地应力 地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力,也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。广义上也指地球体内的应力。它包括由地热、重力、地球自转速度变化及其他因素产生的应力。地质力学认为,地壳内的应力活动是使地壳克服阻力、不断运动发展的原因;地壳各处发生的一切形变,如褶皱、断裂(见节理、断层)等都是地应力作用的结果。
通常,地壳内各点的应力状态不尽相同,并且应力随(地表以下)深度的增加而线性地增加。由于所处的构造部位和地理位置不同,各处的应力增加的梯度也不相同。地壳内各点的应力状态在空间分布的总合,称为地应力场。
与地质构造运动有关的地应力场,称为构造应力场。通常指导致构造运\动的地应力场。有人也将由于构造运动而产生的地应力场简称为构造应力场。在地质力学中,构造应力场是指形成构造体系和构造型式的地应力场,包括构造体系和构造型式所展布的地区,连同它内部在形成这些构造体系和构造型式时的应力分布状况。有多少类型的构造体系,就有多少种类的构造应力场。一定型式的构造体系所代表的应变图像,反映了其构造应力场的特征。通过对构造应力场的分析研究,可以推演构造运\动的方式和方向,把各个大陆及地区运动的方式和方向综合起来,可以推断地壳运\动的方式和方向,进而探索地壳运动的起源。
存在于某一地质时期内的构造应力场称为古构造应力场。现今存在的或正在活动的地应力场称为现今构造应力场。现今构造应力场的研究,既要实地考察挽近地质时期,特别是第四纪以来,岩石、地层发生的构造变形以及地区的升降,也要用适当的仪器装置及其他方法,直接测量现今地应力的活动。进行地应力测量时要根据活动的构造体系、活动的构造带(如地震带)和重大工程建设要求来布置测点,同时配合相应的地质工作。
地应力活动会产生或影响地质构造。剧烈的地应力活动会引起地震。地应力活动还可影响地壳内岩石、矿物的物理性质和化学性质。因此,也可以利用这种物理和化学性质的改变来分析地应力的活动情况。
地应力是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路、军事和其他各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力,是确定工程岩土力学属性,进行围岩稳定性分析,实现岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提。地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料的储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。
有人知道火车是出于那一年吗。?
英国人理查德·特里维西克(1771~1833)经过多年的探索、研究,终于在1804年制造了一台单一汽缸和一个大飞轮的蒸汽机车,牵引5辆车厢,以时速8公里的速度行驶,这是在轨道上行驶的最早的机车。
火车(Train)人类历史上最重要的机械交通工具,早期称为蒸汽机车,也叫列车。有独立的轨道行驶。铁路列车按载荷物,可分为运货的货车和载客的客车;亦有两者一起的客货车。
最早使用燃煤蒸汽动力的燃煤蒸汽机车有一个很大的缺点,就是必须在铁路沿线设置加煤、水的设施,还要在运营中耗用大量时间为机车添加煤和水。这些都很不经济。在19世纪末,许多科学家转向研究电力和燃煤蒸汽机车。
世界上第一列真正在轨上行驶的蒸汽火车是由康瓦耳的工程师查理‧特里维西克所设计的。 它的火车有四个轮胎,1840年2月22日试车,空车时,时速20公里,载重时,每小时8公里(相当于人快步行走的速度)。 不幸,火车的重量压垮了铁轨。
电力机车1879年,德国西门子电气公司研制了第一台电力机车,重约954公斤,只在一次柏林贸易展览会上做了一次表演。1903年10月27日,西门子与通用电气公司研制的第一台实用电力机车投入使用。其时速达到200公里。
燃油机车1894年,德国研制成功了第一台汽油内燃机车。并将它应用于铁路运输,开创了内燃机车的新纪元。但这种机车烧汽油,耗费太高,不易推广。
1924年,德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车,并在世界上得到广泛使用。
1941年,瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车,以柴油为燃料。且结构简单、震动小、运行性能好,因而,在工业国家普遍采用。
20世纪60年代以来,各国都大力发展高速列车,例如法国巴黎至里昂的高速列车,时速到达260公里;日本东京至大阪的高速列车时这也达到200公里以上。
人们对这样的高速列车仍不满足。法国、日本等国率先开发了磁悬浮列车。我国也正在上海修建世界第一条商用磁悬浮列车线。这种列车悬浮于轨道之上,时速可达400-500公里。
【火车与铁路】
火车和铁路在今天是一对分不开的“兄弟”。
火车头,即蒸汽机车是英国发明家斯蒂芬逊于1825年发明的。有了火车头,才有火车。可是你知道吗,说起铁路的发明,比火车还要早半个多世纪哩!
早在16世纪中叶,英国的钢铁工业兴起,到处都搞采矿。可是,当时矿山的运输还很落后。铁矿石全靠马拉、人背,劳动效率很低。有个公司的老板,为了多运铁矿石,想了一个法子:从山上向坡下平放两股圆木,让中间的距离相同,一根接一根地摆到山下。当装满矿石的斗车,顺着两股圆木下滑的时候,山上的人大声喊叫着:“注意,车下来啦。”山下的人也大声回答道:“车到啦,好!”这就是初期的木头轨道。
木头轨道制作简单,由上向下运送重物也很省力,一时受到欢迎。不过,如果在平地上使用木头轨道效果不大,省力不多。而且,这种木头轨道不耐用,磨损大。
到了1767年,有人试着拿生铁来做轨道,以取代木头轨道。人们便称呼为铁路了。铁轨比木头轨道的体积小许多,它直接放在地面上,斗车的轮子也是铁制的,推起来当当直响,运煤、送货也省劲。但是,斗车内装的东西不能过重。有一回,一辆车子装货多了,把铁轨压到了地面里,结果车翻货出,差点压伤了人。
怎么办?看来,必须解决地面的承受力问题,同时还要考虑铁轨的长度问题。就是在解决这些问题的过程中,逐渐产生了后来的铁路。
火车很重,有人说如果把这个重量分散到枕木上,再由枕木分散到“道床”上,道床所受的力再均匀地分散到路基上,这个力量就变得小了许多。经过这样的传递过程,接触面积逐渐增大,单位面积的压力就相应降低,路基就不会被压坏了。
这个设计的思路是很科学的,可以说,今天的铁路仍然是根据这个道理建成的。可是具体地说,道床应该用什么材料?造成什么样子?枕木多大最好?一系列问题需要解决。19世纪初,英国铁路公司征求新的轨道设计方案,并设置数万英镑重奖。一时间,英国、法国、比利时的应征者,蜂拥而来。图纸、模型堆积似小山。经过专家们评选,形成最优方案;把铁轨钉在枕本上,枕木铺在用小石子堆成的道床上。这样一来,道床上的小石子可以调整铁轨顶面的高低不平,防止枕木移动,利于排水,保护路基。
1830年,这一年有两项重要的发明:斯蒂芬逊新设计成功的蒸汽机车和火车行走的铁路——首次结合成功了。事实说明:从英国伦敦到爱丁堡的旅行时间,由原来的10~12天,缩短到只需要2天多(50小时)。人类可以创造比马跑得更快的旅行速度!
火车头牵引的车厢越多,载重越大。原来制作的生铁轨承受力量不足。有人轧制熟铁轨来代替。这种新铁轨比较旧的好,它不发脆,在重压下不致断裂。因此,铁轨的制作又有新的改进,虽然形状未改,可强度大为提高。
火车行驶的路很长,铁轨不可能无限长。一般是12~25米。最早的铁轨是一根紧接一根,没有一点空隙。谁知夏天酷热,铁轨受热膨胀,把笔直的铁路“顶”得弯成个凸肚子,火车怎么行驶?冬天寒冷,铁轨又收缩,发生断裂了。这样的事故教育了铁路建筑者,他们想:如果在铁轨的接头之间留点“缝隙”,还怕它热胀冷缩吗!
旧的矛盾解决了,又出现新的矛盾:铁轨的缝隙接头越多,火车运行中的震动越多,发出的噪声也越大。而且铁轨的裂损有60%是产生在接头处。人们开动脑子设法改进缝隙,于是无缝钢轨诞生了。
铁路,不知道花去了多少人的心血,集中了多少人的智慧,总结了多少次经验和教训,才成为今天这个样子,千万不要小看它。