含不同随机缺陷数目岩样的破坏过程、前兆及全部变形特征

利用拉格朗日元法模拟了平面应变单轴压缩条件下具有初始随机材料缺陷的岩石试样的破坏过程、前兆和宏观力学响应.利用若干FISH函数于岩样内部规定初始缺陷并计算全部变形特征.比密实岩石弱的缺陷在破坏之后经历理想塑性行为.密实岩石在破坏之后先是经历线性应变软化行为,然后是理想塑性行为.随着缺陷数目的增加,剪切带间距缩小;岩样的强度下降.在应变软化阶段,最大不平衡力的明显的突增是由于被剪切带切割的试样块体发生了沿剪切带方向的运动.试样内部的缺陷数目越少,应变软化阶段最大不平衡力的峰值越高.无论从单元破坏角度,还是从侧向应变-轴向应变曲线、体积应变-轴向应变曲线、计算得到的泊松比-轴向应变曲线角度,都得到了相同的结论（即,缺陷越多,破坏前兆越明显）.采用两条倾斜的扫描线对岩样最终的破坏形态进行了扫描,发现当扫描线间距等于半个至1个单元长度时,初始随机缺陷位置与岩样最终破坏形态具有很好的相关性.     

孔隙压力对含随机缺陷岩石破坏过程及全部变形特征的影响

对于平面应变压缩条件下含有随机缺陷的岩样,利用FLAC研究了孔隙压力对岩样破坏过程、全部变形特征及前兆的影响。以前编写的若干FISH函数,被用于生成缺陷和计算轴向、侧向、体积应变及侧向应变与轴向应变比值的负值（计算得到的泊松比）。在峰值应力之后,密实岩石单元服从线性应变软化行为及随后的理想塑性行为,而材料缺陷呈现理想塑性行为。当孔隙压力较高时,应力-侧向应变曲线具有一平台;破坏的前兆更明显;变形后岩样的体积总是大于原始体积;在初始加栽阶段、均匀变形阶段及峰后变形阶段,由于明显的侧向膨胀,计算得到的泊松比远大于0．5。当孔隙压力较低时,在峰值应力之前,变形后岩样的体积小于原始体积,体积扩容出现于峰值应力之后,引起了负的体积应变。利用广义虎克定律,解释了平面应变弹性状态下数值结果的合理性。对岩样进行带状区域扫描后,确认随机缺陷的初始分布与岩样的最终破坏形态紧密相关。     

静动应力作用下大连饱和黏土的剪切特性研究

针对人工制备的大连饱和黏土,在静应力与循环应力联合作用下进行了多组循环剪切试验,着重探讨了初始静力大小及加载速率对循环剪切变形特性的影响.试验表明静应力与循环应力作用下饱和黏土具有循环蠕变特性,总应变由初始静应变和循环蠕变两部分组成,其中循环蠕变主要受循环应力幅值、初始静应力大小及其加载速率的影响,循环蠕变的逐次增加量...     

内蒙赤峰南部楼子店韧性剪切带应变与剪切作用类型

赤峰南部楼子店韧性剪切带北东-南西向, 低-中角度倾向南东. 韧性剪切带主要为花岗质糜棱岩, 向上依次逐渐变为绿泥石化糜棱岩带、微角砾岩带、脆性断层面及断层泥带, 这些带具有相似的面理产状, 但相关线状构造产状及运动学标志存在明显差异. 基于长石碎斑进行的Fry法有限应变测量得出, 初糜棱岩对数付林参数、罗德参数和应变强度系数分别为1.25~3.30, -0.535~-0.112和0.41~0.75, 付林图解及霍赛克图解上处于视收缩应变区; 糜棱岩对应的参数分别为0.99~1.43, -0.176~-0.004和0.63~0.82, 付林图解及霍赛克图解上处于靠近平面应变的视收缩应变区. 极莫尔圆法、双曲线法、斜交面理法三种方法求得初糜棱岩和糜棱岩的运动学涡度在0.67~0.95之间, 变形为单剪为主的一般剪切变形. 有限应变和运动学涡度综合分析表明在韧性变形的初始阶段, 变形为加长剪切, 产生了L构造岩; 随着剪切带的抬升和应变的积累, 变形逐渐变为加长-减薄剪切, 形成L-S构造岩. 这些剪切作用类型只能形成a(平行剪切)线理/ab(平行剪切)面理的应变相, 递进变形过程中线理不会发生90°转向.     

考虑刚度劣化的剪切带-围岩系统稳定性分析

峰后的刚度劣化现象（渐进损伤）在多种煤、岩石、混凝土、土和砂子的循环加载实验中已被观察到。本文考虑了剪切带及带外弹性体的不同的刚度劣化现象,推导了剪切带（断层）-弹性围岩系统在直剪条件下的应力-变形曲线。剪切带的刚度劣化不改变剪切带的总变形,但使剪切带的弹性变形增加、塑性变形降低。考虑弹性体的刚度劣化现象之后,系统的峰后应力-变形曲线呈现非线性特征,这不同于过去忽略刚度劣化现象的结果。在应变软化过程中,剪切带之外弹性体的刚度劣化,使系统的峰后响应由负斜率（Ⅰ类行为）变为正斜率（Ⅱ类变形行为）。较高的弹性体尺寸、较高的脆性、较小的内部长度、较低的围岩初始弹性模量、较高的抗剪强度、较低的残余剪切应力及较高的残余剪切弹性模量,使系统的峰后响应变得陡峭,甚至发生Ⅱ类行为,使系统的失稳（岩爆、冲击地压、采矿诱发地震或矿震）易于发生。     

循环剪切吸水条件下饱和砂土的应力应变规律

在实际土工抗震边值问题中,饱和砂土在许多情况下并非处于完全不排水条件,可能由于土性等因素的不同而出现各异的排渗条件。排水条件对土体的动力应力应变响应有较大影响,本文基于新开发的孔隙水注入控制系统,进行了循环剪切条件下饱和砂土吸水试验,研究了剪切吸水对土体动力特性的影响规律。通过试验发现:剪切吸水条件下砂土的抗液化强度较不排水条件下降低,同样的循环剪切条件下轴向应变发展更大;试样的抗液化强度降低和轴向应变增加程度随剪切吸水率的增大而增加。基于对饱和砂土体变规律的已有研究,本文初步解释了剪切吸水条件下饱和砂土应力应变特性规律的物理实质。     

额尔古纳断裂特征、形成时代及构造属性

额尔古纳断裂是沿额尔古纳河东岸分布的由花岗质糜棱岩所组成的大型韧性剪切带.本文报道了韧性剪切带几何学、运动学特征以及花岗质糜棱岩中黑云母40Ar/39Ar定年结果,以便揭示断裂特征、形成时代、构造属性及大地构造背景.大型韧性剪切带呈NE向展布,具有上盘向NW倾向滑动特征.糜棱岩中糜棱面理和矿物拉伸线理十分发育,属于S-L构造岩.求得对数付林参数在1.18~2.35之间,显示糜棱岩的应变类型为接近平面应变的拉长应变.用极摩尔圆法和石英斜交面理法测得的运动学涡度值分别为0.42~0.92和0.48~0.94,表明剪切带是简单剪切和纯剪切共同作用的一般剪切带.应变和运动学涡度综合分析显示剪切带为伸展作用下的加长-减薄型剪切带.矿物的变形行为指示了额尔古纳糜棱岩经历了中深地壳高温剪切阶段、高温环境下应力撤消后静态恢复重结晶阶段和低温隆升冷却阶段.花岗质糜棱岩中黑云母40Ar/39Ar坪年龄分别是(106.16±0.79)和(111.55±0.67)Ma,是额尔古纳韧性剪切带低温隆升冷却阶段的产物,明显年轻于外贝加尔-蒙古东北部地区变质核杂岩隆升冷却时代.基于实测地质剖面、显微构造、有限应变测量、运动学涡度分析、年代学研究以及区域对比,认为额尔古纳断裂的构造属性属于早白垩世NNE向展布的大型低角度伸展型韧性剪切带.额尔古纳断裂与俄罗斯外贝加尔-蒙古东北部-中国大兴安岭西坡的早白垩世变质核杂岩、火山断陷盆地和超大型-大型火山-热液矿床具有相同的大地构造背景,它们是中-俄-蒙3国交界地区板块碰撞后加厚的地壳在早白垩世发生伸展减薄和重力坍塌背景下的产物.     

昆仑山地震(M_w7.8)破裂行为、变形局部化特征及其构造内涵讨论

地震地表破裂是地壳弹性应变转化为永久性构造变形的表现形式.2001年昆仑山地震在东昆仑断裂带库赛湖段产生的地表破裂带整体长426km,由西部剪切走滑破裂段、中部张剪切破裂段和东部剪切走滑破裂段等3个相对独立的地表破裂段组成,即昆仑山地震由震级为Mw=6.8,Mw=6.2和Mw≤7.8的3次地震破裂事件组成,其中东段Mw≤7.8级地震为昆仑山地震主震,由4次更次级地震事件组成.野外测量表明,不同段落上单条地表破裂宽度一般介于数米至15m,最大不超过30m;组合地表破裂带的宽度主要取决于几何结构,特别是次级地表破裂带斜列区的宽度,具有变形局部化的基本特征.结合东昆仑断裂带第四纪地质速率与GPS监测应变速率一致性,2001年昆仑山地震地表破裂局部化特征说明,青藏高原北部巴颜喀拉与祁连-柴达木两大块体间的构造变形主要表现为东昆仑断裂带宽度有限的剪切走滑错动,东昆仑山断裂带南北两侧块体具有整体运动特征.地震破裂局部化特征对确定重大工程、居民住宅和生命线工程等免遭走滑断层同震地表错动引起直接破坏的避让带宽度具有十分重要现实意义.     

基岩区断层黏滑与蠕滑的地质标志 和岩石力学实验证据

文中总结了基岩断层带黏滑与蠕滑的地质标志与岩石力学实验证据,分析了控制黏滑与蠕滑的物理机制。断层带内的矿物组成、矿物变形机制、流体作用和断层带变形方式等是控制黏滑与蠕滑的主要因素。富含黏土矿物的断层泥具有速度强化型摩擦滑动,控制着断层蠕滑,而以方解石、石英、长石及辉石等造岩矿物为主的断层泥在大陆浅源地震的震源深度条件下具备黏滑条件。脆性破裂伴随的扩容过程是断层黏滑的必要条件,而压实、碎裂和塑性剪切变形形成的叶理和小褶皱对应于蠕滑。在流体作用下,压溶使孔隙和微裂隙愈合,有利于断层强度的恢复和断层闭锁,既是断层发生不稳定滑动的根源,也是断层带局部存在高压流体的条件,而在流体作用下的退变质反应与水解反应生成黏土矿物和层状及环状硅酸盐矿物,不仅降低了断层带的强度,还导致断层向蠕滑转变。断层带内均匀分布多个剪切面和较宽的变形带对应于蠕滑,局部化的R剪切及Y剪切、窄变形带和摩擦镜面对应于黏滑。     

郯-庐断裂带南段深层次的塑性变形特征及区域应变场

本文研究了郯-庐断裂带南段深层次所表露的塑性构造现象,着重测量和分析了大量的变形砾石,从而确立属韧性平移断裂,具有恒体积的平面应变与不均一的简单剪切位移场特征,产生强烈的压缩与拉伸,并伴随有同变形期的动热变质带。同时还初步确定了四个垂深不同层次的平移剪切模式     

A Review of the Calculation Formula for the Four-component Borehole Strainmeter and Application to Earthquake Cases

Based on the principle formula for the four-component strainmeters, we can directly obtain the specific plane strain, shear strain and azimuthal angle of the principal strain, and the maximum and minimum principal strains calculated afterwards are the indirect result. The problems of practicality of the sensitivity coefficients A and B of plane strain and shear strain are then discussed. Based on this idea, we analyzed the observation data of several four-component borehole strainmeters near the epicenter of the Yiliang M_S5.7 earthquake in 2012 and the Ludian M_S6.5 earthquake in 2014 in the Zhaotong area, Yunnan Province. The results show that the analysis based on the perspective of plane strain and shear strain has an obviously better effect than that based on the component readings, and can directly peel off the respective abnormality of the plane strain and shear strain. In addition, the correlation coefficient curves between measured data of two plane strains show significant anomalies which often occur several days before and during the earthquake.     

四分量钻孔应变仪计算式梳理及震例应用

从四分量钻孔应变仪基本原理式的分析出发,可知首先得到的物理量是岩石面应变和切应变及主应变的方位角,然后得到的最大、最小主应变是间接结果,建议多使用面应变和切应变的表示方法。由此说明当下需要重视灵敏系数A、B的实用化研究。据此思路,以云南省昭通地区2012年彝良M 5.7地震和2014年鲁甸M 6.5地震为例,对2次震中附近几台四分量钻孔应变仪记录的观测数据进行计算,初步分析表明,基于面应变和切应变的视角进行分析,其效果多优于以元件为单位的分析,可直接得到面应变和切应变异常及特征;2个面应变测量数据间的相关系数曲线,有时会在震前数天和震时出现异常变化,此新线索值得关注。     

不同强度岩石中开挖圆形巷道的局部化过程模拟

利用FLAC模拟了不同粘聚力条件下圆形巷道的局部化过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的F ISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。文中模拟分为3步：首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的F ISH函数开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态或者塑性流动状态。模拟结果表明,随着粘聚力的降低,巷道围岩的破坏模式首先由孔壁附近零星单元的破坏向4个对称的小V形坑式剪切破坏转变,然后由包含若干小V形坑的大V形坑式剪切破坏向巷道全断面的破坏转变。前三者破坏发生后,巷道围岩仍然能保持稳定。与最大塑性拉伸应变相比,最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变要高得多;最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变相差不大;随着粘聚力的增加,三者均越来越小。     

地表潮汐线应变组合观测的信息提取方法

根据应变花理论,给出了由任意三方向潮汐线应变组合观测确定平面应变状态及提取潮汐面应变、体应变、平面剪切应变信息的方法和公式;特别是,根据潮汐应变理论和实际潮汐线应变的观测事实,利用两潮汐线应变差组合的特征,对地表潮汐剪切应变进行模拟,提出了由地表任意两独立方向潮汐线应变的组合观测确定地表潮汐平面应变状态及提取潮汐面应变、体应变信息的方法和公式,根据波叠加原理,提出了描述组合信息的统一公式,并导出了与之对应的各组合信息的大地系数和附加相位表达式;最后,简要讨论了各组合信息的前兆性物理实质,并得出潮汐线应变差组合观测对地震前兆信息的响应特征完全等价于地表平面内的潮汐剪切应变观测对地震前兆信息的响应特征。     

地质体材料剪切带内部的常剪切应变点及速度分布分析

对于峰后线性应变软化的地质体材料,剪切带内部的总剪切应变等于弹性剪切应变（由经典弹性理论描述）及由微结构效应而引起的局部塑性剪切应变（由非局部理论或梯度塑性理论描述）之和。若剪切应力-塑性剪切应变曲线的斜率的绝对值（称之为软化模董）小于剪切弹性模量的两倍,则在剪切带的任一剖面内存在两个总剪切应变不依赖于剪切应力的点,称之为常剪切应变点。在这两个点上,弹性剪切应变的降低和局部塑性剪切应变的增加处于平衡状态,总剪切速度达到它的最大值或最小值。在两个常剪切应变点之间,局部总速度随剪切应力率的降低而增加。剪切带内部的局部总速度分布是非线性的,这与通常采用的剪切带内部速度的线性分布假定（忽略微结构效应）不同。     

小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析

地下工程施工引起的土体扰动区可分为剧烈扰动区、扰动区、微扰动区和未扰动区。为全面反映土体在扰动下的应力路径和力学响应,必须考虑全应变范围的土体特性,尤其是小应变范围内的力学响应,因此对小应变硬化土本构模型关键参数(初始剪切模量和剪应变阀值)的确定方法进行介绍。开展上海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究,给出确定上海软土小应变硬化土模型(HSSmall)参数的方法,建议采用原位测试的方法确定土体的初始弹性模量。基于土单元数值模拟进行初始弹性模量和剪应变阀值的参数敏感性分析。随着初始弹性模量的增大,初始压缩曲线与卸载-再压缩曲线的斜率均增大。由于对应的回弹模量不变,初始弹性模量与回弹模量的差值增大,应变与偏应力试验曲线的回滞环宽度也随之增大。随着剪应变阀值的增大,初始压缩曲线和再压缩曲线的近似直线段增长,在同样剪应力情况下,土体的应变值减小,土体保持初始弹性模量刚度的区间增大。     

十字带侧板型抗剪连接件受剪性能试验研究

提出一种十字带侧板型抗剪连接件,以混凝土强度、抗剪连接件长度、抗剪连接件数量为参数设计四个试件,并进行往复加载试验,研究其破坏形态、剪力-位移曲线、骨架曲线、初始刚度、抗剪承载力和应变等指标。结果表明:四个试件的破坏形态基本一致,均由抗剪连接件与混凝土梁连接处率先产生裂缝,并向上端和下端发展,在混凝土出现压溃后达到极限状态;剪力-滑移曲线走势基本相同,均包括初始弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。另外,提高混凝土强度可增大试件初始刚度达16.44%,并能有效降低位移及应变;增大抗剪连接件长度仅提高试件初始刚度的4.25%,且对位移和应变的影响也较小;提高抗剪连接件数量可使初始刚度增大47.82%,抗剪连接件始终处于弹性,且有效减小位移和混凝土损伤,以及提高试件承载能力,满足弯剪分离式组合连接节点预期1mm最大位移的要求。     

Polar Mohr diagram method and its application in calculating the shear displacements of general shear zones with volume loss--With the Sangshuyuanzi ductile shear zone as an example

The main problem,in determining the shear displacement of a general shear zone with volume change using the available formula,is that it is hard to know the initial angle between the planes (or lines) in the plane of shear.A planar deformation analysis of this kind of ductile shear zone is carried out with the polar Mohr diagram.If the volume change is induced by homogeneous contraction in the Z direction of the shear zone,there are sufficient conditions for constructing a polar Mohr diagram regardless of sequence of the simple shear and volume change.Therefore,the angle between a line and the shear direction before and after the deformation can be measured.Making use of these lines the shear strain and the volume change can be calculated and the shear displacement can be determined.