不同围压条件下花岗变形破坏过程中的声发射时序特征

在室温、围压５０－６００ＭＰａ范围内,采用以Ｐｂ为转压介质的三轴实验装置,对花岗岩变形破坏过程中的声发射序列特征进行的研究表明,花岗岩强度随围压增加而增大。低围压下,样品破坏时系统不失稳,破裂前后声发射稀少且时间分布较为随机。随围压的增高,样品破坏时系统失稳,随后出现粘滑;声发射出现时间随围压增加而提前。以破坏时应力降发生时间为界,一个显著的特征是破前声发射累积数随时间指数增长,增长速率随围压增加     

不同围压条件下花岗岩变形破坏过程中的声发射时序特征

在室温、围压 50— 60 0MPa范围内 ,采用以Pb为围压介质的三轴实验装置 ,对花岗岩变形破坏过程中的声发射序列特征进行的研究表明 ,花岗岩强度随围压增加而增大 .低围压下 ,样品破坏时系统不失稳 ,破裂前后声发射稀少且时间分布较为随机 .随围压的增高 ,样品破坏时系统失稳 ,随后出现粘滑 ;声发射出现时间随围压增加而提前 .以破坏时应力降发生时间为界 ,一个显著的特征是破前声发射累积数随时间指数增长 ,增长速率随围压增加而加快 ;而破后各粘滑段的声发射累积数随时间却呈线性增长 .声发射b值随围压增加有减小的趋势 .声发射序列时间结构的 f(α) α谱研究表明 ,其多分形性质主要决定于时间密集特征 ,标度指数α的分布范围随围压增加有减小的趋势 .粘滑过程中 ,应力降幅度、应力降释放率及粘滑事件时间间隔均随围压增加而增大。     

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。     

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.      

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.      

不同温压条件下声发射应变能释放特征——加速模型参数物理含义的初步讨论

利用不同温、压条件下的花岗岩变形实验数据,研究声发射（AE）事件应变释放特征,探讨加速模型参数m值与温压环境的关系.常温条件下,声发射应变显示一定的加速释放特征,但m值随围压增加未显示出趋势性的变化,表明常温条件下m值与岩石强度关系不密切.围压固定时,m值随温度升高逐渐变大,声发射应变从加速释放逐渐过渡到匀速释放,这意味着不同温度条件下岩石变形过程中内部微破裂形式的差异,可能导致应变释放类型的较大差异（即m值的较大差异）.在浅表地层的温压条件下,岩石破坏前显示一定的加速释放特征,m小于1;在渐进式破坏区段,应变释放呈逐渐减弱的减速释放态势,m明显大于1;在深部温压条件下,应变释放加速特征明显,m值明显较低.此外,完整岩样破裂前声发射应变加速释放特征显著,而宏观剪裂面的黏滑之前,声发射应变基本上匀速释放.     

不同实验条件下大理岩主破裂的分数维

以大理岩为样品,在围压10～60MPa下进行了三轴压缩条件下的变形破坏实验,统计并分析了主断裂面的分维几何特征。在环境因素和介质条件相同的情况下,D值不随标本尺度变化,表明岩石破裂结构的确具有自相似性。围压是影响D值大小的一种因素,在约35MPa以下,D值随围压增加而降低;在约35MPa以上,随围压的增加而增加。提出在分析野外断层迹线的分维特征时,尚应考虑断层形成时的环境条件及其可能的随深度的变化     

内孔加压三轴条件下岩石的破裂试验研究

本文应用岩石孔压三轴仪,研究花岗岩和大理岩的破裂特性,探讨应力途径对岩石破裂强度的影响。试验结果表明:(1)岩石的内孔水压致裂强度随围压的增加而线性增加,(2)在拉,压应力组合条件下,岩石呈现出拉破特性,引起岩石破裂的拉应力随着轴压增加而减少;(3)孔压致裂法获得的岩石抗拉强度值偏高     

油气田典型岩石三轴压缩变形破坏与声发射活动特征——四川盆地震旦系白云岩及页岩的破坏过程

随着二氧化碳地质封存、深部地热开采、地下储气库建设、页岩气开发、二次驱油/驱气等工业应用的快速发展,与地下流体注入有关的诱发地震活动呈现一定的增加趋势.利用声发射实验观测油气田典型岩石在三轴压缩条件下变形破坏过程与声发射活动特征,对研究注水诱发地震过程有着重要意义.本文利用四川盆地现场采集的震旦系白云岩及页岩,采用实验室声发射技术观测研究岩石三轴压缩变形破坏过程中地震波速度等物性参数及声发射事件时空分布特征.实验结果表明:震旦系白云岩及页岩在变形破坏过程中均有一定的声发射活动.根据声发射定位结果,声发射主要集中在破坏前后的较短时间内,页岩的层理面为结构弱面,控制最终破坏面的形态及声发射特征.根据应力-应变结果,白云岩在压缩的后期阶段有一定的扩容现象,但页岩在整个压缩阶段均没有明显扩容现象.研究结果表明四川盆地较古老的白云岩及页岩具有脆性破坏特征,地下流体注入容易诱发微震活动,形成裂缝,有利于页岩气压裂开采.微震活动有利于监测裂缝的发生发展,但同时在页岩气开发及二氧化碳地质封存时应采取相应的预防控制措施进行安全合理的储盖层管理,避免灾害性诱发地震的发生.     

静围压下岩石纵波速的变化和各向异性

在500MPa静围压下研究了多种岩石样品的三维纵波速和波速各向异性。岩石样品采自美国南加州Whipple山的不同地层。实验得到如下结果:1.岩石的纵波速各向异性是一个普遍的特征。2.岩石样品的三维纵波速均随围压的增加而增加,但增量大小的次序与围压无关。3.岩石的各向异性普遍随围压的增加而减小。4.岩石内层理被压缩是岩石各向异性随围压减小的主要原因。 本文还首次提出了波的振幅随围压加载和卸载变化的现象。     

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。     

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。      

EXPERIMENTAL STUDY ON THE EFFECT OF WATER ON THE STRENGTH AND DEFORMATION MECHANISM OF CARRARA MARBLE AT HIGH TEMPERATURE

We performed deformation experiments using Carrara marble in dry and wet conditions under temperature of 400~700℃ and confining pressure 300MPa with two different strain rates. Water contents of deformed samples were measured using FTIR spectroscopy. The microstructure and deformation mechanisms of samples were observed under optical microscopy, scanning electron microscopy and energy spectroscopy analysis. The mechanical data show that samples display strain hardening at 400℃, and transition to steady creep at temperature from 500~700℃. The strength of marble reduced gradually with elevated temperatures or decreased strain rate. However, water effect to the strength of the marble is significantly weak. Microstructures observed show that the deformation is cataclastic flow in dry samples, fracture and pressure solution in wet samples at 400℃. Samples underwent brittle-plastic transition at 500℃. Dislocation glide is major deformation mechanism for dry samples at 600℃. Dislocation climb and dynamic recrystallization are major deformation mechanism for wet samples at 600℃ and for all wet samples and dry samples at 700℃. Lower strain rate and higher water content could promote the process of pressure solution and diffusion as well as dynamic recrystallization.     

剪切破裂与粘滑——浅源强震发震机制的研究

周口店花岗闪长岩的高温高压三轴实验和理论分析表明,剪切破裂和摩擦滑移具有类似的孕育过程和发生机制。剪切破裂贯通强度就是一种摩擦强度。剪切破裂和摩擦滑移各自都有渐进式和突发式之分。突发式摩擦滑移是已有断层的粘滑滑移。突发式剪切破裂则是完整岩石的初始粘滑滑移。考虑到地壳温度随深度增加,完整岩石剪裂强震要求较高的围压,因此,多数浅源强震的发震方式很可能是已有断层的粘滑     

岩石超高压状态参数的实验研究

岩石的超高压状态参数对研究地球动力学问题和岩石爆破工程问题具有十分重要的意义.本实验应用平面波炸药透镜驱动飞板撞击靶板产生超高压冲击波,并用探针测量冲击波在岩石试件中的传播速度和粒子速度,再由 Rankine-Hugoniot 方程得到岩石的密度与压力之间的关系.所研究的岩石为石灰岩和花岗岩.实验的最高压力超过70GPa.得到两种岩石的超高压状态方程是:石灰岩————=3.22+0.016p;花岗岩————=3.20+0.024p.其中的单位为 g/cm3,p 的单位为 GPa.