岩石样品变形时的声发射

研究岩石样品变形过程中的声发射主要包括两个方面的内容:一是研究声发射事件的时空分布;二是研究声发射信号的振幅-频度分布。由于声发射活动性的研究与地震活动性的研究是十分相近的,所以实验室中对岩石样品声发射的研究有可能增进对地震活动性的认识。 本文总结了最近在声发射研究方面的一些结果,讨论了应力水平、加载时间和加载历史对岩石样品声发射活动性的影响,即讨论了在单调加载、静态疲劳加载和重复加载三种情况下的声发射特征。本文强调指出,即使是实验室内,利用声发射活动进行岩石样品的破坏预报方面仍然存在着一些困难。最后提出了解决这些困难的建议。     

利用声发射和波速变化判定岩石损伤状态

对岩石受单轴压缩损伤过程中的声发射和超声波波速进行了同步测量,对比分析了声发射和波速随损伤过程的变化规律。研究表明,岩石损伤过程可分成几个阶段,不同阶段声发射和声波波速变化呈现不同特征;利用超声波波速的相对变化能够稳定可靠地鉴别岩石的"加载强化"与"加载弱化";声发射b值对裂隙的非稳定扩展更加敏感,可以作为岩石失稳预警参数;岩石声发射和波速都对损伤具有记忆性,重复加载下的声发射和超声波波速变化可提供更丰富的岩石损伤状态信息。     

基于岩石变形声发射实验结果讨论岩石失稳的可预测性

根据室内岩石变形声发射实验结果,计算了声发射序列的地震非均匀度GL值,并以此探讨了岩石破裂失稳的可预测性。在双轴压缩、等速率加载条件下,含障碍体断层、挤压雁列断层和Ⅲ型剪切断层等非连续岩石标本在临近滑动失稳前,声发射活动均出现了显著的均匀—非均匀的状态变化,表现为GL值出现持续大于1的异常变化,GL值异常的位置与破裂成核部位相重合,并与断层走向一致;改变统计窗长、窗内分割数及能级统计下限计算声发射序列的GL值,结果表明,GL值计算结果具有一定的稳定性。综合分析认为,地震非均匀度(GL值)可以较好地刻画岩石失稳前夕因破裂成核导致的声发射活动在时间分布上的状态变化,GL值持续异常是岩石失稳的显著性标志,对预测岩石失稳具有较好的指示意义。     

声发射技术在岩石力学研究中的应用

随着地震预报研究的开展,岩石力学与地震预报的联系越来越紧密。声发射技术是岩石力学研究中十分重要的工具之一。本文对声发射技术作了简单的介绍,评述了它在岩石力学研究中的应用,介绍了用声发射技术研究地震序列和破裂机制的一些结果。     

影响岩石声发射的几个因素

以岩石的损伤本构关系为基础，分析声发射与岩石－试验机共同作用系统稳定性的关系，重点从微观上讨论了试验机刚度和岩石均质变的影响，并从岩石破裂失稳角度分析了围压降低所引起的声发射活动性强现象，最后考虑载荷历史的影响，得到了和主震－余震相对应的声发射模式。     

不同应力变化过程岩石的声发射q值

在单轴应力条件下对不同应力变化过程岩石的声发射b值或m值进行了研究。所用的岩石为济南辉长岩和房山大理岩。实验的方式有三种:(1)重复加载实验;(2)递增加载实验;(3)应力增减实验。实验表明,应力减小过程的声发射b值比应力增加过程的声发射b值低。重复加载时声发射率显著下降但声发射b值变比不大,声发射b值对岩石的应力历史的记忆效应也不及声发射率的记忆效应明显。     

SF-1型岩石声发射测试仪

SF-1型岩石声发射测试仪是岩石力学实验研究的一种非常有用的测试仪器。它可以用来监测岩石或岩石样品在外力作用下,发生变化过程中由微破裂所产生的声发射现象。它不仅可以研究微破裂与应力、变形、波速、时间等的变化规律,而且还可以进一步研究微破裂与主破裂(大破裂)的关系。所以它在岩石或岩体的变形破坏实验研究中具有重要的意义。多年来,在进行岩石力学研究中一直缺少适用的声发射仪,从而影响了这方面工作的开展。为了当前     

岩石蠕变过程中声发射活动的实验研究

在常温下、单轴加压下对两种岩石完整样品进行蠕变破坏过程中声发射活动实验.根据实验获得的数据讨论了蠕变三个阶段中声发射活动特征.在瞬态蠕变阶段,随着加载,声发射活动逐渐增强;在稳态蠕变阶段,在较低的声发射活动背景上,可能出现较强的信号,声发射幅值-频度关系的 m 值可能稳定于某一低值,也可能下降;进入加速蠕变阶段,声发射活动水平增强,m 值下降加快,也可能表现为明显回升后再下降,并与岩石样品的性质有关.将蠕变破坏三个阶段中声发射活动与地震孕育过程中某些地震活动图象变化(如 b 值、前震活动)进行了联系,提出地壳岩石蠕变破坏机制形成前震——主震——(余震)型地震序列类型的可能性.      

岩石蠕变过程中声发射活动的实验研究

在常温下、单轴加压下对两种岩石完整样品进行蠕变破坏过程中声发射活动实验.根据实验获得的数据讨论了蠕变三个阶段中声发射活动特征.在瞬态蠕变阶段,随着加载,声发射活动逐渐增强;在稳态蠕变阶段,在较低的声发射活动背景上,可能出现较强的信号,声发射幅值-频度关系的 m 值可能稳定于某一低值,也可能下降;进入加速蠕变阶段,声发射活动水平增强,m 值下降加快,也可能表现为明显回升后再下降,并与岩石样品的性质有关.将蠕变破坏三个阶段中声发射活动与地震孕育过程中某些地震活动图象变化(如 b 值、前震活动)进行了联系,提出地壳岩石蠕变破坏机制形成前震—主震—(余震)型地震序列类型的可能性.     

岩石在不同应力条件下的声发射

本文比较了岩石在不同应力条件下的声发射,发现岩石受引张或张剪应力作用与岩石受压剪应力作用相比,出现声发射时的作用应力与破裂强度的比值不同。在引张或张剪应力作用下,直至作用应力达到破坏应力的百分之九十时,才有声发射出现。在压剪应力作用下,不管采用何种应力途径,只要有应力变化,就有声发射出现。如果认为声发射幅度仅由应力条件和破坏尺度决定,上述不同应力条件下的声发射特点,可能对应着不同类型的地震。引张或张剪应力条件下的大震。可能完全没有微震前兆。     

岩石损伤模量分析

从能量的角度出发定义损伤变量,通过应力-应变曲线卸载段有效应力与总应力之间的假定关系,确定损伤模量的计算方法。在单轴和三轴条件下,对岩石损伤相关参数进行统计研究,重点对损伤模量进行计算和对比分析。结果表明,单轴及低围压下损伤模量基本呈逐渐减小的趋势,而随着围压的增大,损伤模量呈先减小后保持动态稳定的趋势。损伤变量的计算充分考虑到围压的影响,可进一步增进对岩石损伤的认识。     

岩石孔隙结构的地震信号特征

岩石孔隙结构是控制砂岩和碳酸盐岩的地震波速度和渗透率的重要参数之一。如果两种类似的岩石其孔隙度一定,而渗透率不同,那么它们的声波速度相差2km/s,而渗透率两者则可能相差近6个数量级,即从0.01mD到20mO。在本文中我们总结了由一个广义孔隙弹性理论简化的一个双参数弹性速度模型，以描述孔隙结构对弹性波的影响。由于矿物和储层的流体是给定的,我们用孔隙度和骨架的柔性(挠性)因子来确定速度模型,这个模型可以用于地震反演和储层表征,已改善孔隙度和储量的计算骨架柔性因子可用于岩石结构(PST)类型的定量分类,并可以利用叠前、叠后的两种地震资料将其与孔隙的连通性和渗透率联系起来。本项研究同时也有助于说明为什么振幅与偏移距(AVO)分析用于流体检测在某些情况下失败。这是由于孔隙结构对地震波的影响能够掩盖所有流体效应，特别是在碳酸岩中。     

大足石刻北山168窟围岩病害高频瑞雷波成像

大足石刻北山168窟为五百罗汉窟,开凿于1119年至1125年,窟高3.3m,宽3.14m,进深7.1m,是大足石刻中尺寸较大的一个重要洞窟。目前,168窟围岩裂隙风化病害十分严重,面临失稳坍塌的危险。为制定针对性的长久保护措施,需查明168窟围岩病害的现状。通过现场调查、物探、钻探等技术手段,获取了大足石刻北山168窟及邻近区域的工程地质条件。进一步,采用高频瑞雷波探测技术对168窟顶板岩体进行瑞雷波相速度成像,考虑168窟顶板岩体特定的围岩边界条件和场地工程地质条件,对洞窟顶板岩体瑞雷波相速度-深度成像剖面中的低速区分布进行成因分析和解译,揭示石窟顶板岩体风化现状和节理裂隙的发育情况。为分析评价洞窟围岩稳定性和石窟保护工程设计提供基础性地质资料和必要的计算参数,也为相关技术在文物保护工程的应用提供经验和借鉴。      

岩石裂隙电阻率特征研究

岩石的电阻率差是电阻率法的物理前提,利用电阻率法研究断层是比较有效的方法。利用断层破碎带与周围岩石的电阻率差异,跨断层做了大量的实验数据,通过对比和分析,得出了研究破碎带与周围岩石的电性差异,寻找变化规律,研究其变化特征。对今后断层探测具有重要价值,对防震减灾具有重要意义。     

Rock anelasticity by complex modulus apparatus

Summary An attempt has been made to study the mechanical response of rocks to stress waves using the Complex Modulus Apparatus. Natural resonant frequencies and the half-power relative band widths are determined experimentally in the frequency range 50–5000 c/s for a few igneous, metamorphic and sedimentary rock samples. Elastic and anelastic parameters, like the real part of the elastic modulus, loss factor, complex modulus of elasticity and percentage anelasticity, are evaluated and the interrelationships between them shown. Data on four synthetic materials like perspex, ebonite and laminated sheeting are reported besides the results on different rock types.RM-9/73.     

岩石电阻率的实验研究

本文首先概述岩石在室内各种受载条件下电阻率的实验研究工作,这对于认识和理解电阻率变化特征、规律以及探索其机理起着重要的作用。但是在实验中主要采用4个固定电极的测量系统,它只能获得从某个深度到岩样表面的整个深度层的视电阻率变化的综合信息,而无法获得不同深度层的视电阻率变化特征,不利于进一步研究电阻率及其各向异性变化的机理。我们利用电阻率层析成像方法获得了多个方向的电阻率数据,据此可以获得随深度变化的电阻率及其各向异性曲线以及随应力变化的电阻率图像,可能为深入理解和研究电阻率变化机理起到积极的帮助。      

Rock magnetism and the Earth's palaeopoles

Summary On the assumption of a constant earth radius the spherical-trigonometric determination of former pole positions depends on the position of the North Pole of today. On the basis of an expanding earth, the determination of the palaeopoles should not be attempted on the present globe. There should rather be used a pole position on a model globe with a reckoning pole which is situated along the present northern direction of the measuring origin and spaced therefrom by its present pole distance. In that way Palaeozoic pole positions formerly determined in the Mid-Pacific shift to northeastern Siberia.

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Zusammenfassung Bei der sphärisch-trigonometrischen Berechnung früherer Pollagen unter Voraussetzung eines konstanten Erddurchmessers spielt die Lage des heutigen Nordpols eine wichtige Rolle. Bei Voraussetzung einer expandierenden Erde darf jedoch die Bestimmung der Paläopole nicht am heutigen Globus erfolgen. Vielmehr ist an einem Modellglobus ein Berechnungspol zu verwenden, der auf der heutigen Nordrichtung des Meßorts in seiner heutigen Poldistanz von ihm entfernt liegt. Auf diese Weise ergeben sich für das Paläozoikum Pollagen in Nordostsibirien an Stelle von Pollagen mitten im Pazifik.

     

Permeability Evolution and Rock Brittle Failure

This paper reports an experimental study of the evolution of permeability during rock brittle failure and a theoretical analysis of rock critical stress level. It is assumed that the rock is a strain-softening medium whose strength can be described by Weibull’s distribution. Based on the two-dimensional renormalization group theory, it is found that the stress level λ_c (the ratio of the stress at the critical point to the peak stress) depends mainly on the homogeneity index or shape parameter m in the Weibull’s distribution for the rock. Experimental results show that the evolution of permeability is closely related to rock deformation stages: the permeability has a rapid increase with the growth of cracks and their surface areas (i.e., onset of fracture coalescence point), and reaches the maximum at rock failure. Both the experimental and analytical results show that this point of rapid increase in permeability on the permeability-pressure curve corresponds to the critical point on the stress-strain curve; for rock compression, the stress at this point is approximately 80% of the peak strength. Thus, monitoring the evolution of permeability may provide a new means of identifying the critical point of rock brittle fracture.