤压应力远远大于剪应力。在不同拖动速率情况下,仅观察位移后半段,可直观地看出挤压应力约为剪应力的3 ~ 4 倍,而这实际上也是比较保守的结果,因为在算式2 中使用小球的半球面积代替了截面面积。通过计算得到,在100 k Pa、200 k Pa、300 k Pa竖向围压条件下,挤压应力占总应力的比值分别为76. 5% 、72. 0% 和69. 7% 。
为了更深入理解挤压作用和增稠现象,如图4所示为匀加速条件下的应力-速度关系,剪应力随着拖动速率的增大始终保持稳定,而挤压应力则有较为稳定的增长,尤其是在曲线最后表现出迅速增长的趋势,这与所谓剪切增稠现象中的剪应力-剪切速率的曲线是非常类似的,所以本文中把颗粒间挤压作用形成的稠化现象称为挤压增稠。
可以得知,在拖球试验中,球与软土,软土颗粒间之间的作用以挤压为主,剪切次之,故而挤压作用才是增稠现象的决定性因素,虽然剪切作用也会是增稠的一部分原因,但不是如同现有“剪切增稠”理论所认为的那样是稠化现象的主要原因。
2. 2 拖动速率的影响
如图5 所示为不同的拖动速率条件下的应力-位移关系曲线,在图5( a) 中,拖动速率越大,对应的挤压应力越大,且随着位移的增大,挤压应力也表现出逐渐增长的趋势。而在图5( b) 中,剪应力随着拖动速率的增大而增大,剪应力没有随位移变化而表现出明显的增长。通过对比这两张图,可以看出拖动速率的增加更容易对颗粒间挤压行为产生作用,同时,拖动速率也对剪切作用有一定影响,但挤压作用仍然占据主导地位。
2. 3 围压的影响
考虑到实际工程中软土常常处于地下有围压情况,探究了三种不同围压条件下的挤压及剪切作用情况,如图6 所示。挤压应力随着围压的增大呈现出明显的增长,且围压越大,增长越快; 然而,剪应力的增长相对较平缓,200 k Pa和300 k Pa条件下的剪应力-位移曲线近似度非常高,说明在围压增大的情况下,剪切作用有收敛的趋势。
在匀加速拖动条件下,围压的影响更加直观,如图7 所示为不同围压条件下的挤压应力-速率剪应力-速率曲线,可以看出,在大围压情况下,拖动速度较低时也能出现稠化,此时挤压应力处于快速增长状态,即围压越大,越容易产生挤压增稠现象。同时也应当注意到,不论围压如何变化,剪切作用都难以形成明显的稠化。可见,围压的存在对挤压作用有着更明显的促进作用。
3 结论
为探究浓厚悬浮液增稠现象的机理,针对颗粒挤压与剪切作用的异同,进行了一系列拖球/拖片对比试验,并考虑拖动速率及围压的影响,得到如下结论。
1) 在相同条件下,浓厚颗粒悬浮液发生稠化现象时,颗粒间的挤压应力远远大于剪切应力,挤压作用是引起稠化的主要因素,且挤压作用比剪切作用更容易产生稠化现象。
2) 拖动速率对挤压作用和剪切作用均有一定影响,但相比于剪切作用,挤压作用受拖动速率影响更大,随着拖动速率的增大,挤压作用引起的稠化现象越明显。
3) 围压的存在对挤压作用和剪切作用均有促进作用,且挤压作用在围压增大的影响大更易产生挤压稠化现象,而剪切作用随着围压的增大,表现出明显的收敛倾向。
摘要：一般认为浓厚颗粒悬浮液的稠化现象与颗粒间的剪切作用有关,然而有研究者发现,在冲击试验中,颗粒间的挤压作用可能是悬浮液的稠化主要原因。为了区分挤压和剪切行为在浓厚颗粒悬浮液稠化现象中的作用,设计了拖球、拖片的对比试验,并且考虑了围压及加载速率的影响。研究结果表明,在稠化过程中,颗粒间的挤压作用占据了主导地位,即颗粒间的挤压作用比剪切作用更容易造成浓厚悬浮液的增稠。围压的存在会影响挤压和剪切的作用力,围压的增大对增稠现象有明显的促进作用;相比于剪切作用,挤压作用对加载速率的促进作用更加敏感。
关键词：浓厚悬浮液,增稠,挤压,拖球/拖片试验,围压,加载速率
剪切作用 篇2
Word剪切板在哪里？
①打开Word，然后右键单击“工具栏”，在弹出菜单中选择“任务窗格”；
②此时，右边会弹出个“任务窗格”，单击“开始工作”下拉菜单，选择“剪贴板”即可；
③现在，剪切板就已经出来了，可以删除，可以粘贴！
Word剪切板怎么打开？
①在“开始”选项卡中单击“剪切板”小按钮，就可以打开剪切板了，
Word剪切板在哪里？
进击的剪切板 篇3
云剪切的威力
在工作中临时数据的同步与拷贝，频率最高的莫过于文本文档，无论从Web网页上还是Word文档中得来的数据，将这些资料保存在网盘中的操作始终没有直接使用云剪切来得方便，通过云剪切工具与无线网络就实现PC to PC以及PC to移动设备的文本传输，如此一来，就能让我们的工作变得更加轻量。
电脑至电脑的云剪切
定义为剪切板管理工具的Archive Clipboard，其最大的功能就是收集剪贴板历史记录，简单说，它就是一款存储工具。最近这款存储工具升级后获得了云剪贴板功能，除了收集剪贴板历史记录外，还能支持云同步。它的用法相对简单，只需使用Ctrl + C与Ctrl + V即可。
运行Archive Clipboard后，用户注册并登录Archive Clipboard服务账号后，进入云剪切主界面，程序即可进入后台监视模式（如图1），剪贴板功能激活时，系统会自动将文字与图片文件记录在Archive Clipboard空间中，并直接在主界面中显示出来，点击即可预览。不过，每一次调用剪切板的操作都让Archive Clipboard产生记录，这对调用文件的检索工作就比较麻烦，并且提供的100M存储空间也不足以支撑用户的操作，因此我们就需要进入设置项中的监测，将图像与文件监测去掉（如图2），让Archive Clipboard只单纯作为文本文档的云端存储工具。
当我们在网站上或是文档中阅读到一段好的文字，直接选取并按下复制按钮，这些文字直接就会被保存在Archive Clipboard账户的存储空间中。无论你在哪儿，当需要使用时这些文字时，直接在Archive Clipboard中的文本选取并拖动至txt或是word文档中，即可实现调用，轻松地实现跨平台的文本数据同步与交换（如图3）。
Archive Clipboard在一定程度上实现了异地Ctrl+C与Ctrl+V的操作，通过云端存储空间与账号的绑定实现了两台电脑共用彼此的系统剪贴板，当一台电脑复制完一段文字后，软件会自动将复制的文本传送至云端服务器上，另一台电脑则通过Archive Clipboard将文字调用在剪贴板上。
电脑与移动设备的互传
无论是电脑到移动设备还是把移动设备的信息拷贝至电脑中，相信不同的用户有着不同的解决方案，可以利用云剪切、网络推送，通过数据线拷贝以及网盘等形式。对于存文本文档来说，这些解决方案中，利用微云中云剪切在操作流畅性还是步骤上都是最简洁的。
首先在电脑端打开微云，在界面左侧选项条中点击“剪切板”，利用Ctrl+V组合键将存储在剪切板中的文字粘贴至微云发送窗口中，再点触界面右下角的发送按钮，便完成了电脑端的操作（如图4）。接下来，在移动设备中打开微云，在主界面点触“更多”，进入剪切板页面选中“接收消息”，即可查看到发送的文字信息。
如需要将手机端文字信息保存至电脑中，则就是一个逆向操作的过程。复制需要发送的文字信息后，打开微云，通过主界面的“更多”选项进入剪切板，点击输入框右上角”历史复制键”，即可粘贴该内容到剪贴板输入框，随后再按下“发送”按钮，即可将文字发送至同一账号下电脑端的微云中（如图5）。这时，只需要进入剪切板并选择接收栏，就能获取手机端发送的文字信息，并且还能通过复制粘贴操作调用这段文字。
移动设备实现功能化剪切
在智能手机端，系统为用户提供了方便的剪切板工具。通过它实现的复制、剪切以及粘贴操作方便了用户的使用。强大的剪切板同样也需要出色的管理工具，而Clipper Plus就很好地充当了这一角色，通过它我们能实现对剪贴板的自动跟踪和管理。
Clipper Plus在使用时并不需要更改任何设置，使用默认设置即可，用户可以通过功能按钮呼出设置选项，在设置界面中可以通过“监控”、“通知”以及“界面”对剪切板调试成适合自己使用的方式。在默认情况下，我们在手机中的任何复制与剪切操作，文本都进入到Clipper Plus的剪切板中，在此我们能对剪切板中保存的文件进行二次编辑，并随时调用常用的文本，例如电子邮件地址以及祝福类短信。
剪切作用 篇4
电流变体作为一种新型智能材料,以其响应迅捷、可逆、温度稳定性好等良好的力学特性越来越受到科技界及工业界的青睐,电流变减震器也在许多领域得到越来越广泛的应用[1].这些电流变减震器往往工作在复杂的动态场合,如往复振荡、冲击加载等.因而了解电流变体在这些动态场合下的力学特性对研究电流变减震器的实际应用具有重要的意义.
早期的研究工作主要是以研究电流变体在受到静力作用或受到单一方向恒定速率的剪切力作用时所表现出的力学特性.目前国内外对振荡剪切下的研究相对较少,已有少量研究表明,电流变体的动态特性与场强大小、剪切频率、振幅有关.Yen等[2]用低频正弦位移信号对电流变体的阻尼力响应进行了实验研究,研究结果表明:电流变体在较小的正弦激励幅值作用下,表现出黏弹性特性;在较大的正弦激励幅值作用下,表现出塑性特性.Gamota等[3]对屈服前区的电流变液在高频下的动态特性做了研究,研究表明:在小幅、高频振荡剪切情况下,电流变体呈现为线性黏弹性,储能模量和损耗模量都随场强的增加而增加,损耗角则随着场强的增加而减小.且随着场强的增加,储能模量和损耗模量与频率的依赖关系越来越明显.
本文通过对电流变体在小应力幅和大应力幅的频率扫描;在低频和中频的应力扫描,对电流变体在振荡剪切下的流变特性进行测试.
1 实验
1.1 实验材料
本文所选用的电流变材料为乙烯纳米SiO2,稀土羧酸盐分散在羟基硅油中形成的电流变液.
1.2 动态测试系统
本文所使用的测试仪器是HAAKE RS600流变仪.该测试仪器的内部结构如图1所示.电流变液放置在上极板与下极板之间1mm的间隙内,测试时在此间隙内注入0.4ml的电流变液.上极板与振荡转子驱动器相连,振荡激励时,上极板所受到的阻尼力矩由传感器测量出来,对应的剪切应力τ为
对应于时间的应变值γ为
材料的复模量G*为
2 实验结果及分析
电流变体的静态屈服应力为电流变体流动时的最小应力,与Bingham[4]模型中的动态屈服应力有所区别.当施加的剪切力小于静态屈服应力时,电流变体工作在屈服前区;相反,则工作在屈服后区.本实验将分别研究屈服前区和屈服后区的黏弹特性,因此首先通过静态剪切实验确定电流变体在某一电场强度下的静态屈服应力或应变,以此作为划分屈服前区和屈服后区的依据.
图2为电流变体在电场强度3.5kV/mm下静态屈服应变实验结果,两曲线的交点即为屈服点,此点对应的应力和应变分别为电流变静态屈服应力和屈服应变.
鉴于屈服应变很小,本文采用应力可控模式,从两个方面研究了电流变体在振荡剪切下的流变特性:
(1)频率扫描:将应力幅分别固定在屈服前区和屈服后区,振荡频率从0.01 Hz增加到100Hz.
(2)应力扫描:将振荡频率分别固定在0.1 Hz和50 Hz,应力幅从0Pa增大到2000 Pa.
2.1 振荡频率对黏弹性的影响
实验时将剪切应力T0分别设定在0.2Pa和2000Pa,振荡频率从0.01 Hz增加到100Hz.电流变体的储能模量G',损耗模量G",损耗因子G"/G'在电场强度为3.5kV/mm下与振荡频率的关系如图3所示.
实验发现:在屈服前区的低频段,如图3(a)所示,储能模量G'和损耗模量G"都随着频率的增加而增加,而在屈服前区的中频段,储能模量G'和损耗模量G"则随着频率的增加而下降,说明尽管剪切应力幅设定在屈服前区,但随着频率的增加,使材料内部的结构产生了变化,电流变体的链结构被削弱甚至破坏.损耗因子则随着频率的增加一直减小,说明频率越高,电流变体的弹性行为越强,如图3(b)所示.
在屈服后区,如图4(a)所示,储能模量、损耗模量都随着频率的增加而增加,并没出现屈服前区的转折现象,损耗因子随着频率的升高而减小,同屈服前区一样,只是减小的幅度要比屈服前区的大,如图4(b)所示.
2.2 剪切应力幅对黏弹性的影响
将振荡频率分别设定在0.1 Hz和50Hz,以研究电流变体在低频和中频下的流变特性.
图5为电流变体在电场强度3.5kV/mm,频率为0.1 Hz下的应力扫描结果,图6为电流变体在电场强度3.5kV/mm,频率为50 Hz下的应力扫描结果.从实验结果发现在低频0.1 Hz下和中频50Hz下电流变体的流变特性基本相同,储能模量G',损耗模量G"都随着应力幅的增大而下降,最后趋于平缓,说明随着剪切应力增大,材料的刚性和阻尼特性均下降;损耗因子G"/G'在低剪应力段变化很小,之后随着剪应力的上升而增大,表明剪应力越大,材料的黏性流动性越强.这种实验结果可以认为剪切应力越小,颗粒形成的链结构变形越小,越不容易断裂,呈现出弹性为主导地位的状态;随着剪切应力的增大,可能剪断某些链从而使流体的黏性流动增强,当剪切应力超过屈服应力时,电流变体的内部链结构都可能被剪断从而完全进入屈服后区阶段.
3 结论
(1)在屈服前区的低频段,电流变体的储能模量G'及损耗模量G"随着振荡频率的增加而增加,中频段随着频率的增加而减小;而损耗因子G"/G'则随着振荡频率的增加而减小,表明频率越高,材料的弹性贡献越强.
(2)在屈服后区,电流变体的储能模量G'及损耗模量G"随着振荡频率的增加而增加,损耗因子G"/G'随着振荡频率的增加而减小.
(3)在应力扫描实验中,在低频和中频状态下,储能模量G'及损耗模量G"均随着振荡应力幅的升高而下降,损耗因子随振荡应力幅的上升而上升,表明磁流变材料的黏性随着振幅的上升而逐渐起主导地位.
利用流变仪对电流变体进行了强制振荡实验,测试了流体在不同应力幅值、应力频率下,电流变体储能模量、损耗模量、损耗因子随剪切应力幅、剪切频率的变化规律,为了解电流变体的流变特性提供了实验指导.但同时也发现利用现有的流变仪研究这类特殊的材料时也存在一些不足,比如对电流变体施加电场后,电流变体向固态转变,会出现电流变体与流变仪上下极板处于滑动状态,电流变体并不是处于剪切状态,给测试数据带来了误差,因此如何测量此类新型材料也是一个值得研究的方向.
参考文献
[1] Carlson JD,Catanzarite DM.Commercial magnetorheo- logical fluid devices.World Scientific,1996,5:20～28
[2] Yen WS,Achorn PJ.A study of the dynamic behavior of an electrorheological fluid.J Rheol,1991,35(7):1375～1384
[3] Gamota DR,Fillisko FE.High frequency dynamic mechan- ical studies of an aluminosilicate electrorheological materi- als.J Rheol,1991,35:1411～1425
无线复制粘贴剪切板的进化 篇5
Pasteasy功能与PushBullet云剪贴板相似，均可实现文字与图片在任意设备复制，再粘贴到另一设备上。不过 Pasteasy与 PushBullet仍有不同，它是通过无线局域网来进行传输，传输的速度更快，而且由于剪贴板数据并不会上传到互联网去，因此也能很大程度上保证剪切板中的密码、隐私等敏感内容的安全。
Pasteasy作为一款全平台应用，它基本涵盖了现阶段主流的操作系统（iOS、Android、Mac 和 Windows），安装Pasteasy后，系统会产生二维码（如图1），我们利用手机端扫描后即可关联设备（不需要注册账号也不需要登录）。现在，我们就在需要传输资料的设备上复制需要传输的文本与图片后，再切换到接收设备上进行粘贴即可。在整个复制粘贴过程中，我们不需要手动开启Pasteasy，它会在后台自动同步并传输复制的内容，整个跨设备复制粘贴的操作对用户来说完全就像本机操作一样（如图2）。
Pasteasy还提供了剪贴板历史功能，这就让我们能随时浏览过去传输的文件，当我们出现误操作时，还能通过历史记录进行二次复制粘贴（如图3）。另外用户还可在Pasteasy手机端上设置是否自动接收其他设备复制的图片、自动保存图片到相册、自动发送手机截屏、自动发送保存的图片（注：如果你平日里无图片传输需求时，建议关闭自动保存图片”功能，这能保持手机相册的干净）。如果你在手机上无法复制图片或其他文件时，我们还可以选中该文件再通过手机默认的分享功能，将其通过Pasteasy分享至电脑（如图4）。
如果你在日常的工作中，时常需要导入或导出图片，或者每天工作需要重复将手机截屏传输到电脑上编辑，那么Pasteasy就能成为你最方便的传图神器！手机截屏后，电脑上就会自动保存，电脑上的稿件复制后，手机上立马就可以保存并预览，这对笔者来说简直是一种愉悦的复制与粘贴的体验。
当然了，由于它只能通过局域网来实现文件的复制与粘贴，那么手机和电脑处于异地就无法使用，这时我们就可以搭配PushBullet云剪贴板来使用，充分发挥无线复制与粘贴的威力。
剪切作用 篇6
另一类方法是通过桩的静载荷试验分析来划分, 如切线图解法、P～S曲线直接延长法等。就某种具体的图解法而言, 由于求解的过程是在做图中完成的, 因此从取值的随机性和做图的精确性上都可能使所得的结果因人而异, 导致较大的误差。另外按静载试验来确定桩侧摩阻力和桩端阻力, 成本高、周期长。
1 轴向荷载作用下双曲线模型拟合荷载传递曲线
近年来, 国内外许多学者对桩—土间传递函数的选择做了探讨, 文献[1]中介绍了室内剪切试验, 测得不同法向压力作用下钢和混凝土材料分别与粘性土的摩擦力τ与剪切位移的关系曲线, 用以描述桩—土之间的传递函数。与本文中的直剪试验、现场试桩试验中的τ～Z曲线形式一致。如图1所示。因此采用双曲线能较好的拟合桩侧摩阻力传递函数写成表达式的形式:
式中:
τ—各桩段的侧摩阻力;
Z—桩身与桩侧土的相对位移;
α, b—待定的常数。
待定函数确定后, 再讨论两个未知常数a, b的物理意义, 由式 (1.1) 知, 当剪切位移Z无限大时, 桩侧摩阻力接近一常数。
可见b的物理意义是描述桩侧极限摩阻力的一个常数。
另一方面, 当剪切位移趋于0时, 趋近于过原点所做的τ～z曲线的斜率, 即t gθ。
因此方程 (1.1) 可以改写成
式中:
λ—双曲线中Z→0时的斜率;
Tu—桩侧极限摩阻力。
2 用弹性剪切法确定双曲线模型中的λ
2.1 桩侧土位移方程的建立
受荷桩的周围土的变形可近似视作同心圆柱体, 这一假定的正确性已被Cooke (1974) 桩的试验结果所证实。从图2中取一微元土体, 见图3建立的圆柱坐标。
图中:
σz—竖向应力
σθ—环向应力
τ—土单元与接触面之间的剪力
σγ—径向应力
γ—距离桩轴心的距离
根据弹性理论可列出竖向平衡微分方程:
整理得:
由于桩受荷载后, 桩身附近处的剪应力τ的增加远大于竖向应力σz, 因此忽略项, 方程近似变为
用分离变量法求解方程为:
式中:τ0, γ0—分别表示桩侧表面的剪应力和桩半径。
由弹性理论几何方程, 剪切变形的表达式为
式中已忽略轴向变形和径向变形。
根据轴对称课题的物理方程, 有:
将 (2.4) 和 (2.6) 代入式 (2.5) 中, 并忽略项得:
两边积分后即求得地表下任意深度Z处水平面上的竖向位移:
式中:
Gs—所取桩段范围内土的剪切模量;
γ—距离桩轴线的水平距离;
γm—桩对土的影响范围。
当r等于r0时, 有:
即, λ是由桩侧土的剪切模量、桩半径、桩对周围土的影响范围决定的。
2.2 桩侧土受剪力影响范围的确定
根据笔者对桩的承载机理分析, 桩周土受剪力影响范围与黏聚力、剪切模量、加荷等级、土层分布、桩径等因素有关, 而我们确定双曲线传递函数λ中的rm值是在荷载水平较小, 土体近似处于弹性状态的rm的值。笔者对30多个试桩资料进行分析回归处理, 发现rm与桩的埋深有着如下近似关系:
3 双曲线模型中τu的确定
在本文建立的 (1.2) 式中τu的定义是桩侧极限摩阻力。当荷载接近于极限荷载时, 在桩侧附近出现许多相互滑动面, 由靠近桩身附近向四周发展, 由于桩身附近剪力最大, 所以滑动面发展最快。当滑动位移达到一定值时, (通过整理大量的常规试桩资料表明:发挥极限侧摩阻力所需的位移不超过20mm, 和文献[1]的结果基本一致) , 桩侧摩阻力达到极值。
目前计算粘性土中桩的极限摩阻力大体有三种方法, 按计算时所采用的系数分别称α, β, λ法, 参见文献[2], 其中β法还用于非粘性土中的桩。
在确定每一土层土的剪切模量GS、桩对土的影响范围、桩侧极限摩阻力后就可以利用 (1.2) 值确定任意位移下桩的侧摩阻力的值。
总结
笔者对桩侧摩阻力的研究从分析试桩实测资料和总结前人已有成果出发, 建立双曲线荷载传递函数, 并用弹性剪切法对其中的参数加以确定。通过室内三轴固结试验确定剪切模量等参数, 为工程应用方便, 也可利用土的变形模量和剪切模量的转换关系, 这样只需根据土的变形模量、内聚力、摩擦角等土的基本物理力学指标, 就可以建立实用性较强的摩阻力传递函数。
摘要：本文提出一种利用土的基本力学指标, 可以确定桩在竖向荷载作用下桩侧摩阻力与剪切位移的关系公式, 对于理论分析桩的荷载沉降提供一种有益的参考。
关键词：桩侧摩阻力,剪切位移
参考文献
[1]桩基工程手册编写委员会.桩基工程手册.建工出版社.1995
[2][美]J.E.波勒斯编, 唐念慈等译.基础工程分析与设计.建工出版社.1987
剪切作用 篇7
1 剪切位移传递法原理
当桩受到顶部荷载P0作用时, 桩与桩周土之间产生剪切力 (也称摩阻力) 。笔者通过大量的试桩资料分析, 当桩顶荷载较小时, 桩与桩周土之间的剪切力随桩——土间位移呈直线增加, 增加率称为剪切刚度Kt。Kt可以通过弹性剪切法加以确定。笔者从自己所参与的试桩和其他试桩资料分析中得出:桩—桩周土之间的剪力—位移关系比较符合双曲线型, 即。式中α, b两系数是根据剪切刚度Kt和极限摩阻力τu确定。这样已知某一桩端的位移, 就可以得出此桩端所受剪切力。
笔者通过分析大量的试桩资料得出:在初始阶段, 桩端阻力随桩尖竖向位移量呈直线增加。当桩端进入桩端土中位移较大时, 端阻力不再随入土深度线性增加, 而是符合双曲线关系:。P—桩端阻力;ZP—桩尖进入持力层位移。其中系数可以通过抗压刚度Ku、临塑端阻尼Pc、极限端阻尼Pu来确定。这样已知桩端进入持力层的深度, 就可以确定桩端阻力的值。
我们假定桩端位移ZP, 那么图1中dz段的位移等于dz段以下桩端的压缩量加上ZP, 而dz段上的剪力等于。dz段上顶截面轴力等于dz段底截面的轴力加上dz段的剪切力。依次向上计算, 当取到最顶端时, 则可定出桩顶荷载Po和桩顶位移S0。
2 剪切位移传递法的优点
大量试桩资料表明, 桩侧摩阻力和桩端阻力并不同时达到极限, 桩端阻力达到极限时所需位移要大于桩侧摩阻力达到极限位移时所需的位移。而位移传递法正是紧紧地把握位移这一线索, 将一定位移下的桩侧摩阻力和桩端阻力累计起来, 作为桩顶荷载, 这是符合实际的。
传统的位移传递法采用试算法, 当桩分段较少时, 产生较大的误差。笔者所提出的剪切位移传递法是直接建立各桩端的位移协调方程, 通过解n元非线性方程组直接求出轴力及位移, 具有较高的精确度。
3 剪切位移传递法的步骤
(1) 根据已知的桩入土深度L、截面积AP、弹性模量EP及场地的工程地质条件。按照桩周土层及地下水位的位置将桩分成N大段, 在每一大段中又将桩分成n小段, 每小段桩长用L (N) 表示 (一般分成3 0小段就满足要求) 。
(2) 已知:
(1) 桩侧摩阻力与位移之间符合双曲线函数关系:
, 用τ=τ (Z) 表示剪切力;Z表示桩—土之间的相对位移;α, b是与桩周土性能有关的系数。
(2) 桩端阻力与桩尖进入持力层深度之间符合以下关系:
式中:
Kw—桩端土的抗压强度;
Pc, Pu—分别为桩端土的临塑强度和极限强度所对应的临塑端阻力和极限端阻力;
c, d—是与Kw, Pc, Pu有关的系数。
(3) 假定一桩尖位移量Zb 1, 则相应于此位移的端阻力可用Pb1=P (Zb1) 表示。图1表示第N大段上 (即桩最底段) 桩段划分示意图, 图上Zn表示第N大段第n小段桩段在Pb1和Pn作用下的桩段自身压缩量, Pn则表示第n段桩段顶部的轴力, 可用下式表示。
式中:
Zn—第N大段桩段上第n小段桩段的位移, 可表示为
U—桩的周长;
L (N) —第N大段桩段上每一小段的长度, ;
L—桩段总长;
τ (Zn) —相应于Zn下的桩侧摩阻力;
而δn又可以根据弹性压缩公式确定
对于第n小段来讲, 将式 (1.1) 和式 (1.2) 代入式 (1.3) 中, 并整理可得如下公式
同理, 对于n-1, n-2, n-3, ……, 1, 段上可得出形式相同的平衡方程式如下:
式中:
式 (3.5) 共n个方程, n个未知量Z1, Z2, ……, Zn;解此n元非线性方程组, 便可获得Z1, Z2, ……, Zn的解。再利用
便可求得任意小段桩上的轴力。
(4) 求出第N大段桩顶位移及轴力后, 把此段的轴力和位移当作第N-1段上的桩底位移及端阻力, 重复以上算法, 推至第1大段便可解出整个桩的桩顶位移及作用力。
(5) 假定不同的桩尖位移, 重复 (2) ～ (4) 步骤, 求出相应于此桩尖位移的桩顶位移及作用力, 绘制单桩在竖向荷载下的P～S曲线, 并根据曲线确定单桩承载力。
4 工程实例
(1) 工程概况
上海太仓路、济南路口的丽晶苑钻孔灌注桩工程, 桩长61.04m, 桩径0.8m。
(2) 场地工程地质条件如表1。
(3) 桩的分段及地层柱状图如图2。
本文将有关原始数据输入程序中进行计算, 并将计算结果绘成曲线, 为方便比较, 和实测结果绘在同一图中, 见图3。在实测曲线中, 当桩顶位移为15.17mm时, 桩顶加载7200kN, 而在理论计算中曲线为6850kN, 误差为5%。
结论
通过理论计算与实际工程对比, 可以看出剪切位移传递法能较好地模拟出单桩在竖向荷载作用下的荷载——沉降曲线。在不能通过大量的试桩试验来检测桩的受力性状时, 采用本方法是比较有效准确的。
摘要：本文提出的剪切位移传递法将桩侧摩阻力和桩端阻力分开考虑, 再通过位移协调将二者联系起来。计算时将桩分成若干微小单元, 根据桩的沉降由桩尖位移和桩身压缩量两部分组成, 列出n元非线性平衡方程, 解此n元非线性方程组并用迭代法可求得在一假定桩尖位移下桩顶的竖向作用力, 从而预估单桩在竖向荷载作用下的荷载——沉降曲线。
关键词：剪切位移传递法,桩侧摩阻力,桩端阻力
参考文献
[1]建筑桩基技术规范编制组.建筑桩基技术规范.1994.
[2]徐顺兴.桩在垂直荷载作用下的变化规律.桩基工程技术.中国建材工业出版社.1996.
剪切作用 篇8
1 直接剪切试验
1.1 直接剪切试验的原理
我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪,试验过程参见DL/T 5355—2006《水电水利土工试验规程》。
试验中通常对同一种土取4个试样,分别在不同的法向应力下剪切破坏,可将试验结果绘制成抗剪强度与法向应力之间的关系,如图1所示。图1(a)为剪应力与剪切位移关系图。当剪应力与剪切位移关系曲线中有明显峰值或稳定值时,取其作为抗剪强度破坏值,此时试样发生的是脆性破坏。当剪应力随剪切位移不断增长,无峰值或无稳定值时,一般取剪切位移为4 mm时的剪应力作为抗剪强度破坏值,此时试样发生的是塑性破坏。图1(b)和图1(c)为抗剪强度和垂直压力关系图。图1(b)表明对于砂性土,抗剪强度与法向应力之间的关系是一条通过原点的直线,直线方程可用库仑公式(1)表示。图1(c)表明对于黏性土,抗剪强度与法向应力之间也基本成直线关系,该直线与横轴的夹角为内摩擦角φ,在纵轴上的截距为黏聚力c,直线方程可用库仑公式(2)表示。
式中,σ为法向荷载。
式中,σ为法向荷载。
由公式可知,土的抗剪强度包括黏聚强度和摩擦强度两部分,通过对各级法向荷载与抗剪强度建立回归方程,求得土样的c、φ值。
为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件,直接剪切试验分为快剪、固结快剪和慢剪3种试验方法。
1.2 直接剪切试验的优缺点
直接剪切试验最大的优点就在于其设备构造简单、操作容易和试验历时短,这也是目前各个项目在工期紧的情况下被广泛应用的主要原因。但它存在若干缺点,主要有:(1)剪切面限定在上下盒之间的平面,而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏;(2)剪切面上剪应力分布不均匀,土样剪切破坏时先从边缘开始,在边缘发生应力集中现象;(3)在剪切过程中,土样剪切面逐渐缩小,而在计算抗剪强度时却是按土样的原截面计算的;(4)试验时不能严格控制排水条件,不能测量孔隙水压力,在进行不排水剪切时,试件仍有可能排水,特别是对于饱和黏性土,由于它的抗剪强度受排水条件的影响等,故试验结果不够理想。
2 三轴剪切试验
2.1 三轴剪切试验原理
三轴剪切试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。
常规试验方法的主要步骤如下:(1)见图2(a),将土切成圆柱体套在橡胶膜内,放在密封的压力室中,然后向压力室内压入水,使试件在各个方向受到周围压力σ3,并使液压在整个试验过程中保持不变,这时试件内各向的3个主应力都相等,因此不发生剪应力。(2)见图2(b),通过传力杆对试件施加竖向压力,这样,轴向主应力就大于水平向主应力,当水平向主应力保持不变,而轴向主应力逐渐增大时,试件最终受剪而破坏。此时作用在破坏面上的剪应力为τ,作用在破坏面上的法向应力为σ,破坏面与大主应力面的倾角为α。(3)见图2(c),设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为Δσ1,则试件上的大主应力为σ1=σ3+Δσ1,而小主应力为σ3,以(σ1-σ3)为直径可画出一个极限应力圆,如图中的圆Ⅰ,用同一种土样的若干个试件(3个以上)按以上所述方法分别进行试验,每个试件施加不同的周围压力σ3,可分别得出剪切破坏时的大主应力σ1,将这些结果绘成一组极限应力圆,如图中的圆Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。由于这些试件都剪切至破坏,根据莫尔-库伦理论,作一组极限应力圆的公共切线,即为土的抗剪强度包线,通常可近似取为一条直线,该直线与横坐标的夹角即为土的内摩擦角φ,直线与纵坐标的截距即为土的内聚力c,其关系可以用库仑方程式表示为τ=c+σ·tanφ。
各值之间的关系为
对应于直接剪切试验的快剪、固结快剪和慢剪试验,三轴剪切试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件,分为以下3种试验方法:(1)不固结不排水试验:试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水,试验自始至终关闭排水阀门。(2)固结不排水试验:试样在施加周围压力σ3后开排水阀门,允许排水固结,待固结稳定后关闭排水阀门,再施加竖向压力,使试样在不排水的条件下剪切破坏。(3)固结排水试验:试样在施加周围压力σ3时允许排水固结,待固结稳定后,再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。
2.2 三轴剪切试验的优缺点
三轴仪的突出优点是:(1)能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化;(2)试件中的应力状态也比较明确,破裂面是在最弱处,而不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间;(3)三轴仪还可以测定土的其它力学性质。
三轴剪切试验的缺点是:(1)试件中的主应力σ2=σ3,而实际上土体的受力状态未必都属于这类轴对称情况;(2)三轴试验历时周期较长。
3 试验方法的适用范围
在土力学有关稳定性的计算分析工作中,抗剪强度指标是其中最重要的计算参数。能否正确选择土的抗剪强度指标,同样是关系到工程设计质量和成败的关键所在。目前,室内测定土的抗剪强度指标的常用手段一般是三轴剪切试验与直接剪切试验。
三轴剪切试验按照排水条件分为不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪3种方法;直接剪切试验分为快剪、固结快剪和慢剪3种方法。直剪试验方法中的“快”和“慢”并不是考虑剪切速率对土的抗剪强度的影响,而是因为直剪仪不能严格控制排水条件,只好通过控制剪切速率的快、慢来近似模拟土样的排水条件。由于试验时的排水条件是影响黏性土抗剪强度的最主要因素,而三轴仪能严格控制排水条件,并能通过量测试样的孔隙水压力来求得土的有效应力强度指标,因此,如有可能,宜尽量采用三轴剪切试验方法来测定黏性土的抗剪强度指标。
对于具体的工程问题,如何合理确定土的抗剪强度指标取决于工程问题的性质。一般认为,地基的长期稳定性或长期承载力问题,宜采用三轴固结不排水试验确定土的有效应力强度指标,以有效应力法进行分析;而饱和软黏土地基的短期稳定性或短期承载力问题,宜采用三轴不固结不排水试验的强度指标,以总应力法进行分析。
对于一般工程问题,如果对实际工程土体中的孔隙水压力的估计把握不大或缺乏这方面的数据,则可采用总应力强度指标以总应力法进行分析,分析时所需的总应力强度指标,应根据实际工程的具体情况,选择与现场土体受剪时的固结和排水条件最接近的试验方法进行测定。例如,若建筑物施工速度较快,而地基土土层较厚、透水性低且排水条件不良时,可采用三轴不固结不排水试验(或直剪仪快剪试验)的结果;如果施工速度较慢,地基土土层较薄、透水性较大且排水条件良好时,可采用三轴固结排水试验(或直剪仪慢剪试验)的结果;如果介于以上两种情况之间,可采用三轴固结不排水试验(或直剪仪固结快剪)的结果。(见表1)。
4 工程实例
表2的试验数据是四川省阿坝州大渡河西支绰斯甲河干流拟建的上寨水电站2个土料场分别做的三轴剪切试验强度指标和直接剪切试验强度指标汇总。
本次三轴剪切试验和直接剪切试验相同点都是根据DL/T 5355—2006《水电水利工程土工试验规程》的规定,将该样品风干,试样均过5 mm的筛进行击实试验,根据击实试验的结果,最大干密度×0.99进行人工制样,在相同的密度、含水和级配的情况下进行的试验。不同点是该水电站地质条件复杂,最大坝高254 m,正常蓄水位3 100m,总库容10.95亿m3,装机容量425 MW,是大(Ⅰ)型一等工程,对试验的要求非常高,三轴剪切试验要求围压最高压力2 800 kPa,而鉴于直接剪切试验仪器的限制,只能做常规的100、200、300、400 kPa试验,那么从试验结果可以看出,三轴剪切试验饱和固结不排水剪总应力强度指标和直接剪切试验的饱和固结快剪试验黏聚力相差30～40 kPa,内摩擦角相差2°;有效应力强度指标差别不大;三轴剪切试验饱和固结排水剪黏聚力相差10～20 kPa,内摩擦角相差8°～9°。差别很大,其原因主要是直剪试验仪器本身的限制,另外就是试验方法的局限性。通过数据对比,可以说明水电站这种国家级重点建设工程项目适合采用三轴剪切试验,以确保试验提供数据的准确性,满足工程的需要。而直接剪切试验鉴于试验仪器的局限性,所提供的试验数据仅供参考。
5 结语
(1)三轴剪切试验克服了直接剪切试验的缺点而进行的试验。所以三轴剪切试验能更好地模拟土体受力情况,其所提供的数据更为准确可靠,但三轴剪切试验历时周期较长;直接剪切试验由于其设备简单、操作容易和试验历时短,仍被广泛应用。所以对于有经验地区的乙、丙级建筑地基中的黏性土,建议可用部分直接剪切试验替代三轴剪切试验,以缩短试验周期。对于新地区或重要建筑,应采用三轴剪切试验。
(2)由于三轴剪切试验和直接剪切试验各自的3种试验方法,都只能考虑3种特定的固结情况,但实际工程的地基所处的环境比较复杂,而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态,要想在室内完全真实地模拟实际工程条件是困难的;所以,在根据试验资料确定抗剪强度指标的取值时,还应结合工程经验。
参考文献
反复剪切试验探析 篇9
1 土样性质
该土样取自软弱面的泥化夹层, 接近稀泥状, 均为饱和土。具体指标见表1。
2 试验过程
按规范要求进行土样制备, 试样安装, 垂直压力取50 k Pa, 100 k Pa, 150 k Pa, 200 k Pa系列, 以0.02 mm/min速度进行剪切, 当出现峰值以后停止剪切, 启动反向开关, 以0.4 mm/min速率将剪切盒退回原位, 等待0.5 h后进行第二次剪切, 直至最后两次剪切测力计读数接近为止。
3 试验结果
原本设计50 k Pa, 100 k Pa, 150 k Pa, 200 k Pa垂直压力, 由于土样过软, 结果200 k Pa压力下试样全部挤出, 150 k Pa压力下部分挤出, 得到剪切试验成果, 见表2。
k Pa
由于大部分结果出现两个点的情况, 故以下数据分析不进行相关系数的计算。
根据抗剪强度峰值, 得出粘聚力, 内摩擦角以及残余粘聚力, 残余内摩擦角, 见表3。
4 试验总结
本次试验共取试样7组, 均来自野外滑坡体泥化夹层, 试样呈泥糊状, 取样进行含水率, 密度, 液限含水率, 塑限含水率, 比重进行常规分析, 并根据原始数据, 进行了液性指数, 塑性指数, 孔隙比, 饱和度的计算。根据结果可知, 土样均为饱和度大于85%的饱和土;液性指数均大于1, 呈流塑状态, 并据塑性指数可知, 均大于10, 为粉质粘土;天然孔隙比均在0.950~1.050之间。根据经验, 此种饱和粉质粘土剪切试验, 抗剪强度、粘聚力c、内摩擦角φ均特别小, 部分可能会出现接近0值。故采用系列不能用常见的100 k Pa, 200 k Pa, 300 k Pa, 400 k Pa系列, 只能采用剪切仪能达到的最小系列50 k Pa, 100 k Pa, 150 k Pa, 200 k Pa系列。结果还是存在试样挤出, 没有数据的现象。根据抗剪强度峰值数据来看, 7组土样在各垂直压力下数据均无明显差异, 初始峰值与残余峰值的比较结果, 有10次试验初始峰值大于残余峰值, 5次试验初始峰值小于残余峰值, 2次试验初始峰值等于残余峰值。总体看, 残余值应该比初始峰值呈下降趋势, 但不明显。进行粘聚力与内摩擦角的7组试验比对, 可以看出粘聚力有5组出现下降, 2组出现上升。内摩擦角5组上升, 2组下降。而根据反复剪切试验机理, 应该粘聚力与内摩擦角都有下降。分析原因, 可能存在两方面的原因:1) 与剪切仪仪器精密程度有关, 这么小的数值, 已接近仪器最小误差;2) 试样过软, 剪切多次后剪切面已经发生变化, 不能反映一个剪切面进行多次作用力的模拟情况。
5 结语
1) 该滑坡面土样均为饱和粉质粘土, 流塑状, 强度低, 孔隙比大。2) 饱和粉质粘土剪切试验曲线均为平缓, 斜率与截距均接近0。3) 剪切试验垂直压力应采用最小系列, 并采取措施防止土样挤出。4) 饱和粉质粘土剪切试验初始峰值与残余峰值无明显差异, 与理论不相符。5) 受各种原因影响, 反复剪切试验粘聚力与内摩擦角剪切前后差异不大, 部分出现反复剪切后大于天然数值, 与理论不相符。6) 对于此种类型粉质粘土, 采用反复剪切得出的残余粘聚力, 残余内摩擦角数值意义不大。
参考文献
光学系统像差的剪切干涉图样仿真 篇10
关键词： 几何光学； 初级像差； 二级像差； 干涉图样； 仿真
中图分类号： O 435.2文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.1005
引言像差是光学系统中由透镜材料的特性或折射（或反射）表面的几何形状引起实际像与理想像的偏差。像差的存在，影响了光学系统成像的清晰度、相似性和色彩逼近等，降低了成像质量[1]。因此，在涉及到光学元件、光学系统的很多具体工作中都需要对像差进行测量判定，例如：光学系统的计算机辅助装调工作，需要对待调光学系统的像差进行实时检测[2]；光刻技术中，由于对光刻透镜的成像要求很高，也需要对成像透镜的像差进行检测[3]。在像差测量中，除了几何像差的测量之外，对波像差进行测量以评定光学系统成像质量是一种更好的方法[4]。而由于剪切干涉法反映“波像差”信息全面，易于目视估值，使用方便，因此，对各种像差的典型剪切干涉图进行仿真，将对判断被测系统具有哪些像差是有益的。像差典型干涉图的仿真多数是对初级像差进行的[5]，这对于普通光学系统来说，用初级像差描述其成像质量确已足够，但是对于需要接近甚至超过衍射极限的高性能光学系统来说，还必须考虑其高级像差的影响[68]。因此，需充分考虑初级像差和二级像差，给出更为完整的像差典型干涉图样仿真。1波像差函数的一般表达式波像差初级像差和二级像差的函数表达式为[9]：W（x，y）=a10（x2+y2）+a20（x2+y2）2+a30（x2+y2）3+a01x+a11x（x2+y2）+
a21x（x2+y2）2+a02x2+a12x2（x2+y2）+a03x3（1）其中，x和y为入射光线与入射光瞳平面交点的坐标；a10（x2+y2）为轴向离焦、初级场曲、二级场曲的波像差之和；a20（x2+y2）2为初级球差、视场引起轴对称二级球差所产生的波像差之和；a30（x2+y2）3为孔径二级球差所产生的波像差；a01x为垂轴离焦量、初级畸变、二级畸变所产生的波像差之和；a11x（x2+y2）为初级彗差、视场引起二级彗差所产生的波像差之和；a21x（x2+y2）2为孔径引起的二级彗差所产生的波像差；a02x2为初级像散与二级像散所产生的波像差之和；a12x2（x2+y2）为视场引起非轴对称二级球差所产生的波像差；a03x3为视场引起二级子午彗差所产生的波像差。图1横向剪切干涉仪
Fig.1Lateral shearing interferometer2横向剪切干涉条纹横向剪切干涉利用被测波面自身实现干涉，如图1所示平行光横向剪切干涉仪，无需参考波，受环境影响小，因此应用广泛[10]。根据光干涉理论，及横向剪切干涉两干涉波振幅相等的特性，可得横向剪切干涉条纹图光强分布表达式为：光学仪器第35卷
第1期李莉，等：光学系统像差的剪切干涉图样仿真
I（x，y）=2A2（x，y）1+cosΔφ（x，y）（2）其中A为两相干光的振幅，Δφ（x，y）为相位差。而相位差Δφ（x，y）与光程差ΔW（x，y）有一定关系：Δφ（x，y）=2πλ·ΔW（x，y）（3）当剪切量足够小时（例如取为2 mm）有：ΔW=W（x，y）x·S=Pλ（4）其中，W（x，y）为被检波面（如式（1）所列），P表示干涉级次，λ表示光波波长，λ取值为632 nm。根据以上分析，可以通过包含不同像差的波面函数得到对应的横向剪切干涉条纹图。3各种像差的典型剪切干涉图样仿真及分析
3.1球差
3.1.1初级球差或视场引起的轴对称二级球差当系统存在的像差为初级球差或视场引起的轴对称二级球差或两者都有时，a20≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a20（x2+y2）2（5）光程差为：ΔWx=4a20x（x2+y2）S=Px λ
ΔWy=4a20y（x2+y2）S=Py λ （6）取a20=80λ时，得到x方向和y方向的剪切干涉图分别如图2（a）、图2（b）所示。从图2可以看出，x方向和y方向的干涉条纹图是正交的完全相同的图样，说明了此时球差的轴对称性，另外，从光程差表达式也可以得出此时初级球差所对应的干涉条纹是一组与a20有关的三次曲线。当系统同时存在离焦时，则a20≠0且a10≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a20（x2+y2）2+a10（x2+y2）（7）光程差为：ΔWx=4a20x（x2+y2）S+2a10xS=Px λ
ΔWy=4a20y（x2+y2）S+2a10yS=Py λ （8）取a20=80λ且a10=800λ和a10=-800λ时，所对应的x方向剪切干涉图分别如图3（a）、图3（b）所示。
图2a20=80λ时剪切干涉图
Fig.2Shearing interferogram of
a20=80λ图3同时有离焦存在时的x方向剪切干涉图
Fig.3Shearing interferogram in x with
a20=80λ and a10≠0
从图3可以看出，当出现离焦项时，干涉条纹形状发生了较大的变化。
3.1.2孔径二级球差当系统存在的像差为孔径二级球差时，a30≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a30（x2+y2）3（9）光程差为：ΔWx=6a30x（x2+y2）2S=Px λ
ΔWy=6a30y（x2+y2）2S=Py λ（10）取a30=24λ得到x方向和y方向的剪切干涉图分别如图4（a）、图4（b）所示，取a30=80λ得到x方向和y方向的剪切干涉图分别如图4（c）、图4（d）所示。
图4a30≠0时剪切干涉图
Fig.4Shearing interferogram of a30≠0
对比图4和图2可以发现，两种情况下干涉条纹图变化趋势非常相似，但对于孔径二级球差来说，像面边缘处条纹更为细密，尤其是当孔径二级球差增大时，如图4（a）、图4（b）与图4（c）、图4（d）的对比，像面边缘条纹更加密集，可以据此来区分初级球差和孔径二级球差。
3.1.3非轴对称二级像差所引起的球差当系统存在的球差为非轴对称二级像差所引起时，a12≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a12x2（x2+y2）（11）光程差为：ΔWx=2a12（2x3+xy2）S=Px λ
ΔWy=2x2y=Py λ（12）取a12=200λ时，得到的x、y方向的干涉图如图5（a）、图5（b）所示。从图5可以看出，对于x方向的干涉图，其变化趋势与上述两种球差所引起的干涉图样变化趋势相似，但对于非轴对称二级像差所引起的球差，由于其非轴对称性，在x方向和y方向上引起的干涉图样是完全不同的。由此，可将非轴对称二级像差所引起的球差分辨出来。
3.2彗差
3.2.1初级彗差或视场引起的二级彗差当系统存在的像差为初级彗差或视场引起的二级彗差或两者都有时，a11≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a11x（x2+y2）（13）光程差为：ΔWx=a11（3x2+y2）S=Px λ
ΔWy=2a11xyS=Py λ （14）取a11=300λ时，得到的x、y方向的干涉图如图6（a）、图6（b）所示。
图5a12=200λ时剪切干涉图
Fig.5Shearing interferogram of a12=200λ图6a11=300λ时剪切干涉图
Fig.6Shearing interferogram of a11=300λ
从图6可以看出，由于初级彗差或视场引起的二级彗差的非对称性，x、y两个方向上的干涉图样完全不同，并且根据光程差表达式可以得出x方向上的剪切干涉条纹为椭圆形的圆环，y方向上的剪切干涉条纹为双曲线。当系统同时存在离焦时，则a11≠0，a10≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a11x（x2+y2）+a10（x2+y2）（15）光程差为：ΔWx=a11（3x2+y2）S+2a10xS=Px λ
ΔWy=2a11xyS+2a10yS=Py λ （16）当a11=300λ，且a10=300λ时，所对应的x、y两个方向上干涉图分别如图7（a）、图7（b）所示，当取a11=300λ，且a10=-300λ时，所对应的x、y两个方向上干涉图分别如图7（c）、图7（d）所示。从图7可以看出，存在离焦时，对干涉图样的形状无影响，但会使干涉图偏移，表现出不对称性，且当a10相等时，在焦内和焦外表现为图形偏移量相同，偏移方向相反。
图7同时有离焦存在时的剪切干涉图
Fig.7Shearing interferogram of a11=300λ and a10≠0
3.2.2孔径引起的二级彗差当系统存在的像差为孔径引起的二级彗差时，a21≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a21x（x2+y2）2（17）光程差为：ΔWx=a21（5x4+6x2y2+y4）S=Px λ
ΔWy=4a21（xy3+x3y）S=Py λ（18）取a21=100λ时，得到的x、y方向的干涉图如图8（a）、图8（b）所示。对比图8和图6可以看出，x、y方向的干涉图样变化趋势非常相似，但孔径引起的二级彗差所对应的干涉图样在像面边缘条纹更加细密，并且在45°和-45°方向的一定范围内，曲线斜率近似为-1和1，即在这些范围内，曲线近似为直线，由此可以区分孔径引起的二级彗差和初级彗差。
3.2.3视场引起的二级子午彗差当系统存在的像差为视场引起的二级子午彗差时，a03≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a03x3（19）光程差为：ΔWx=3a03x2S=Px λ
ΔWy=0=Py λ（20）取a03=300λ时，得到的x、y方向的干涉图如图9（a）、图9（b）所示。
图8a21=100λ时剪切干涉图
Fig.8Shearing interferogram of a21=100λ图9a03=300λ时的剪切干涉图
Fig.9Shearing interferogram of a03=300λ
从图9中可以看出，x方向上的干涉条纹为垂直于x轴的不等距的直条纹，y方向上视场内无干涉条纹，为一片亮场。
3.3像散当系统存在的像差为初级像散或二级像散或几项之和时，a02≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a02x2（21）光程差为：ΔWx=2a02xS=Px λ
ΔWy=0=Py λ（22）取a02=300λ时，得到的x、y方向的干涉图如图10（a）、图10（b）所示。从图10可以看出，存在像散时x方向上的干涉条纹为垂直于x轴的等距直条纹，y方向上视场内无干涉条纹，为一片亮场。当系统同时存在离焦时，则a02≠0，a10≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a02x2+a10（x2+y2）（23）光程差为：ΔWx=2a02xS+2a10xS=Px λ
ΔWy=2a10yS=Py λ （24）取a02=300λ，且a10=300λ时，所对应的x、y方向的干涉图分别如图11（a）、图11（b）所示。图10a02=300λ时的剪切干涉图
Fig.10Shearing interferogram of
a02=300λ图11同时有离焦项存在时的剪切干涉图
Fig.11Shearing interferogram of
a02=300λ and a10=300λ
从图11可以看出，当同时存在离焦时，x方向上的干涉条纹仍然为垂直于x轴的等距直条纹，y方向上视场内不再为一片亮场，而是出现了垂直于y轴的等距直条纹，但两个方向上的条纹间距不同。
3.4场曲当系统存在的像差为初级场曲或二级场曲的一种或多种时，a10≠0，波像差表达式为：W（x，y）=a10（x2+y2）（25）光程差为：ΔWx=2a10xS=Px λ
ΔWy=2a10yS=Py λ （26）图12a10=300λ时的剪切干涉图
Fig.12Shearing interferogram of a10=300λ取a10=300λ时，得到的x、y方向的干涉图如图12（a）、图12（b）所示。从图12可以看出，x方向上的干涉条纹为垂直于x轴的等距的直条纹，y方向上的干涉条纹为垂直于y轴的等距的直条纹，且两方向上的条纹间距相等。
剪切带与金矿床 篇11
关键词：剪切带,金矿
1 剪切带的特征与分类
剪切带是发育在地壳内部的、由剪切作用产生的一系列高应变岩石及构造碎裂面组成的狭长型板状、席状、面状或曲面状构造带, 其长宽比一般大于5:1, 其规模没有明确的限定。根据不同构造层次、岩石变形特征, 一般将剪切带分为脆性、脆—韧性过渡型和韧性三大类型。
1) 脆性剪切带。脆性剪切带, 又被称为断层或断裂带, 是在地壳浅层次发生的脆性变形的产物, 属浅层次构造, 形成于低温高压的环境, 其特点是具有一个或多个清楚的不连续界面, 两盘位移明显, 变形集中在个别不连续面上, 伴生有各种碎裂岩系列的断层岩, 其两侧岩石几乎未受变形。2) 脆—韧性过渡型剪切带。脆—韧性剪切带发生于地壳上部较宽的深度范围, 是脆性剪切带和韧性剪切带之间的过渡类型, 它有两种表现形式:a.似牵引现象的脆—韧性剪切带, 发育有明显不连续的脆性断层面, 但在两侧一定范围内的岩石发生一定程度的塑性变形;b.雁列脉型式的韧—脆性剪切带, 没有明显的不连续面, 在剪切带内发育有由剪切派生的张应力形成的雁列张裂隙, 反映岩石的脆性破裂。3) 韧性剪切带。韧性剪切带是岩石在塑性状态下发生连续变形的狭窄高剪切应变带, 其形成于地壳深部, 主要是由简单剪切变形所产生的, 应变强度由带的边缘向中心逐渐增大, 且中心部位往往形成糜棱岩系列岩石类型。韧性剪切带常被描述为“断而未破, 错而似连”, 就是因为其内变形状态是连续的, 未见破裂或不连续面。
2 剪切带型金矿的分类
1) 按剪切带类型分类。a.脆性剪切带型金矿。依据金矿化和容矿岩石的构造特征, 该型金矿又可分为蚀变碎裂岩型和含金石英脉型两类。前者存在于碎裂岩中, 常位于基底岩石中或在基底岩石的顶部附近;后者赋存于完全脆性变形的花岗岩体或盖层中。b.脆—韧性剪切带型金矿。该型金矿通常产于低绿片岩相或更浅的变质条件下, 是韧性剪切带演化晚期的脆—韧性裂隙, 由于构造层次变浅、温度和压力下降, 通常呈雁列式P、R或D型裂隙。c.韧性剪切带型金矿。该型金矿主要产于绿片岩相条件, 通常位于基底结晶岩系内, 围岩以糜棱岩类岩石为主, 矿化受控于透镜状弱变形域中。2) 按矿化构造类型分类。a.与近直立脆—韧性剪切带伴生的蚀变晕;b.剪切带或断层带中的薄层状石英脉;c.断层或剪切带附近的脆性石英脉系和围岩蚀变;d.缓倾斜断层或剪切带之内及其附近的角砾岩矿体。以上四种矿化类型可在同一矿山或矿床中组合出现。
3 剪切带成矿系统
成矿系统具有一定的结构, 由矿源、输矿、储矿场及动力源四个基本要素组成。
1) 矿源系统。矿源系统是成矿作用发生的物质基础, 剪切带构造成矿系统的矿源系统涉及范围广泛, 包括了上地幔、下地壳及其衍生的花岗—绿岩带, 早前寒武纪的绿岩多是金的矿源。2) 输矿系统。输矿系统包括搬运介质及其运移通道, 剪切带构造成矿系统的搬运介质主要是剪切带构造热液体, 如从地幔向上运动的初生富C O 2流体、中部的变质水和岩浆水、浅部的大气水。运移通道主要是热液流量大、水/岩比值最高的主剪切带, 即一级构造。3) 储矿系统。剪切带中的主要储矿系统是次级脆性构造, 包括碎裂的糜棱岩和大小不同的裂隙。但储矿系统和输矿通道并没有绝对划分, 它们在一定条件下可相互转化。4) 动力系统。动力系统是使矿质活化、流体运移和矿质沉淀的系统, 主要涉及温度、压力、p H、Eh、浓度、粘度等参数的变化。
4 剪切带对金矿床的控制
1) 剪切带对金矿空间产出的控制。根据其规模, 剪切带可分为一级构造和二级构造。一级构造是流体流量最大且流体/岩石比值最高的带, 但它们大都未发育矿化, 而由其派生的二级构造则恰恰是大型金矿床的赋存场所。出现这种现象的原因可能是在一级与二级构造间存在物理化学梯度, 一级构造贯通了矿源系统和储矿系统, 流体来源深, 高温高压, 构成了相对封闭和还原的空间, 有利于高温流体长期稳定存在, 不利于金的沉淀, 而二级构造物理、化学条件的变化及外来流体的混入, 有利于金的沉淀, 从而成矿。
2) 剪切带对金成矿时间的控制。a.成矿与剪切构造变形同时发生。在各个构造层次中, 剪切带的变形特征也各不相同:早期为深层次韧性剪切变形;中期为脆—韧性剪切变形;晚期为脆性剪切变形。成矿元素从深部到浅部的运移, 最终富集成矿, 整个成矿与构造变形同属一个演化过程。矿质的最终沉淀期与赋矿区的变形几乎是同步的。b.成矿与剪切构造变形不同时发生。构造变形由早期的韧性剪切变形, 叠加后期的脆—韧性、脆性变形, 而成矿作用一般发生在后期阶段, 主要的成矿时间与早期韧性剪切带的糜棱岩形成时间不同步。
3) 金矿床受剪切带的变形强度控制。剪切带型金矿化往往出现在与剪切带相关的构造裂隙中, 剪切带构造的薄弱部位通常就是变形程度最强的部位, 也最易因后期构造活动的影响而形成张裂, 裂隙被成矿流体填充, 成矿物质在此沉淀后会将张裂部位闭合。这种张裂填充过程的反复发生, 对提高矿脉的品位有很大的利好作用。
4) 剪切带变形对成矿富集的控制。初期韧性变形过程会带来一些微观构造的形成, 如常见的微裂隙、晶格位错和晶界滑移等, 成矿物质也在此时开始活化富集, 但这只是初步阶段, 并不足以成矿。随着剪切变形向后期转化, 前期的各种微观构造将被扩大, 成为大的裂隙、碎裂带等, 这就为成矿物质的进一步富集提供了良好的空间。同时含矿热液从矿源层中带来的丰富成矿物质, 在前期富集的基础上进行叠加, 进一步提高了成矿的富集程度。
5 剪切带对金矿的找矿指导意义
1) 剪切带作为一种重要的控矿因素和成矿机制, 在工作过程中能够以此作为找矿的直接指示。现已查明, 世界上有多处金矿床产于剪切带中, 构造与成矿相伴, 是一个统一的作用过程。2) 剪切带地球化学标志和矿物组合是选定靶区、确定矿体赋存部位的重要依据。由于含金剪切带在其不同阶段会表现出不同的地球化学特征, 并形成特有的矿物组合, 因而可以通过多元素地球化学分析和矿物组合研究来确定含金剪切带的发育阶段及其矿化特点。
参考文献
[1]刘晶晶, 张雪亮, 刘庚寅.剪切带型金矿[J].国土资源导刊, 2013.
[2]胡斌, 邓国幸.韧性剪切带的研究现状及金矿成矿理论[J].中国西部科技, 2009.
[3]王义天, 毛景文, 李晓峰, 杨富全.与剪切带相关的金成矿作用[J].地学前缘, 2004.