应力途径和破裂前兆

本文研究了在不同的应力途径下岩石破坏的条件和破裂的前兆.选定了三种应力途径进行研究:在一定应力状态下增加最大主应力σ₁, 保持σ₂, σ₃不变, 使岩石破坏（A 型）;减小最小主应力使岩石破坏（B 型）;增加最小主应力岩石不破坏（C 型）.通过实验得到了济南辉长岩和昌平花岗岩 A 型途径和 B 型途径破裂强度的比较.对三种途径岩石的体应变、声发射和波速V_p, 进行了对比研究.A 型途径的破裂前兆表现与许多作者的结果相符合.B 型途径岩石断裂前处于"过密"状态, 与此相联系的声发射增加和波速V_p下降出现得很晚.C 型途径岩石处于超膨胀状态, 出现了声发射增加和波速V_p下降而岩石并未破坏的现象.      

应力途径对砂岩力学性质的影响

<正> 姚孝新等研究了应力途径对岩石脆性-延性变化的影响。实验中采用了两种加载方式。A型:在一定的围压下增加轴压使岩石破坏（即常规的三轴实验）;B型:在一定的围压下增加轴压到岩石破坏前的某一应力状态,然后停止加轴压转而减小围压使岩石破坏。实验表明,在同样的应力状态下,一种岩石在B型实验中表现得比在A型实验中脆。     

应力途径的研究

本文回顾了五年来应力途径研究工作的进展。实验表明几种岩石的强度、延性和脆性、体积变化和破坏前兆等与应力途径有关。三个主应力的变化(最大主应力的增加,最小主应力的减小和中等主应力的增加或减小)都能引起岩石的破坏,而破坏前兆的表明却有很大差别。这对了解岩石的性质和研究地震成因及前兆规律性有一定的意义。     

不同应力途径下辉长岩的微破裂特征

本文对济南辉长岩经历不同应力途径后岩石晶粒内的微破裂特征的观测进行了研究.实验中岩石样品首先承受较高的围压(使应力差达到岩石强度的80%),然后分别按 A,B,C 三种途径进行实验.三种途径已在另一文中作了叙述(见地震学报第2卷第3期237页).实验结束后,将岩石样品切开,制成标准薄片及光片.通过显微镜的观测发现,三种应力途径所引起的微破裂性质明显不同.在 B 型实验中,长石晶粒内的微裂纹表现得短小,其长度多数不超过长石晶粒短轴的长度.整个岩石样品内微裂纹的分布密集于较小的范围内.在 C型实验中,倾斜裂纹数量增多,长石晶粒中的裂纹比 A 和 B 实验更长和更多,出现一种星状的微裂纹.观测到的辉长岩的微观现象可能说明与岩石标本过密、超膨胀现象有关.      

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。     

应力途径对岩石脆性-延性变化的影响

用两种加载方式对岩石的破裂进行了实验研究。一种方式是在一定的围压下增加轴压使岩石破裂（A型）;另一种方式是在一定围压下增加轴压直到破裂前某一应力状态,然后停止加轴压转而减小围压使岩石破裂（B型）。所用的岩石样品为济南辉长岩和山东掖县白大理岩。着重研究应力途径对岩石脆性-延性变化的影响。辉长岩在1.5千巴以下两种应力途径下的破裂都表现为脆性,但是对于同样的应力状态,B型实验比A型实验显得更脆。随着围压增加到200-250巴之间,大理岩由脆性转变为延性。围压250巴以上,大理岩的A型实验发生延性破裂。样品承受载荷的能力是逐渐丧失的。破裂过程中声发射率极低,听不到破裂声响。最后在样品中形成了剪切断面,但破裂很慢。然而,在大理岩的B型实验中,围压在250巴以上发生了脆性破裂,其表现为轴向应力突然下降,伴随着脆性破裂的声响并有声发射率剧增的前兆。看来,B型应力途径对岩石起了一个脆化的作用。     

循环加载高压流变实验中塑性应变分析

在三轴应力下的流变实验中，通过循环加载方法测出轴向应变，轴向塑性应变和弹性模量随差应力的变化，再根据多孔介质有效弹模理论，计算出岩石变形中孔隙度的变化，在假定岩石骨架不可压缩下，得到体积膨胀应变，然后通过总塑性应变与扩容机制和位错机制应变的关系，分解出位错应变，结果表明：在低围压下（＜100MPa），扩容应变占优势，并伴随着部分位错应变，在高围压下（＞100MPa），位错应变占优势，只有较小的扩容应变。     

不同应力途径三轴压缩下岩石的声发射

在不同加载方式的三轴实验中,观测了济南辉长岩和北京昌平花岗岩的声发射(围压达1.3千巴).当最大主应力增加使岩样破坏时(A型),平均声发射率逐渐增加,离破裂强度约几百巴时声发射急剧增多.而当岩石处于一定的高应力状态,通过减小围压使岩样破坏时(B型),声发射的急剧增加仅出现在离破裂差应力20-30巴的情况下,而且这种破裂过程声发射总数只有 A 型的1/3左右.在 B 型加载情况下,从应力场的球张量部分(流体静压力)来看,是一个卸载过程,而从偏张量部分来看,是一个加载过程.这种卸载过程的存在很可能是造成声发射不同特征的主要原因.      

应力途径与岩石的摩擦滑动

用双剪法对济南辉长岩和点苍山大理岩进行了摩擦滑动实验.实验中的应力变化方式有两种.A 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定值,然后保持正应力不变,并增加剪应力使断层发生粘滑;B 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定的值,保持正应力不变,并增加剪应力到断层发生粘滑前的某一应力状态,再保持剪应力不变,减小正应力直到粘滑发生.实验表明,B 型实验中岩石的摩擦强度高于 A 型实验.A 型实验中粘滑发生前有声发射率增加的前兆,B 型实验中粘滑发生前看不到声发射率的明显增加.由实验得到一个启示,即闭锁断层的开锁可能采取两种形式:一种是冲开闭锁,即以剪应力的增加使断层发生错动;另一种是解开闭锁,即以正应力的减小使断层发生错动.断层的粘滑采取哪种形式,由断层带的应力变化途径决定.      

在不同应变速率下三种岩石的b值变化

本文研究了物理性不同的三种岩石在不同应变速率影响下声发射 b 值随应力增加而变化的特征。结果表明:应变速率在(10~(-4)～10~(-8))范围内三种岩石的声发射 b 值都随应力增加而减小。它们的高 b 值区随应变速率下降向应力增加方向偏移。同时,三种岩石的 b 值随应力的变化对不同应变速率的反应程度是不一样的,说明无论是应力状态或是岩石的物理性质都能影响岩石 b 值的变化,但,也都不是决定岩石声发射 b 值的唯一因素。     

VOLUMETRIC CHANGES IN ROCK SUBJECTED TO DIFFERENT STRESS PATHS

The volumetric changes in Jinan gabbro and Changping granite subject ed to three different stress paths have been studied. In all cases the rockwas first loaded to a pre-determined stress state below that which would be conducive to fracture. This was then followed by three different cases of loading. Case A: The maximum principal stress was continuously increased to induce fracture. Case B: The minimum principal stress was decreased to induce fracture. Case C. The minimum principal stress was increased to prevent fracture. The experiments showed that for the same rock dilatant behaviour was different along different stress paths. When compared with the dilatant behaviour during case A experiments(i.e. the conventional triaxial experiments) the rocks were found to be in a superdense state for a case B stress path and in an ultra-dilatant state for a case C stress path.     

不同性质岩块构成的样品破裂前的波速变化

用超声脉冲法研究了不同性质岩块构成的样品破裂前的波速变化。样品为长方形大理岩板,中心镶嵌大理岩、辉长岩、花岗岩,砂岩圆块。实验表明,样品破裂时裂纹穿过低强度镶嵌岩块而绕过高强度镶嵌岩块。在第一种场合样品破裂前,镶嵌岩块內波速变化显著,在第二种场合样品破裂前镶嵌岩块內波速变化不大。穿过两种岩石界面的波速测量表明,波速下降的起始点提前到样品破坏应力的60%左右。样品破裂前波速总的变化趋势是下降,但不是单调下降而呈现起伏。这说明介质不均匀性会对岩石破裂前的波速变化规律产生不可忽视的影响。      

最小主应力减小引起岩石破坏时中间主应力的影响

过去曾用常规的三轴试验机研究过减小围压引起的岩石破坏。这种实验的局限性在于中等主应力和最小主应力始终保持相等。本实验使用茂木的真三轴试验机研究了单独减小最小主应力引起的岩石破坏。发现岩石的强度、变形、延性和脆性等力学性质与常规实验有明显的差异。证实了茂木在增大最大主应力引起岩石破坏的一系列实验中阐明的中等主应力效应,在减小最小主应力引起岩石破坏的实验中仍然存在。     

中等主应力变化引起的岩石破坏与地震

用真三轴试验机对福田花岗岩和山口大理岩进行了实验研究.表明,如果从一定的应力状态开始,保持最大主应力和最小主应力不变,单独改变中等主应力可以引起岩石的破坏.在这种情况下破坏前声发射率急剧增长的前兆比由最大主应力增加引起岩石破坏时的声发射前兆出现晚得多.联系这一现象对中等主应力变化引起地震的可能性进行了探讨.      

应力减小引起地震

最近完成的岩石力学实验表明,在三轴应力状态下最大主应力的增加、中等主应力的变化(增加或减小)和最小主应力的减小都能导致岩石的破坏。由此启示,地震的发生既可能由地壳中的最大主应力的增加引起,又可能由中等主应力或最小主应力的减小引起。讨论了地壳中可能引起应力减小的作用,并从地震活动的规律性探讨了应力减小引起地震的可能性。指出在地震研究的各个领域中,不仅应考虑应力增加和能量积累过程中发生的地震,还应考虑在应力减小和能量减小过程中引起的地震。      

含水岩石摩擦滑动特征的初步研究

我们对含水岩石进行了双剪摩擦滑动实验。所用样品为济南辉长岩、周口店石灰岩,小浪底砂岩和点苍山大理岩。本实验得到的主要结果表明,水的存在增大了岩石的摩擦强度,减小了粘滑时的应力降和错距,促进了位移强化效应。这说明水对岩石摩擦的影响是一个复杂的问题。还应深入地研究。