岩石失稳破裂前激发极化效应的初步研究

本文介绍了在压应力作用下观测岩石失稳破裂前激发极化效应的实验方法和主要结果。重点研究了沉积砂岩、矿化灰岩和部分橄榄岩的激发极化特征及其变化规律,讨论了岩石的脆柔性质与破裂前兆的关系。实验结果表明:(1)在压应力作用下,岩石的激发极化效应十分明显,规律性强,变化幅度大;(2)随着压应力的增大,极化率出现以下降为主的有规律性的变化,其幅度可达百分之几到百分之几十;(3)普遍记录到了岩石失稳破裂前的极化率前兆特征——加速下降和急剧上升,其变化形态与岩石的脆柔性质有关。最后,本文对岩石激发极化压应力效应的机理及其在地震预报研究中的应用作了初步探讨。     

岩石错动面的凹凸不平及两种突发失稳

岩石具有两种不同机制的突发失稳型式,即低压和高压突发失稳。二者的基本区别在于错动过程的“非匀阻”和“匀阻”。错动面的凹凸不平是造成非匀阻和影响失稳型式的重要因素之一。根据不同的机制和运动方程,建立了各种失稳型式的相应判据,其中反映了环境刚度、接触刚度及非匀阻系数的影响。浅源强震主要是一种高压突发失稳的过程。本文强调,除强度条件外,强震的发生还必须具备环境刚度条件、匀阻条件以及其它的必要条件     

1932年昌马地震破裂错动过程的初步探讨

以1932年12月25日发生在甘肃省境内祁连山西部的昌马地震(Ms=7.5)造成的宏观地表破裂带的调查与分析为基础,结合有关断裂活动的资料与室内模拟实验结果,本文着重探讨昌马地震发震断裂的构造演化及其应力集中部位的破裂错动过程。从宏观的角度提出了多破裂错动起始点的昌马地震断层模式     

三轴压缩条件下岩石突发失稳过程的实验研究

在常温、固体围压介质(铅)三轴压缩的条件下,采用磁带记录的快速数据采集系统,对完整的居庸关花岗岩、迁安石英岩和含不同角度锯切面的居庸关花岗岩试件的突发失稳动态过程进行了实验研究。结果表明,当试件沿内部斜面快速错动而突发失稳时,表现为各点应力和位移的振动、衰减,并趋于新的稳定终止态。根据应力和位移的记录,得到了应力-应变(相对位移)动态合成图。以失稳振动的初动半周期为界,可将整个动态过程划分为摩擦错动阶段和自由振动阶段。实验还表明,突发失稳岩石的动态错距等于或近似于终态错距。实测的动态应力降约为终态应力降的1.6倍。     

岩石的塑性成分对失稳型式的影响

石英岩、花岗岩、花岗闪长岩、辉长岩和玄武岩在室温、固体围压(最大0.7GPa)下所进行的三轴压缩试验表明,岩石的塑性成分含量对突发失稳应力降没有明显影响,但影响岩石的失稳型式。塑性成分条件是突发失稳和强震的必要条件之一,只有当塑性成分不超过某种限度时,才可能发生突发失稳和强震。文中初步地建立了塑性成分条件的定量判据     

岩体失稳过程中的振荡现象及断层的多向错动形迹

对三轴实验中岩石突发式破坏和粘滑失稳的瞬时动态过程的研究表明,应力下降和位移增加都不是单一的,而是一种含有多种频率成分的振荡过程。用扫描电镜对错动面的观察表明,这种振荡导致双向或多向错动形迹的发育。结合天然断层面上常见的双向或多向错动的擦痕、阶步等形迹,以及断层带的异常构造,如反错列等,提出一次断层活动中失稳振荡——地震可能是这些特征的形成原因之一。反之,它们也有可能成为地震的一种标志     

断层错动引起的上覆土体破裂演化规律研究

断层引起的地面永久大变形是工程特别是生命线工程地震破坏的重要原因之一, 而研究断层错动下上覆土体变形和破裂的发展演化规律, 则是预测地面永久变形状态和分析断层危害性的基础． 本文采用有限元方法对垂直断层错动引起的上覆土体破裂演化规律进行了研究, 建立了垂直断层作用下上覆土体模拟的有限元模型, 对断层错动作用下上覆土体的破裂发展过程进行了模拟分析, 并分析了加载速率、 土体特性及断层倾角等参数对上覆土体的破裂演化发展过程的影响． 结果表明: ① 断层倾角越陡, 地表出现破裂时需要增加的垂直位移越大; ② 由于惯性力的影响, 断层加载速率对地表破裂所需施加位移和土层破裂角产生一定的影响; ③ 断层类型对土层地表破裂角与膨胀角、 摩擦角之间的关系有很大影响． 该分析结果可为新建工程的抗震设计和已建工程结构的抗震加固等工作提供依据．     

岩石错动面的非匀阻性与突发失稳

断层错动面的非匀阻效应是决定失稳型式和是否发震的重要因素之一。实验研究表明:凹凸不平的错动面只有当凹凸部在错动中被铲削至相对平直而使阻力相对均匀的情况下才可能突发失稳,并可用非匀阻系数ζ定量地表示错动面凹凸和非匀阻程度。通过比较锯切面与破裂面凹凸程度的差别,以及二者不同的应力降大小,进一步建立了一种实验确定非匀阻系数的新方法,给出了花岗闪长岩、花岗岩和石英岩破裂面的非匀阻系数与相对不平度的关系.从而为外推判断断层发震的可能性提供了依据     

雁列式断层变形与失稳过程的实验研究

利用AE(Acoustic Emission,声发射)定位、能量-时间序列扫描,以及动态应力、位移测量技术,系统观测了不同雁列式断层变形失稳的时间-空间动态过程,以期对这类地震的发生发展与相伴随的各种前兆现象有所认识.     

地震破裂过程的几何学与运动学特征的模拟

本应用形变破裂和激光全息光弹实验，结合断裂力学的观点研究了地震破裂过程的三个方面：１．地震破裂的力学机制；２．地震破裂的应变特征与运动过程；３．地震破裂过程的应力场分布特征。并分析了地震破裂过程的几何学与运动学特征以及探讨了它们与地震发生。前兆和余震迁移的密切关系。此项研究为活动断层分段研究和地震预报提供了实验证据。     

岩石试件刚度及压力机刚度对岩石主破裂前声发射相对平静的影响

本文通过对岩石试件的真三轴压缩实验，分析了岩石试件卸载刚度ＫＦ与压力机系统刚度比值对岩石破裂型式及破裂前声发射相对平静的影响，结果表明：当ＫＦ／ＫＳ＞１时，岩石试件产生突发断裂；当ＫＦ／ＫＳ＜１时，岩石试件产生缓裂，并且ＫＦ／ＫＳ的值越小，相对平静时间赵长；ＫＦ／ＫＳ的值越大，相对平静时间越短，而当ＫＦ／ＫＳ＞３时，声发射相对平静时间为零。     

岩石应力腐蚀的实验研究及其与震源过程的关系

理论研究[1]表明,环境水介质的动态对岩石中裂缝的应力腐蚀过程有很大的影响。但迄今为止,岩石的应力腐蚀实验都是在水介质静止情况下作的。本实验对比研究了蒸馏水静止和流动情况下云南大理岩试件应力腐蚀引起的亚临界裂缝扩展特征。结果表明,裂缝周围水介质的流动会加速裂缝端部的应力腐蚀过程,这对于震源过程及临震前兆的研究可能有重要意义。样品采用紧凑拉伸试件,同时测量了断裂韧性K_(Ic)=(1.41±0.013)kg·mm~((-3)/2),并对人工狭窄锯口与天然初始裂缝的试件进行了对比测量,认为对于云南大理岩的紧凑拉伸试件可以用人工狭窄锯口代替天然初始裂缝。     

微破裂成核过程和应力（场）关系的实验研究

利用实时全息干涉计量摄影装置记录有机玻璃板微破裂过程中应力（场）的变化,他微破坏的丛集过程及其与诮力（场）的关系,宏观裂缝的分叉和延伸规律,在破裂与微破裂的关系。研究结果表明,大破裂发生前微破裂有丛集（成核）现象,微破裂的丛集与局部应力集中有关,大破裂（宏观裂缝）延伸方向是应力场高梯度变化方向,大破裂的发生位置与微破裂的丛集无明显关系。     

地球磁层顶K-H不稳定性与撕裂模的耦合及涡旋撕裂模不稳定性

本文用二维MHD数值模拟研究了地球磁层顶同时存在速度剪切和磁场剪切时Kelvin-Helmholtz不稳定性（K-H）和撕裂模不稳定性（TM）的耦合过程。在雷诺数和磁雷诺数确定时,Alfvèn马赫数值（M_A）对耦合特性起决定性作用。在本文选取的参数条件下,若M_A<0.4,自发TM占主导地位;当0.4≤M_A<1.4时,TM受到K-H明显调制;如果M_A≥1.4,K-H引起的涡旋运动起控制作用,导致一种新的不稳定性产生。该不稳定性称作涡旋撕裂模不稳定性。其饱和后长时间渐近状态由一个大尺度的流体涡旋和同心磁岛组成。在地球磁层顶通量传输事件（FTEs）中它可能起着重要作用。     

地球磁层顶K-H不稳定性与撕裂模的耦合及涡旋撕裂模不稳定性

本文用二维MHD数值模拟研究了地球磁层顶同时存在速度剪切和磁场剪切时Kelvin-Helmholtz不稳定性（K-H）和撕裂模不稳定性（TM）的耦合过程。在雷诺数和磁雷诺数确定时,Alfvèn马赫数值（MA）对耦合特性起决定性作用。在本文选取的参数条件下,若MAAA≥1.4,K-H引起的涡旋运动起控制作用,导致一种新的不稳定性产生。该不稳定性称作涡旋撕裂模不稳定性。其饱和后长时间渐近状态由一个大尺度的流体涡旋和同心磁岛组成。在地球磁层顶通量传输事件（FTEs）中它可能起着重要作用。     

孔隙压变化对岩石错动面滑动行为影响的实验研究

应用摩擦实验装置，在法向压力σ＿ｎ＝１０～１２０ＭＰａ下研究了孔隙压变化速率对岩石错动面滑动行为的影响。当孔隙压增压速率较大时，具粘滑振荡特性的岩石错动面仍将发生粘滑振荡，当孔隙压增压速率较小时，错动面发生稳定滑动，当增压速率介于上述两者之间时，错动面则呈粘滑－稳滑转化。以上结果对地震前兆和地震控制研究有重要意义