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。     

基于双衬套理论求解地壳岩石应变传递系数的探讨

分量式钻孔应变观测,是当今国际上地壳岩石应变相对测量的主流方法,由于应变需在岩石、水泥和仪器钢筒等三层介质中传递,故与无孔岩石不同,观测系统存在附加应变场,测得的面应变与剪应变并不等于钻孔围岩的真实应变,分别需要一个传递系数与之关联,所以分析外加应变向探头的传递过程很有必要.根据双衬套理论,首先推导出平面应力作用下岩石面应变与剪应变传递系数(β_m、β_j)的计算公式,分别对其影响机制进行讨论,并给出有关变化规律曲线和定量指标.继续给出三维空间应力作用下面应变传递系数(β_(m3))的计算公式,并讨论了β_(m3)与β_m的关系及适用范围;剪应变因不受垂直向应力的影响,传递系数仍为β_j.通过观测值和求解传递系数,最终可以确定地壳岩石的真实应变量.该项工作对观测数据的物理解释和仪器设计、安装参数的优化也能提供帮助.     

地壳岩石面应变与剪应变在钻孔法测量中的传递系数

正分量式钻孔应变观测是当今国际上地壳岩石应变相对测量的主流方法,由于应变需在岩石、水泥和仪器钢筒等3层介质中传递,故与无孔岩石不同,观测系统存在附加应变场,测得的面应变与剪应变并不等于钻孔围岩的真实应变,分别需要一个传递系数与之关联,所以分析外加应变向探头的传递过程很有必要。根据双衬套理论,推导出平面应力作用下岩石面     

温压条件下岩石破坏前后的力学性质与波速

在温压条件下，对大理岩和砂岩进行了全过程应力应变试验，研究了温压条件对岩石的极限强度，残余强度，剪切破裂角的影响，以及岩石破坏前后的弹性模量与波速的变化。得到了在温压条件下，岩石变形全过程中有关弹性参数和力学性质的变化规律，并进行了简要分析。     

钻孔体应变与面应变观测井孔耦合系数的计算

钻孔应变观测系统（岩石、 膨胀水泥和应变仪钢筒）存在显著的井孔耦合效应,只有确定这一耦合系数,才能得到地壳岩石的真实应变值,从而实现不同测点数据的可比性．本文根据双衬套理论及弹性力学理论,建立了三维空间应力作用下体应变与面应变观测力学模型,并进一步推导各自井孔耦合系数计算式,发现两组系数与井孔的受力状况密切相关,分别与不同力源引起的应变信号相对应．亦即应力比（钻孔轴向应力与平面应力之比）不同,耦合系数也不一样,体应变随应力比的增大而下降,面应变则上升. 本文结果还表明平面应力作用下的耦合系数与外加应力无关,只与观测系统本身有关,故数值保持恒定. 此外,文中对其影响因素也进行了分析,结果表明,体应变和面应变的井孔耦合系数均随岩石弹性模量和泊松系数的增大而增大,且前者的幅度较大,井孔耦合材料水泥对二者影响均很小．      

钻孔体应变与面应变观测参数k的计算

钻孔体应变与面应变观测模型是地壳岩石应变测量资料分析的理论基础,对揭示研究对象的物理本质有所帮助,因为都含有参数k(应变仪钢筒内壁面应变与空孔岩石面应变之比),故k 的解算对模型的正确表述十分关键。考虑到外加应力需在岩石、膨胀水泥和仪器钢筒等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,推导出轴对称应力作用下k的计算式,该式与平面应力作用下基于双衬套理论(潘立宙、欧阳祖熙和陈沅俊等建立)的解算结果完全一致,公式的可靠性由此得到互证。又对k 的影响因素进行了系统研究,给出有关变化规律曲线和定量指标。最后,与Evertson 用2 层介质模型(岩石、钢筒)推导的k 值(0. 9)进行了比较,指出二者之间的明显差异和0. 9 的狭窄适用范围。     

完整岩石在不同尺度上的屈服

对完整岩石力学机制的研究有助于更好地理解与屈服有关的应力-应变关系。屈服准则研究方法包括基于实验数据分析和基于微观力学的研究。屈服数学理论的研究目标是对应力和应变关系的理论描述和对弹塑性界限的识别。本文主要研究完整岩石在不同尺度上的屈服。从Weibull理论可知,岩石强度随尺度增大而减少,这已经通过单轴压缩强度（UCS）的Hoek-Brown方程得到证实。然而,围压能改变岩石强度及屈服。因此,本文利用直径为50mm和96mm的圆柱形砂岩样品在不同围压作用下的压缩实验来研究不同尺度下的岩石屈服,从实验中提取不同尺度下的屈服初始点并描述屈服面,最终给出简单数学形式的屈服准则。     

地壳应变场观测中体应变与面应变转换系数的计算

将钻孔体应变仪与分量式应变仪的观测资料在面应变平台上进行整合,对于解决目前两种应变仪观测数据的评估、分析、处理和地震预报问题有实际意义．根据潘立宙-陈沅俊和Evertson理论及弹性力学知识,分别建立了平面应力作用下体应变和面应变观测的力学模型,推导了观测钻孔、空孔和无孔岩石体应变与面应变转换系数的计算公式,发现它们都可以归结为同一公式描述,差异仅在于k（体应变仪钢筒内壁或无孔岩石面应变与空孔岩石面应变之比）的取值不同．用Evertson理论推导的公式与空孔岩石情形相近,当岩石弹性模量为4times;1010——8times;1010 Pa时,二者都可以看成是对潘-陈公式的一种简化、近似计算;无孔岩石的情况则相当于在岩石弹性模量为1times;1010 Pa时对该式的一种估计. 文中结合实际情况对转换系数的各种影响因素进行了详细分析．      

基于单轴压缩试验的钻孔应变仪岩芯力学性质的研究

采用室内岩石力学试验方法—单轴压缩试验,对江苏省钻孔应变仪岩芯试样进行单轴压缩试验,通过应力-应变曲线特征和变形特性获取了钻孔岩芯的力学参数,定量化地了解和掌握钻孔岩芯性质;在观测资料的基础上计算面应变耦合系数,对比研究试样的单轴抗压强度和弹性模量与面应变耦合系数的关系。结果表明,弹性模量E对面应变耦合系数A有显著的影响,随着岩石弹性模量的增大,面应变耦合系数呈线性增长,二者具有很好的相关性。      

中下地壳温度压力条件下岩石半脆性蠕变的实验研究

本文着重介绍了在中下地壳温度、压力条件下进行的几种岩石半脆性蠕变的实验研究结果。通过对这些岩石的蠕变曲线、蠕变类型、蠕变速度和时间、蠕变应变的关系、稳态蠕变速度-流动应力和蠕变破坏特征的观测、分析,阐述了地壳岩石半脆性蠕变的基本规律,并在温度、围压-流动应力座标系中给出了岩石半脆性蠕变的分区     

地壳岩石剪切失稳的应力与应变准则

本文建立了岩石体膨胀起点与峰值点之间应力与应变关系的解析表达式,分别给出了其剪切失稳应力与应变准则.考虑到地壳岩石缓慢加载作用使其均匀性指标的减小效应,本文也分别给出了简化的适用于脆性破坏预测的应力与应变准则.实例表明该应变准则可用于崩塌与强震等脆性破坏问题的预测分析.     

Burial stress and elastic strain of carbonate rocks

Burial stress on a sediment or sedimentary rock is relevant for predicting compaction or failure caused by changes in, e.g., pore pressure in the subsurface. For this purpose, the stress is conventionally expressed in terms of its effect: “the effective stress” defined as the consequent elastic strain multiplied by the rock frame modulus. We cannot measure the strain directly in the subsurface, but from the data on bulk density and P‐wave velocity, we can estimate the rock frame modulus and Biot's coefficient and then calculate the “effective vertical stress” as the total vertical stress minus the product of pore pressure and Biot's coefficient. We can now calculate the elastic strain by dividing “effective stress” with the rock frame modulus. By this procedure, the degree of elastic deformation at a given time and depth can be directly expressed. This facilitates the discussion of the deformation mechanisms. The principle is illustrated by comparing carbonate sediments and sedimentary rocks from the North Sea Basin and three oceanic settings: a relatively shallow water setting dominated by coarse carbonate packstones and grainstones and two deep water settings dominated by fine‐grained carbonate mudstones and wackestones.     

煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应实验研究

实验研究了原煤、型煤单轴压缩电磁辐射记忆效应特征、记忆内容及变化规律，探讨并分析了煤岩电磁辐射记忆效应机理.结果表明，煤岩变形破坏电磁辐射具有记忆先期最大应力、纵向应变、横向应变和体应变的能力，最直接的记忆内容是先期受到的应力、纵向应变和横向应变；当先期施加的应力水平大于70%～80%时，电磁辐射记忆能力迅速减弱，甚至根本失去记忆能力；煤岩损伤破坏过程的不可逆决定了电磁辐射过程的不可逆，电磁辐射过程的不可逆是煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应的直接原因.煤岩电磁辐射记忆效应理论在地应力测试、巷道围岩不同应力区范围的确定及煤岩动力灾害预测等方面具有广阔的应用前景.     

负坡段加卸载响应比的物理意义及预测效能

根据实验结果，用应变能研究岩石在极值应力后主破裂前（负坡段）加卸载响应比可能出现奇异点或负值的变化特征，并且说明其普遍性．以应变（能）及Ｐ波走时为响应，分别得出加卸载响应比的倒数在岩石破裂孕育过程中的变化形态．结果表明:在逼近主破裂时，加卸载响应比的倒数急剧下降后出现极小值（甚至为负值）．此特征可以看作临近主破裂的标志．      

Physical meaning and prediction efficiency of the load/unload response ratio of rocks in strain-weakening phase before failure

Introduction In studying the instability of a non-linear system, YIN (1987), YIN and YIN (1991), YIN, et al (1994), and Yin, et al (1994, 1995, 2000) have presented a concept of load/unload response ratio (LURR) of the system. When the system is in a stable state, its response process to the load/unload follows the same trajectory on the stress-strain diagram, and the load/unload response ratios are equal. However, when the system departs from a stable state, its response to the load/un…     

Comparison of seismic effects during deep tunnel excavation with different methods

The rapid release of strain energy is an important phenomenon leading to seismic events or rock failures during the excavation of deep rock.Through theoretical analysis of strain energy adjustment during blasting and mechanical excavation,and the interpretation of measured seismicity in the Jin-Ping Ⅱ Hydropower Station in China,this paper describes the characteristics of energy partition and induced seismicity corresponding to different energy release rates.The theoretical analysis indicates that part of the strain energy will be drastically released accompanied by violent crushing and fragmentation of rock under blast load,and this process will result in seismic events in addition to blasting vibration.The intensity of the seismicity induced by transient strain energy release highly depends on the unloading rate of in-situ stress.For mechanical excavation,the strain energy,which is mainly dissipated in the deformation of surrounding rock,releases smoothly,and almost no seismic events are produced in this gradual process.Field test reveals that the seismic energy transformed from the rock strain energy under high stress condition is roughly equal to that coming from explosive energy,and the two kinds of vibrations superimpose together to form the total blasting excavation-induced seismicity.In addition,the most intense seismicity is induced by the cut blasting delay; this delay contributes 50% of the total seismic energy released in a blast event.For mechanical excavation,the seismic energy of induced vibration(mainly the low intensity acoustic emission events or mechanical loading impacts),which accounts only for 1.5‰ of that caused by in-situ stress transient releasing,can be ignored in assessing the dynamic response of surrounding rock.     

岩体构造层次及其力学行为

研究了岩体的构造层次与其力学行为之间的关系。从分析可以看出，岩体的强度与岩体的构造层次之间有紧密的关系。岩体的构造层次越小．在本层次上强度越高。因此岩体的最小工作层次与外力所能达到的水平之间有直接的联系。表现在破坏块体的尺寸上，最小的破坏尺寸与所能达到的强度有直接的关系。在此基础上得到了破坏块体的尺寸与应变率，塑性变形及应力状态之间的关系。     

岩石变形实验中的微破裂与地震的联想

根据室内岩石变形实验中岩石的微破裂和应变能释放等情况，联想到地震发生的几种相似现象：（１）岩体在较低的状态下亦有可能发生地震；（２）小震的发生预示岩体内应变和应变能的释放，但应力却未必释放；（３）主震时就变能大量释放，但仍有相当多的应变能残留在岩体中，这应是老震区发生地震的原因之一。     

粤赣高速公路K3边坡光纤监测与数值模拟对比分析

本文采用基于FLAC^3D软件的数值模拟方法,对粤赣高速公路K3边坡工程锚杆的应力应变状态进行数值模拟,分析了全长粘结式锚杆的荷载传递机理;根据运用基于自发布里渊背向散射原理（BOTDR）的分布式光纤应变传感技术对锚杆的轴向应变进行的监测数据,分析了工程锚杆的变形特征。数值模拟与实测数据的对比分析表明,模拟曲线与监测曲线反映的工程锚杆的变形特征具有较高的一致性,验证了应用FLAC^3D有限差分软件模拟锚杆。框架体系应力应变特征的合理性,以及基于BOTDR的锚杆应变分布监测的可行性。