单轴压力下岩石破裂的初步研究

用几种不同加载方式对岩石样品进行了单轴压力实验。以恒定应变率(约为10^-5)对样品加载时,岩石的破裂过程大致可分成四个阶段:孔隙压缩阶段、弹性变形阶段、体积膨胀阶段和临震阶级。后二个阶段显著的特点是岩石开始表现出非弹性的体积应变并在主破裂前急剧增大,它与微破裂累积总数二者存在着同步的变化。在重复加载时,发现岩石的微破裂过程具有不可逆的性质,这种现象似乎可以用来说明同一地区短期内发生的两次地震的地震序列的不同,指出运用历史地震资料时应注意该地区应力变化的历史情况。     

2005年11月26日江西九江-瑞昌Ms5．7地震序列的破裂过程研究

利用江西南昌遥测台网和临时台网资料,借助于主地震相对定位法,对2005年11月26日江西九江-瑞昌MS5.7地震序列进行了重新定位,分析了该序列的破裂过程。这次地震的余震震中呈线性分布,约沿北西37°,与美国哈佛大学给出的主震震源机制解中的N35°W节面和北西向的洋鸡山-武山-通江岭断裂的走向基本一致,震中位于该断裂的东南端。这次地震破裂扩展过程主要发生在2005年11月30日19时前,其后平稳。主震发生在余震分布区的西北端部,似乎表明本次地震为单侧破裂,破裂向东南方向扩展。震后4小时内震源深度由浅到深变化,之后逐渐稳定在15 km左右。破裂过程大致可分为两个阶段:第1个阶段是从主震到2005年11月26日16时22分0.8秒,破裂尺度为13.8 km,历时约7.54小时,平均破裂速度约为50.8 cm/s;第2个阶段是从2005年11月29日11时35分21.7秒到2005年11月30日19时57分58秒,破裂尺度为17.9 km,历时约32.4小时,平均破裂速度约为15.4 cm/s。整个破裂过程扩展了31.7 km,平均破裂速度约为22 cm/s,前一阶段速度明显高于后一阶段,破裂是减速的。     

中国大陆活动断裂的段破裂地震复发行为

为了考察中国大陆活动断裂带段破裂地震的复发行为,根据多轮回复发的地震资料定量分析了19个断裂段的地震历史．结果表明:这些断裂段的地震原地复发主要表现出:① 良好的准周期行为(约占9/19);② 时间可预报行为(约占12/19)．第1种行为的复发间隔内在不确定性为平均间隔的0.15～0.40,不同轮回事件的震级在平均震级0.5级之内变化．第2种行为的复发间隔内在不确定性大多为平均间隔的0.19～0.40,相继轮回事件的最大震级差可达1.7级．另外,少数情况下第1种行为可与第2种或者滑动可预报行为共存．      

岩石破裂电磁辐射频率与岩石属性参数的关系

为进一步明确岩石破裂电磁辐射频率特征,基于岩石破裂电磁辐射是由岩石破裂时传播裂纹引起原子扰动产生的假说, 通过断裂力学理论中小范围屈服条件下张开位移法计算岩石破裂时的裂纹宽度,由单脉冲电磁辐射频率与裂纹宽度之间的关系,研究电磁辐射频率与岩石属性参数之间的关系,并给出了它们之间的关系表达式;单独讨论了不同属性参数对电磁辐射频率的影响.结果表明,电磁辐射频率随弹性模量增大而增大,随岩样尺寸和强度增大而减小,随泊松比的变化、岩石弹模的不同电磁辐射频率有变化;当弹模较小时,泊松比的影响也较小,而当弹模很大,即岩石刚度很大时,泊松比的增大会导致频率的增大;裂纹初始长度的变化受试件尺寸的影响,进而影响频率,当尺寸较大时,裂纹长度对频率影响较小,当尺寸较小时,频率随裂纹长度增大而增大.通过计算几种常见岩石破裂时电磁辐射频率值发现,岩石破裂时电磁辐射频率达到10⁵ Hz量级,这与现有的实验结果相吻合.     

三维脆性破裂的拉应力判据

用线弹性断裂力学对连续介质中三维裂纹(K_Ⅲ≠0)破裂的拉应力断裂准则提出了补充性假说和相应的计算方法（第一主微分面定点法）。对于给定应力强度因子K_i（i=Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）的裂纹问题,从理论上给出了初始破裂面完整形式的解析表示或数值计算结果。推导结果是,三维拉张破裂的初始破裂面是以破裂点为顶点的广角锥面,跨在原始裂纹面的前缘,它的外缘为螺旋线,锥面的每一条母线都与过该线的第一主微分面重合。大量的这样的初始破裂面叠错密接,互不相交。推算的结果与已有的三锥破裂实验结果基本符合。把补充后的拉应力判据和最大拉应力理论相比较,发现在应力分量只保留奇异项的情况下,这两种判据是等价的;但如果对应力分量作零阶项修正,则两种判据只在三维(K_Ⅲ≠0)问题中等价,在二维(K_Ⅲ=0)问题中不完全等价。     

西藏申扎南发现地震地表破裂

1990年作者在申扎地区进行地震地质调查时,在申扎县城南约15公里的甲岗(山峰名)雪山东麓发现了一条北起果地南西,向南延伸至巴荣沟北侧、走向NNE、长约10公里、宽十几米至数十米的地震地表破裂带。其中,枪嘎下—日阿—扎嘎鄂玛一段(长约5公里)破裂最为发育(破裂规模大,种类齐全)。破裂带沿甲岗雪山东麓的基岩(花岗岩)与松散堆积物(冰碛、冰水积和洪积物)的界线明显,偏向松散堆积物一侧。构造上,破裂沿甲岗东麓右旋走滑正断层发育(图     

含硬包体试样破裂孕育过程中应变场的变化特征

在含硬包体的混凝土试样，双轴加压的破裂孕育过程中，观测自由面的应变场，随着应力增加，高应变区逐步形成，应变梯度增大，主破裂前，有的高应变区应变量与应变梯度均减小，有的则增加，主破裂发生应变及其梯度相对都较低的一个高应变梯度区，应变场区内不同测点，其应变随应力及时间的变化而形态不同，临皮裂前，距破裂带和包体近的测点应图像复杂，有的反向加速增大，有的同向加速增大，有的显著减小；而远处测点，变化迟缓且不     

利用阿拉斯加台阵资料分析2008年汶川大地震的破裂过程

2008年5月12日,四川省汶川县发生M_S8.0地震.我们利用美国阿拉斯加区域台网的部分宽频带地震台构成广义台阵, 应用非平面波台阵技术——迁移叠加方法,获得了这次地震的高频（>0.1 Hz）能量辐射源随时间和空间变化的图像.图像表明,这次地震破裂从震中开始向北东方向扩展约300 km,震源过程至少长达90 s,平均破裂速度为3.4 km/s;整个过程可分为两大阶段,前段持续时间50 s,破裂长度约110 km,破裂传播的平均速度为2.2 km/s,后段持续时间约40 s,长度约190 km,平均破裂速度为4.8 km/s.这意味着地震过程的后期似乎发生了超S波破裂,而且后段很可能为前段动态触发所致.     

竖向与水平向地震动加速度反应谱比特性分析

本文采用全球范围128次地震的3235组三分量强地面运动记录,分析了其加速度竖向分量反应谱与水平分量反应谱的比值(V/H)的总体特征,研究了V/H随震级、震中距、局部场地条件和震源机制的变化关系。研究结果表明:(1)场地越硬,长周期段V/H越大,短周期段则相反;(2)震级越大,长周期段V/H越大,短周期段变化不明显;(3)短周期段V/H随震中距增大而减小;(4)对于大震(M7),长周期段V/H随震中距增大而减小;而对于中强震(M7),比值在近场(R60km)随震中距增加而增大,在远场则随震中距增加而减小;(5)V/H与震源机制也有一定的关系。     

山东东营杜邦1井注水诱发破裂活动分析

2005年12月3日——2006年5月18日,中国地震局对山东东营杜邦1井(直井)进行了6个月的注水诱发地震监测. 对该井1 464～3 034 m, 即纵向跨度1 570 m的4个注水层段（沙三中、 沙三上顶部、沙三上底部、沙二段）11个注水作业过程进行了完整记录. 应用长短项平均和多台比较方法共获得地震事件记录5 090个, 最终获得定位事件274个. 监测期间记录到的事件信号能量都比较小, 没有ML0.5的震动信号. 从注水开始,事件的数量随时间呈现出不同的变化, 在沙三上的中等胶结程度地层中, 震动破裂事件最为频繁. 破裂事件空间位置随时间从注水中心向外围扩展, 在不同的注水层段呈现出不同的方向性: 在低渗透储层段, 破裂事件的展布趋向与最大水平主压应力方向一致; 在中高渗透层段, 震动事件更多地沿主渗流通道展布.      

对1931年新疆富蕴地震断裂带及构造运动特征的初步认识

本文对1931年8月11日富蕴8.0级地震造成的地震断裂带作了较详细的叙述,探讨了发震构造及其新构造运动特征。地震断裂带是在北北西向的可可托海-二台断裂的基础上发展的,南端已超出老断裂范围。全长170公里,总体走向北西342°,断裂面多向北东倾斜,倾角70°左右。从地震断裂的组合形式及山脊、冲沟错动情况,显示出水平运动为主的右旋扭动特征。富蕴8.0级大地震是可可托海-二台断裂新活动的体现,无论在区域受力状况,断裂力学性质和运动方式等方面,都具有强裂的继承性活动特征     

地震孕育过程中应力场的一个力学模型

本文根据求得的无穷远边界上作用的外力主矢量为常量的共线双半无限长裂纹的平面问题的线性解答,分析了应力场的定性特征:张压应力区的边界和裂纹将全平面分成六个区域,其分布主要由外力主矢量的方向所决定。对线性解答及其稳定性问题的讨论,使我们可从理论上分析裂纹的扩展方式,求得较“库仑破裂准则”强的破裂条件(主要依赖于外应力主矢量的方向)並给出了破裂长度的近似表达式。根据地质力学的观点,在地震孕育的整个过程中,可假定外应力沿同一方向持续加强,计算表明弹性变形使得该方向相对于闭锁段发生偏转,从而使整个孕育过程按外应力主矢量所达到的特定方向分为两个阶段:第一阶段,裂纹无扩展,通过以时间为参数的附加应力场的计算,讨论了上述微小偏转所引起的应力场的变化;第二阶段,裂纹扩展,即闭锁段两端发生纯剪切位错,通过该双位错所引起附加应力场的计算分析了该阶段的应力特征,並探讨了地震序列与大震的关系。最后讨论了平面非共线双半无限长直裂纹问题,得到了前述类似的结论。     

1932年昌马7.5级地震形变带及其构造背景的初步分析

昌马1932年12月25日7.5级地震主要是昌马—俄博断裂带西段现今强烈活动的结果。该带的垂直差异运动西段此东段更为明显。第四纪以来,该带的活动通常是以北北西、北西西向两组扭裂面方式表现出来的。地震形变带就沿其展布,北北西向形变带显示顺时针扭动,北西西向形变带为反时针扭动,与发震断裂的两组扭裂面不仅方向吻合,而且扭动方向一致。平面上形成一系列的反“S”状构造,从而认为这种单体非反“S”状,而总体排列为反“S”状的构造是祁只系西翼挽近和现今活动的地质标志之一。根据地震形变带的分析,地震时震区的平均主压应力方向为北30～40°东,与土体应力解除所得平均主压应力方向北33°东相一致。运用地质类比法,认为民乐地区有同昌马地震相似的构造条件和岩性条件,所以有发生中强地震的可能。     

马尼拉俯冲带的地震层析成像研究

基于国际地震中心的P波走时数据和层析成像反演方法,获得了具有较高分辨率的马尼拉俯冲带的深部速度模型.结果表明,（1）高速的南海俯冲板片沿马尼拉俯冲带的俯冲形态随纬度发生变化,在14°N和16°N之间,板片俯冲角度较大,俯冲深度可达400~500 km,在17°N附近,俯冲板片角度和深度较南部变小,而在18°N附近,俯冲板片以近垂直角度俯冲到地幔转换带;（2）17°N和18°N之间俯冲角度的变化意味着南海板片发生了撕裂;（3）在14°N附近,南海板片由300 km以上的近垂直俯冲转为200~300 km深度的近水平展布,与震源分布存在较大的差异,表明南海板片发生了撕裂,并且导致410 km间断面抬升.根据成像结果计算的不同位置南海板片的俯冲长度和时间表明,南海板片俯冲之前的面积为现今面积的两倍,14°N最先开始发生俯冲,并由南向北扩展.     

裂纹间动态相互作用的实验观测与理论分析──以共线剪切裂纹归并为例

本文以共线剪切裂纹的归并为例,研究裂纹系的动态相互作用．实验结果表明：在张破裂的意义上,小间距共线剪切裂纹的内端部实际上是阻碍结构,通过迂回弯曲的张破裂归并．本文提出一种估计张破裂扩展途径的近似方法,利用张应力破裂判据找出了潜在的破裂扩展途径的第一近似,较好地模拟了共线裂纹的破裂途径,和现有的数值模拟方法比较,可以大大缩短机时,简化计算程序,保证精确度．本研究结出了岩石剪切破裂“隧道效应”（即破裂跳过障碍体,而障碍体本身不破坏）的机理,还给出了脆性介质在摩擦、磨损过程中碎屑产生的机理．     

The effect of cracks on the thermal expansion of rocks

Thermal expansion during the first heating cycle at atmospheric pressure was measured in several directions in seven igneous rocks between 25° and 400°C at slow heating rates. The coefficient of thermal expansion measured under these conditions increases more rapidly as temperature is increased than the average thermal expansion coefficient of the constituent minerals. The “extra” expansion is attributed to the formation of cracks by differential expansion of mineral grains. The presence of such cracks in the rocks during the cooling part of the cycle and during any subsequent heating and cooling cycles will result in a substantial decrease in the coefficient of thermal expansion as compared to that measured during the first heating cycles. The effect of cracks initially present in a rock was studied by measuring the full tensor of the coefficient of thermal expansion on two rocks with anisotropic crack distributions. In these two rocks the coefficient of thermal expansion is least in the direction perpendicular to the plane of greatest crack concentration. The implication of our data is that thermal expansion depends greatly on the fracture state of the rock. Both the fractures in the rock and the boundary conditions on the rock are significant for the interpretation of thermal expansion measurements and for their application to other problems.     

Bank‐collapse processes in a valley‐bottom gully,western Iowa

Widening and bank‐slope reduction of a valley‐bottom gully in western Iowa was correlated to increasing subsurface flow over a 36‐year period. To study bank collapse at this gully, we measured rainfall, air temperature, hydraulic head near the banks and bank movement nearly continuously over a 2‐year period. Styles of movement ranged from imperceptible creep to rapid slab collapses preceded by the formation of tension cracks parallel to the gully walls. Bank movement was commonly correlated to rainfall or snowmelt and associated head increases in the banks. If the banks are modelled as a two‐dimensional slab with an adjacent tension crack partly filled with water, measured heads were sufficient to cause bank failures through reduction of frictional support at the base of the slab. During winter months, air temperature variations across 0 °C were correlated with bank movement: during mildly subfreezing periods banks expanded, and most, but usually not all, of this movement was recovered during above‐freezing periods. This motion is attributed to frost heave followed by thawing. Deformation of the banks by heaving and thawing during winter may weaken them and prime them for failure during spring rains and snowmelt, when the frequency of mass‐wasting events is highest. Copyright © 2008 John Wiley and Sons, Ltd.     

裂缝尺度对剪切破裂能的影响

采用大理岩圆柱试样,与轴线约成30角预制不连续裂缝,再用环氧树脂胶接,以实验观测裂缝尺度及其填充物对剪切破裂能的影响.结果表明:当裂缝相对面积从0增加到90%时,破裂能从(6.92.1)103焦耳/米2逐步降到(0.60.5)1O3焦耳/米2;而使用 Knopoff方法和引入滑动弱化模式后的方法,求得的理论应力降几乎不变.它们与实测应力降的比却逐步增大并达到10.同时,分析了地震时和岩石破裂时的应力降差别很大,以及不同方法所得破裂能差别很大的原因,认为断层的蜂窝状接触对上述问题可能有重要影响.      

2014年8月云南鲁甸MS 6.5地震典型地表破裂特征

北京时间2014年8月3日16时30分,云南省鲁甸县发生了M_S 6.5地震,本次地震的发震构造为包谷垴-小河断裂。野外调查发现,王家坡不稳定斜坡上的地表破裂在整个破裂带中比较具有代表性,其地表破裂带整体走向N45°W-N50°W,并且由剪切破裂、张剪切破裂、压剪切破裂、张性破裂以及鼓包等典型地表破裂组成。其中左、右地表破裂边界与发震断层的出露位置一致,由断层错动造成;而部分地表破裂与断层的位置不重合,其成因分为2种,一种是发震断层导致的一些次级地表破裂,另一种是地震引发的滑坡后缘破裂。地表破裂类型和基本组合特征显示出王家坡潜在不稳定斜坡上的地表破裂带具有左旋走滑的性质。     

三轴压缩下软弱面对岩石破裂的影响

将岩石标本分为三组,分别锯至直径的1/3、2/3及完全切断。每组的切口与轴向的交角分别取20°,30°,40°和50°。然后用环氧树脂将切断的标本粘合,将锯开的切口填充,形成人为软弱面。将上述标本及完整岩石标本分别在0.79千巴及3.03千巴的围压、10~(-5)/秒的常应变率下进行实验,发现: (1)在部分切口的标本中,明显由两个紧接的主要破裂过程组成,第一个是软弱面的破裂,第二个是岩石标本中新的破裂。(2)全切口标本中破裂面完全沿软弱面发展;2/3切口标本中,大多数破裂面沿软弱面发展,但在3.03千巴围压下,切口与轴向成20°,50°角的标本中,主要破裂面取与软弱面共轭的方位;1/3切口标本中,破裂面较复杂,但都交汇在切口端点,且取向大都在软弱面共轭方位,但夹角较小。(3)切口对标本破裂强度有明显影响,切口越大,强度越低;切口的角度对全切口标本及2/3切口标本的强度也有明显影响,在30°左右强度最小,而对1/3切口标本的强度没有影响。结合上述结果对地震断裂与软弱面的关系进行了讨论。