岩石破裂实验中的遥感观测与遥感岩石力学的开端

在岩石加载直到破裂的过程中,对岩石的红外辐射进行了遥感观测研究.使用的主要仪器有瞬态光谱仪、智能光谱仪、红外辐射温度计、红外光谱辐射计和红外热象仪.对26种岩石进行了实验.研究表明,岩石的红外辐射温度随应力的增加而增加;岩石的红外辐射波谱的幅值也随应力的增加而增加.岩石的红外热象的观测结果与岩石的红外辐射温度相一致.某些岩石样品破裂主断层形成前,在未来主断层的位置显示出条带状温度异常热象.本实验将遥感学中的最新技术引入岩石力学,以期在岩石力学中建立一个新的研究领域遥感岩石力学(或遥感岩石物理学).遥感岩石力学可望在地震预报,岩爆预报和岩体应力场的测量中得到应用.      

微波遥感技术在岩石力学中的应用

在岩石加载直至破裂的过程中，对岩石的微波辐射进行了遥感观测研究．使用的微波辐射计的波长为8 mm，2 cm和10 cm．对13种岩石进行了实验．实验表明，在岩石加载过程中，岩石的微波辐射亮度温度随应力的增加而增加．岩石临破裂前微波辐射亮度温度加速增长．这一现象可以看作岩石破裂的一种新前兆． 过去在岩石破裂的红外遥感观测实验基础上提出的遥感岩石力学(或遥感岩石物理学)的概念，由于本实验的新结果扩充了它的内容，由红外遥感扩充到微波遥感，从而也扩大了遥感岩石力学在地震预报研究和岩爆预报研究中的应用前景．      

水对受力岩石变形破坏宏观力学效应的实验研究

为了了解水对受力岩石的宏观力学效应,在MTS电液伺服材料试验系统上,对不同饱水度的砂岩、花岗闪长岩、灰岩和大理岩进行了单轴压缩试验,取得了这几种岩石的单轴抗压强度和弹性模量随饱水度变化的定量结果.结果表明,水对受力岩石的力学效应与岩石中的含水状态是密切相关的,自然状态的砂岩、花岗闪长岩浸水后,其峰值强度和弹性模量随饱水度的增加而迅速衰减,当饱水度达到某一定值时,这两种岩石的峰值强度和弹性模量基本稳定下来;文中用函数Y=Aexp（-Bx）+C对实验结果进行了最小二乘法拟合.实验中求得水饱和状态和自然状态砂岩的泊松比并没有明显差异,说明在宏观上水对该种岩石受力变形的作用是各向同性的.通过10^-5/s和10^-4/s两种不同应变率试验,发现水对受力岩石的力学效应具有时间依赖性,这一特点说明仅从有效应力原理来考虑水对受力岩石的力学效应是不够的,而应考虑应力腐蚀这样复杂的过程.此外,大理岩的试验结果表明,水对受力的碳酸盐类岩石的作用机理是一个值得进一步探讨的问题,它与水对受力的含SiO₂类岩石相比,可能存在差异.     

高温高压岩石力学—历史,现状,展望

高温高压岩石力学是岩石力学的分支学科，它以固体地球介质（材料）的变形行为和机制为研究对象，与一般变形固体力学相比较，具有高温、高压、强约束、宽时域、大变形、以及固－液相互作用、物理效应－化学效应并存等特点。高温高压岩石力学是在经典连续介质力学的基础上，针对自身的特殊性，运用破裂学、摩擦学和流变学的研究成果，经过相当长时期的酝酿和积累，大致于本世纪七十年代建立并逐步发展起来的。它在岩石破裂、摩质力学     

熔体形态学及其对岩石物理和力学性质的影响

简要回顾了熔体形态学的研究方法,并分别从熔体分数和熔体分布形态两个方面,综合前人在熔体对岩石物理和力学性质的影响领域的主要研究成果,认为在部分熔融初期,熔体分数小,熔体主要分布于孤立的熔体囊内,对岩石的电学性质和力学性质影响不大,但是,对岩石的弹性波波速影响却很明显;随着熔体分数的增大,孤立的熔体囊逐渐连通形成熔体管道网络,岩石的电学性质发生显著变化;当熔体分数增至某一临界数值时,岩石体系结构改变,岩石的力学性质发生突变.     

灰岩微观孔隙的三维定量描述及其对变形的影响

岩石的力学行为是由其微观的岩石物理性质和微观结构所最终决定的.因此在岩石物理学中描述孔隙结构及其几何性质如孔隙大小、形状、弯曲度和连通性有着极其重要的意义.研究孔隙结构的传统方法是光学显微镜和扫描电镜.微米CT (microCT)作为一种新的三维成像技术为研究岩石孔隙结构的复杂性提供了新的视角,这对理解岩石的孔隙结构及其对岩石的物理性质的影响,以及岩石破坏的演化及其与破裂微观力学的关系有极大的帮助.     

煤系岩石物理力学参数与声波速度之间的关系

通过超声-时间动态测试方法系统地分析了煤系沉积岩石纵波和横波速度,计算了煤系岩石动弹性力学参数,同步测试了煤系岩石的静态力学参数,建立了煤系沉积岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间和煤系岩石物理力学参数与其声波速度之间的定性定量关系.研究结果表明,煤系岩石的动弹性模量与岩石的纵波或横波速度具有很好的正相关关系,而与泊松比不具有这种正相关关系.煤系岩石的动弹性模量要大于其静弹性模量,而动泊松比要小于其静泊松比,它们之间呈线性相关关系.煤系岩石密度、单轴抗压和抗拉强度与其纵波或横波速度之间也呈正相关关系,它们分别服从二次函数、指数函数和线性函数分布.     

遥感用于地震预报的理论及实验结果

本文论述了遥感用于地震预报的理论并进行了实验,实验得出岩石辐射特性、辐射温度随岩石应力的变化而变化,辐射亮度变化的量级为10~(-5)(W/cm~2·sr·μm),辐射温度变化为0.2—0.8℃,并且还发现了一些有意义的遥感前兆信息。遥感这一先进的科学技术能够用于地震预报得到了实验的初步证实。     

地震岩石物理研究进展

地震岩石物理(Seismic Rock Physics)是研究岩石物理性质与地震响应之间关系的一门学科,旨在通过研究不同温度压力条件下岩性、孔隙度、孔隙流体等对岩石弹性性质的影响,分析地震波传播规律,建立各岩性参数、物性参数与地震速度、密度等弹性参数之间的关系.本文主要论述了半个多世纪以来,国内外地震岩石物理在岩石、流体基础研究、烃类检测等方面取得的主要进展,并分析目前国内岩石物理的研究现状、存在的问题、最新研究动向及展望.     

地震预测方法Ⅱ:评述

本文分析了各种地震预测方法对地震的预测情况.首先通过岩石力学实验和有限元模拟计算结果分析了含裂纹岩石材料的变形破坏过程;其次,将实验室岩石破坏过程的观测结果和有限元模拟计算结果外推到地壳岩石的变形破坏过程,从地震发生的物理力学机理出发,对多种地震预测方法进行了评述,研究这些地震预测方法的有效性和尚待解决的问题,同时对利用物理化学方法预测地震的前景进行了讨论.     

The remote sensing observation in experiments of rock failure and the beginning of remote sensing rock mechanics

The remote sensing observational study for infrared radiation of rocks was proceeded during the loading on rocks until failure. The major instruments used in experiments were transient spectrum apparatus, intelligent spectrum apparatus, infrared radiation thermometer, infrared spectrum radiometer, and infrared thermal imaging system. The experiments for 26 kinds of rocks were made. The studies show that infrared radiation temperature of rocks increases along with increasing of stress. The amplitude of infrared radiation spectrum of rocks also increases along with increasing of stress. The observational results of infrared thermal imaging of rocks are consistent with infrared radiation temperature. Before formation of major faults for some rocks, the belt-shape thermal imaging of temperature anomaly displaies in position of future major faults. This study has led the new technology of remote sensing into rock mechanics and tend to establish a new field in rock mechanics — remote sensing rock mechanics (or remote sensing rock physics). The application of remote sensing rock mechanics in prediction of earthquake and rock burst, and in measurement of stress field in rock mass is expected. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,14, Supp., 645–652, 1992. Jin-Shen HAO, Ji-Han LI, Xiao-Hong LIU, Yi-Qiao ZHI, Jin-Kai ZHANG, Yong-Hong Lü, Yi LIU, Yun-Shen YU, He ZHANG, Quan-Quan JI, Xiao-Fan ZHU and Ning CHEN took part in this work. This subject is supported by the Chinese Joint Seismological Science Foundation (91006). Work of Institute of Geophysics, SSB (93A0009).     

The application of microwave remote sensing technology in rock mechanics

Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｒｏｃｋ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓＮａｉ－ＧｕａｎｇＧＥＮＧ（耿乃光）；Ｚｈｅｎｇ－ＦａｎｇＦＡＮ（樊正芳）；Ｑｕａｎ－ＱｕａｎＪＩ（籍全权）；Ｃｈｅｎｇ－...     

碳酸盐岩裸露区地震勘探采集方法

复杂构造条件下碳酸盐岩裸露地区油气地震勘探是世界性难题.本文针对中国南方碳酸盐岩裸露区的特点，用岩石力学、岩石物理学理论分析了该条件下进行地震勘探涉及的难题，提出了在地震勘探数据采集方面解决问题的方案、对策与建议.主要包括：1）合理选择激发井深，采用单深井/组合井激发（必须打穿风化层5~7m，药包应尽可能在均匀介质中激发）；2）采用饱和激发；采用泥浆闷井，提高激发的弹性性质与纵波的激发效果；3）在激发上选用炸热高、爆容大、做功力大的炸药；饱和激发满足最大能量准则，最佳药量激发满足最大信噪比准则.地质任务实现要求符合最大信噪比准则；4）采用高覆盖次数、中间放炮；5）应用面向目标的动态观测系统设计技术，小道距施工技术，因地制宜选择炮点；6）采用多种手段提高检波器的耦合效果（贴泥饼、水泥/石膏固结、挖坑埋置等）.文中给出各种实例，并结合实例就几个关键问题进行了探讨.     

开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算方法

卸荷带的判别与计算,直接关系到岩体边坡的长期稳定性及致灾安全性。针对均质岩体边坡,采用弹性理论楔形体力学模型,提出了开挖岩体边坡力学模型,建立了开挖岩体边坡应力的计算方法;从开挖高度、开挖坡度、台阶宽度、岩体粘聚力、内摩擦角及岩体容重等方面,通过敏感性分析,探讨了开挖岩体边坡卸荷带宽度的变化规律,据此采用量纲分析法,建立了开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算公式。     

引潮力作用下饱和地质岩体的力学响应

本文应用孔隙弹性理论,探讨了引潮力作用下饱和地质岩体的力学响应.首先通过引潮力作用下饱和岩体的自由能表达式,得到岩体孔压与应力、应力与应变之间的关系;然后从引潮力作用下饱和岩体的平衡微分方程出发,结合流-固耦合理论,分析了饱水岩体应变与引潮位之间的关系;最后推导出饱和岩体的两大力学物理量--孔压和潮汐应力(平均应力)与引潮位之间的物理关系.模型表明:饱和岩体孔压与引潮位成反比,平均潮汐应力与引潮位成正比;比例系数不仅与岩体骨架的Lame系数有关,而且与Biot模量有关.将模型应用于会理川-18井水位变化分析,估计出水位响应系数D,并以此为基础,求得岩体孔压、潮汐应力与引潮位的相关系数(A和C)及Skempton系数B.最后对比分析了耦合条件下与不考虑耦合时得到的各参数之间的差异,分析表明:对饱和地质岩体而言,应力、孔压对引潮力的响应是流-固耦合作用的产物;研究其力学响应时必须充分考虑耦合效应.模型的建立,为研究引潮力作用下井-承压含水层系统力学、水动力学、与地震有关的断层力学以及引潮力触发机制的定量研究提供了基础.     

地壳岩石的渗透性状及孔隙水对岩石力学性质的影响

本文概述地壳岩石渗透性状和孔隙水对岩石力学性质影响的研究现状及已取得的成果;指出孔隙压的形成及分布,孔隙度、渗透率与孔隙压的关系。孔隙压的有效应力,孔隙压对岩石形变。破裂机制的影响以及从断裂力学观点考察孔隙压的作用等系今后该领域研究的主要课题和发展方向。     

“弹性回跳”前的微破裂活动与变形序列

本以两承压岩体相互作用系统作为“弹性回跳”地震模型，用损伤力学的方法研究了系统失稳即地震前位移速率、声发射等前兆规律与岩石破裂过程的关系，用差分法在计算机上求得了地震发生过程中的变形与地声序列曲线，研究发现在某些情况下出现地声相对平静是由于两岩体介质中某一介质体破裂而另一个介质体弹性恢复所致。     

热红外震兆成因的模拟实验研究

对完整岩石破裂前和既存断层粘滑失稳前的红外辐射温度场进行了遥感观测研究,发现岩石破裂前出未来断层处出现条带状的红外热像,粘滑失稳前断层闭锁点出现升温现象,声发射测量表明,岩石破裂前已有大量微破裂产生,地壳中的既存断层和大震前的微小破裂均可能为震前地壳中的热能转移提供通道,从而导致地面热外震兆的出现。     

岩石压应力传递系数计算及影响机制

钻孔应变观测是地壳岩石应变相对测量的主要方法,对其附加应力场的研究,可以有效分析岩石压应力向探头的传递过程,可对应变仪有关力学参数的设计和观测数据的物理解释提供帮助。考虑到外加应力在岩石、水泥和仪器钢筒等3层介质中传递的实际情况,根据弹性力学中的厚壁圆筒方程,推导轴对称应力作用下岩石压应力的传递系数公式,分析影响机制,并给出有关变化规律曲线和定量指标。     

Mechanical Response of Saturated Geological Rock Mass under Tidal Force

In this paper,the mechanical response of saturated geological rock under tidal force is explored by poroelastic theory.First,we use the free energy formula of saturated rock under a tidal force to study the relationships of pore pressure with stress,and stress with strain.Then we analyze the relationship between rock strain and tidal potential by the equilibrium differential equations of saturated rock under tidal force.Finally,we derive the physical relationship between the two parameters (pore pressure and tidal mean stress) of saturated rock and tidal potential.The relationship shows that:pore pressure is directly proportional with tidal potential,but tidal mean stress of saturated rock is inversely proportional with tidal potential.The ratio coefficient is related not only to the Lame coefficients of rock skeletons,but also to the Biot modulus.By using this model to analyze observational well water level of C-18 well which locates in Huili,Sichuan Province,the well level response coefficient (D) was estimated.This way,we derive the Skempton coefficient (B),the coefficient A and C which refer to the response coefficients of pore pressure and tidal stress to tidal potential respectively.Then we compare the differences among each coefficient in coupling and uncoupling conditions.It shows that for saturated rocks,the response of stress and pore pressure to earth tides is a product of coupling,and it is necessary to take into account the coupling effect when we study the mechanical response.The model will provide the basis not only for the study of mechanics and hydrodynamics of well-confined aquifer systems,and the mechanics of faulting under tidal force,but also for quantitative research of the triggering mechanism of tidal forces.