真三轴压缩岩样破裂过程中S波尾波波列振幅和卓越频率的变化

我们利用固体传压真三轴压机,50×50×200mm~3大理岩试件,600KC S波探头,分别观测了在等应力压缩和差应力压缩时S波尾波波列振幅和卓越频率衰减系数K和α的变化特征。结果表明:在等应力(σ_1=σ_2=σ_3)压缩时,随着压力的增加,波列振幅和卓越频率衰减系数K、α逐步增大。在差应力(σ_1>σ_2>σ_3)压缩至断裂时,σ_3和σ_2方向的K、α变化各异。当σ_1低于破裂应力σ_(1p)的20%时,两个方向的K、α都随着压力增加。当σ_1大于20%σ_(1p)而继续增加至50%时,K、α大体都保持平稳值,而当σ_1超过60%σ_(1p)时,σ_2方向的K逐步变大,α逐步减小。而σ_3方向的K、α则逐步减小。当出现前兆应力降后,σ_3方向的K、α都回升,接着主破裂来临。破裂后,σ_2方向的K、α增大,而σ_3方向的K、α则减小。同时,波列图清楚地表明,S波最大振幅的变化对K有着重要的影响。     

脉冲超声波穿过单轴压缩岩样的动态传播特性

本文叙述脉冲超声穿过单轴压缩岩样时的瞬态波形变化特征。1.大约从破裂应力的80％起,脉冲超声波形的衰减系数K开始下降,并于主破裂前有一显著低值;2.脉冲超声第一波峰的幅值Ap_1从破坏应力的70％,走时t_(p1)从破坏应力的80％开始,随载荷应力σ的增加幅值减小,走时增加;3.最大振幅与其持续时间的对数比α和波形衰减系数K显示同步变化。据此认为,上述变化特征是单轴压缩岩样对脉冲超声的综合影响。     

滇西地区九种岩石的P波Q值

本文叙述了以波传播和谱振幅比法测得的滇西地区九种岩石在不同应力状态下(σ_1=σ_2=σ_3=σ)的衰减系数,P波速度及Q值。在σ≤90 MPa时,随压力增加,衰减系数减小,P波速度及Q值增大;在σ≥120 MPa以后,衰减系数、P波速度及Q值变化甚小。其中团山砂岩及砖窑村片麻岩Q值较低。     

在真三轴压缩条件下片麻岩破裂孕育过程中弹性波的特征变化

片麻岩在真三轴压缩至主破裂的孕育过程中，沿σ３方向（与主破裂面斜交）的弹性波有显著的特征变化；Ｐ波、Ｓ波的初至波走时变化呈现略高～平稳～高值～（回降）的形式，走时比呈现平稳～低值～回升的变化特征。振幅呈现低值～平稳高值～下降～（低值）变化形态，振幅比呈现相对稳定～甚高值～回降变化形态。波列振幅衰减系数呈现稳定值～低值～回升变化形态。微裂隙的开闭和Ｐ，Ｓ波的非同步变化及相对变化量的不同是上述特征变化的主要原因     

岩石错动面上阶梯形凸起的破裂过程与失稳型式研究

本文介绍了三轴压缩下花岗岩试件内阶梯形错动面凸起部位破裂过程和失稳型式的实验。结果显示,当差应力量值(σ_1—σ_3)达到0.15—0.17(σ_1—σ_3)。(试件发生首次粘滑时的峰值应力)时,在阶梯形凸起的底部发生宏观破裂,其应力—位移关系呈线性变化,且破裂随应力量值的增加而继续扩展。在(σ_1-σ_3)≥0.3(σ_1-σ_3)c时,发生破裂贯通,凸起被剪断。断裂面上次级凹凸体发育。当(σ_1-σ_3)(?)(σ_1-σ_3)c时,原阶梯形错动面被铲平,其后沿该面发生了伴随大应力降和强烈振动的突发性失稳。上述结果表明,在断层滑动过程中,断层面上的凹凸体破裂直至被铲平的过程仅能导致微震、前震和声发射等事件的发生,而主震则系由平直断裂的粘滑引起的。     

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。     

围压条件下岩石的抗拉强度

用水压致裂法对7种岩石的厚壁圆筒试件进行不同围压下的抗拉强度实验,并从试件致裂瞬间的内壁环向应力σt,环向应变εt等五种参数随围压变化的角度,对围压条件下岩石的抗拉强度进行研究。结果表明,若用σt表示岩石的应力抗拉强度,则σt随围压的增加而减少,并由低围压时的拉应力逐渐过渡为高围压时的压应力。高围压时,虽然试件已处于三向受压状态,但其破裂仍表现为典型的张性破裂。从另一意义上讲,处于高围压环境中的岩石,其内部不可能存在拉应力,拉应力只在低围压状态中存在。若岩石的应变抗拉强度由εt表示,即使岩石三向受压,张性破裂的εt始终是拉应变,岩石的抗拉强度由应变来表征似乎更合理。εt先随围压的增大而增大,当围压超过某一特征值后,εt反随围压的增大而有所减少。 将上述结果应用于岩体(或地震)破裂,可以证明,当岩体内存在σ_3<μ(σ_1+σ_2)的应力状态时,即使三向受压,岩体照样会出现张性破裂。由此认为,地震的震源也存在着张性破裂的可能。     

含水团山砂岩破裂孕育过程中的Q值变化及声发射

本文采用滇西地震预报实验场基地团山砂岩浸泡一个月后进行真三轴压缩试验。结果发现:最小主应力轴方向和中间主应力轴方向Q值都有异常峰值,且变化不同。它们分别在破裂应力的40％—70％和50％—70％之间。而异常峰值后,又都在一段正常值,破后又都上升。从谱振幅随压力的变化看出,异常峰值的出现是由于高频成份的增加大于低频成份。峰值后的正常值出现是由于低频成份的增加及高频成份减小所致。而破后Q的上升则是由于低频振幅减小更多所致。声发射率也有峰值—相对平静——第二峰值—缓裂特征。     

中国台网测定面波震级的初步研究

根据北京等5个地震台763和SK仪器记录的20±2秒面波和(A/T)_(max)的观测资料,比较分析了5种校准函数(σ、σ_(763)、σ_(300)、σ_N和σ_1—σ_2—σ_3)计算的M_s值相对M_(sz)(NEIS)的均方差μ和平均相对偏离D。结果表明:在20°—160°间,σ和σ_(763)较好;在10°—30°间,对于20秒面波,σ_N和σ_(763)较好;在160°—179°间,σ_(300)较好。     

三轴应力下花岗岩声发射P波Q值的变化

50×50×100mm3盈江花岗岩样品在σ3=30MPa、σ2=60MPa时增加σ1直至破裂,用波传播和谱振幅比法测定破裂孕育过程中σ3方向和σ2方向声发射P波Q值。结果表明:1.在σ1<0.07σ1P(最大破裂压强)时,σ3、σ2方向都保持高值,在0.2σ1P≤σ1≤0.551P期间,两个方向的Q值呈现出比较平稳的状态,其平均值Q3大约10至20,σ2方向Q2大约20至30。在σ1>0.55σ1P后,σ3方向Q3值起伏增长较大,而σ2方向Q2值仅在σ1>0.7σ1P后,才起伏增长,幅度不如σ3方向大。2.随压力的增加,在σ3、σ2两方向,低频成分明显加大。3.当σ1>0.951P后,出现一种记录畸变现象,对同一源点声发射,从沿同一方向两道记录上看出,早到波形振幅小,而晚到波形其振幅反而大     

单轴压缩下干燥和饱水岩石中超声P波的衰减

根据脉冲传播和频谱比方法的基本原理建立了一套超声波衰减和波速测量系统。研究了单轴压缩下超声P波在干燥和饱水的小浪底砂岩和房山大理岩中的衰减和速度。常压下,水饱和样品的Q_P值低于干燥样品。初始加载时,在大多数情况下,Q_p值明显增加即衰减减小;当应力水平达破裂强度50-60％后,岩石开始膨胀,Q_p减小即衰减增加;临近破裂Q_p减至最小。Q_p的变化量达一个数量级。单轴压缩下,在干燥和饱水的砂岩、大理岩中,V_p分别增加为27％和28％,44％和11％。径向Q_p和V_p随单轴压力的变化比轴向小得多,呈现明显各向异性。在本实验条件下,波在裂纹表面的摩擦耗散是主要的衰减机制,水的作用主要是潮湿和润滑裂纹表面,促进滑动,增加衰减。     

Borehole Breakouts in Berea Sandstone Reveal a New Fracture Mechanism

— Vertical drilling experiments in high-porosity (22% and 25%) Berea sandstone subjected to critical true triaxial far-field stresses, in which σ _H (maximum horizontal stress) >σ _v (vertical stress) >σ _h (least horizontal stress), revealed a new and non-dilatant failure mechanism that results in thin and very long tabular borehole breakouts that have the appearance of fractures, and which counterintuitively develop orthogonally to σ _H . These breakouts are fundamentally different from those induced in crystalline rocks, as well as limestones and medium-porosity Berea sandstone. Breakouts in these rocks are typically dog-eared in shape, a result of dilatant multi-cracking tangential to the hole and subparallel to the maximum far-field horizontal stress σ _H , followed by progressive buckling and shearing of detached rock flakes created by the cracks. In the high-porosity sandstone a narrow layer of grains compacted normal to σ _H is observed just ahead of the breakout tip. This layer is nearly identical to “compaction bands” observed in the field. It is suggested that when a critical tangential stress concentration is reached along the σ _h spring line at the borehole wall, grain bonding breaks down and a compaction band is formed normal to σ _H . Debonded loose grains are expelled into the borehole, assisted by the circulating drilling fluid. As the breakout tip advances, the stress concentration ahead of it persists or may even increase, extending the compaction band, which in turn leads to breakout lengthening.     

True Triaxial Stresses and the Brittle Fracture of Rock

This paper reviews the efforts made in the last 100 years to characterize the effect of the intermediate principal stress σ ₂ on brittle fracture of rocks, and on their strength criteria. The most common theories of failure in geomechanics, such as those of Coulomb, and Mohr, disregard σ ₂ and are typically based on triaxial testing of cylindrical rock samples subjected to equal minimum and intermediate principal stresses (σ ₃=σ ₂). However, as early as 1915 Böker conducted conventional triaxial extension tests (σ ₁=σ ₂) on the same Carrara marble tested earlier in conventional triaxial compression by von Kármán that showed a different strength behavior. Efforts to incorporate the effect of σ ₂ on rock strength continued in the second half of the last century through the work of Nadai, Drucker and Prager, Murrell, Handin, Wiebols and Cook, and others. In 1971 Mogi designed a high-capacity true triaxial testing machine, and was the first to obtain complete true triaxial strength criteria for several rocks based on experimental data. Following his pioneering work, several other laboratories developed equipment and conducted true triaxial tests revealing the extent of σ ₂ effect on rock strength (e.g., Takahashi and Koide, Michelis, Smart, Wawersik). Testing equipment emulating Mogi's but considerably more compact was developed at the University of Wisconsin and used for true triaxial testing of some very strong crystalline rocks. Test results revealed three distinct compressive failure mechanisms, depending on loading mode and rock type: shear faulting resulting from extensile microcrack localization, multiple splitting along the σ ₁ axis, and nondilatant shear failure. The true triaxial strength criterion for the KTB amphibolite derived from such tests was used in conjunction with logged breakout dimensions to estimate the maximum horizontal in situ stress in the KTB ultra deep scientific hole.     

西昌昔格达组黏土岩动力特性试验研究

在大量动三轴试验的基础上,研究了不同固结条件(σ3c=100,200,400 kPa,kc=1.0,1.5,2.0)下西昌昔格达组黏土岩的动应力-动应变关系、动弹性模量、阻尼比及动强度特性。研究结果表明:西昌昔格达组黏土岩在一定条件下的动应力-动应变关系符合幂函数模型。动应力随着固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大。在相同围压下,达到相同动应变时,偏压固结状态比均压状态所需要的动应力大。当其他条件相同时,动弹性模量随固结压力或固结主压力比增大而增大,随着动应变的增加而减小并趋于稳定。最大动弹性模量Ed0与σ3c/Pa、kc均有良好的幂函数关系,且对不同固结应力状态条件可以归一。阻尼比随动应变增大而增大,但增大幅度随动应变增大而迅速减小,阻尼比随围压或固结主压力比增大而减小,但它们对阻尼比影响较小。不同固结应力状态下(λ/λmax)与(1-Ed/Ed0)有良好的幂函数关系。西昌昔格达组饱和黏土岩动剪应力τd随固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大,随振动次数增加而减小。τd/σm均随固结围压σ3c增大而减小,随固结压力比kc增大而增大。动剪应力τd与平均压力σm、固结主压力比kc有较好的线性关系。     

红柳峡跨断层水准规律性变化分析

红柳峡跨断层水准多次出现由张性背景转为大幅压缩的规律性变化,基于青藏高原地区5级以上地震高频时空分布特征,与祁连山断裂带异常跨断层场地同步性进行对比,结果显示:①红柳峡跨断层水准与祁连山断裂带上其他跨断层异常场地变化时间一致性较好;②在红柳峡水准出现压性变化的1年内,青藏高原5级以上地震高频活动多发,且红柳峡水准出现压缩变化时段内,在青藏高原内部多形成NE向5级以上地震条带,表明应力多沿NE向集中。研究结果表明,印度洋板块在北向推挤增强过程中,引发青藏高原内部及周边块体一系列地震,而作为祁连山断裂带西端特殊的跨断层场地,红柳峡跨断层存在块体调整过程中出现较为规律异常变化的可能。     

青藏高原横波分裂的观测研究

１９９１年７月－１９９２年６月，中、美两国合作在青藏高原架设了１１个宽频带数字记录的ＰＡＳＳＣＡＬ临时地震台站，它们分布在青藏公路沿线和青藏高原东部地区．利用这些台站记录到的高质量数据，对远震的ＳＫＳ波进行分析和计算，在多数台站观测到了ＳＫＳ波分裂的现象．用ＳＣ方法计算了青藏高原所记录到的ＳＫＳ波分裂的参量，即快波偏振方向φ和快、慢波的到时差δｔ，探求台站下地幔介质的各向异性．φ从南（拉萨）往北（至格尔木）有一趋势变化，从南边的北东方向渐变至北边的近东西方向．快、慢波的到时差在高原上向北渐渐变大，在不冻泉达到最大；再往北至格尔木又迅速减小．认为在印度板块和欧亚大陆的碰撞挤压下，雅鲁藏布江以北青藏高原下面的上地幔物质在区域构造应力场的作用下，沿东西方向发生形变以至流动，它使上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变或流动的方向．     

乌鲁木齐市断层附近地应力特征与断层活动性

为了查明乌鲁木齐西山—碗窑沟断裂带地应力分布特征, 在研究区20 km×20 km的范围内布置12个基岩应力钻孔,采用水压致裂地应力测量技术进行了基岩原地应力测量;共布置了2条观测剖面,第一剖面是沿断层走向布置了7个钻孔,第二剖面在垂直断层走向布置了6个钻孔(与第一剖面共用1个钻孔).根据实测的地应力资料,断层附近最大水平主压应力方向为NE—NEE向,与区域构造应力SN—NNE向主压方向有一些差异,说明受断层活动影响,断层附近的应力状态与区域应力场明显不同.利用地应力实测资料,研究了断层的活动性,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为σ_H＞σ_h＞σ_v,该应力状态有利于逆断层活动,与地质资料反映的以逆断层活动为主基本一致.利用库仑摩擦滑动准则,摩擦系数取0.6~1.0分析,断层附近的现今地应力状态达到或超过产生逆断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造应力有利于逆断层活动.     

砂岩在不同条件下的强度变形特点和P波速度特征

本文介绍了砂岩样品在干燥和饱和状态下,沿平行层理和垂直层理两个不同方向进行单轴加载时的抗压强度、变形特点和垂直于应力方向的P波走时的变化。结果表明,水对砂岩强度、P波速度的影响较大;具有原生层理构造的岩石样品的强度、变形和P波速度显示一定的方向性。所得结果对水库地震、工程地震、矿山开采及地震预报有一定的参考价值。     

两类三轴实验花岗岩的微破裂对比研究

用显微镜对三轴实验后,稻田花岗岩样品内部的微破裂进行了观测.对比了两类三轴实验的微破裂,一种是常规三轴实验(1>2=3),另一种是真三轴实验(1>2>3).观测表明,茂木清夫在真三轴实验中发现的脆性岩石体积膨胀的各向异性效应是由微破裂的各向异性引起的,从而阐明了这一效应的微观机制,并对中等主应力引起的膨胀和微破裂的各向异性效应在地震研究中的意义进行了初步探讨.