部分熔融状态下岩石的流变行为及变形机制

熔体的形成受地温梯度,压力和流体等多种因素的制约,在部分熔融过程中,岩体的形态仅发生微小变化,但随着熔体比例的增大,岩石的变形方式和变形机制将发生较大变化,变形方式由水力破碎转变成为熔体强化的韧性变形,变形机制由位错蠕变转变为扩散蠕变,此外,下地壳熔体能长期存在并大幅度地调节应变,起到润滑层的作用。     

岩石扩散蠕变及其地质意义

总结了近十年来岩石扩散蠕变显微构造鉴别特征，研究方法的最新进展，矿物颗粒大小和流体（包括熔体和水）等是影响扩散蠕变的重要因素。扩散蠕变与位错蠕变和超塑性变形有密切关系，它的研究对大陆裂谷化过程，大陆碰撞带中岩石圈地幔强度弱化，中下地壳韧性剪切应变局限化以及与相变有关的矿物粒度细小化作用的分布有重要应用意义。     

化学腐蚀-冻融综合作用下岩石损伤蠕变特性试验研究

为探讨化学腐蚀-冻融综合作用对岩石损伤蠕变特性的影响规律,选取大东山隧道石英岩和石英砂岩开展研究。将岩石试件在不同化学溶液中经历不同冻融循环次数后,采用电镜扫描对岩石表面细观特征进行分析。并开展岩石三轴蠕变试验,分析化学腐蚀-冻融综合作用对岩石瞬时应变、蠕变应变、蠕变速率和长期强度等参数的影响规律。研究结果表明:化学腐蚀-冻融综合作用导致岩石发生损伤,岩石损伤程度随着冻融循环次数的增加而增大,化学腐蚀影响程度由大到小依次为HCl溶液、NaOH溶液和NaCl溶液;岩石各蠕变力学参数随着冻融次数和溶液环境的改变而明显变化。随着化学腐蚀-冻融作用加剧,岩石试件破裂形态有由脆性向延性转变的趋势。冻融循环和化学腐蚀对岩石损伤是相互促进的,双因素耦合作用对岩石损伤和蠕变特性影响均大于单因素的影响。     

差应力与岩石熔融性状关系的实验研究

为考察不同应力状态下岩石应变与岩石熔融作用的关系,利用英国Instron公司生产的电液伺服实验系统,配以围压和加温系统设计了动、静态不同条件下细粒闪长岩的对比熔融实验,力图找到差应力与岩石熔融程度及其熔体成分的关系。通过岩石动、静态熔融实验结果的对比得出：差应力的存在能够导致细粒闪长岩的熔融,随着差应力（应变速率）的增加,熔体的量增加,熔体成分向富Si、Al方向转变。     

孔隙水压力分级加载砂岩蠕变特性研究

采用RLW－2000 M微机控制煤岩流变仪,以细粒砂岩为研究对象,对三轴压缩条件下岩石孔隙水压力分级加载蠕变试验进行了蠕变特性及模型研究,重点分析了孔隙水压力分级加载时蠕变条件下岩石的应变（应变速率）、等效孔隙体积（体积速率）演化曲线,同时对不同孔隙水压力分级加载条件下的岩石蠕变演化曲线进行了模型分析和对比。试验结果表明,逐级加载孔隙水压作用下细粒砂岩的蠕变曲线符合蠕变演化3阶段特征;分级加载水压力的孔隙体积演化规律符合微孔洞的损伤过程的3个阶段规律;利用西原体模型进行理论与试验蠕变曲线对比,蠕变方程曲线与试验曲线的演化规律吻合。     

高渗透压脆性岩石蠕变宏−细观力学模型研究

高渗透压对深部地下工程脆性岩石蠕变力学特性有着重要影响。然而,能够解释高渗透压作用脆性岩石完整减速、稳态及加速三级蠕变过程中,细观裂纹扩展与宏观变形关系的宏细观力学模型研究很少。基于考虑含有初始裂纹与新生成翼型裂纹影响的裂纹尖端应力强度模型,引入渗透水压与初始裂纹及新生成翼型裂纹之间的力学关系,建立了考虑渗透水压作用的裂纹尖端应力强度模型;然后结合亚临界裂纹扩展法则,与裂纹及应变损伤关系模型,推出了考虑渗透水压影响的脆性岩石蠕变裂纹扩展与宏观变形关系的宏细观力学模型。当施加轴向应力小于岩石裂纹启裂应力时,岩石近似表现为线弹性变形;当施加轴向应力大于裂纹启裂应力且小于岩石峰值强度,岩石表现为塑性蠕变变形。研究了不同渗透压作用下,分级轴向应力加载岩石蠕变应变时间演化曲线,并通过试验结果验证了模型的合理性。分别讨论了恒定渗透压与分级渗透压,对脆性岩石蠕变过程中裂纹长度、裂纹扩展速率、轴向应变及轴向应变率的影响。该模型为高渗透压深部地下工程围岩稳定性评价提供了重要理论依据。     

单斜辉石的流变学性质及其影响因素

单斜辉石作为大陆下地壳以及上地幔岩石的重要组成矿物,其在高温高压条件下的流变行为已有大量的实验研究。本文在综述以往对单斜辉石流变实验研究的基础上,讨论了影响其流变行为的各种因素及其地质意义,并指出了现存的问题及今后的研究趋势。影响单斜辉石流变性质的因素主要有流体（包括水和熔体）、粒度、化学成分、氧逸度以及温度与压力条件等。微量结构水可以显著增大单斜辉石单晶和多晶集合体的蠕变速率,降低其流变强度。熔体对单斜辉石强度的影响与熔体的含量和分布状态有关,呈三联点分布于矿物颗粒间的熔体对样品强度影响较小,只有当熔体呈薄膜状湿润颗粒边界时,熔体的弱化作用才显著。粒度主要影响单斜辉石的变形机制,单斜辉石集合体晶粒粒度的减小会促使变形机制由位错蠕变转变为扩散蠕变,较细粒的单斜辉石在扩散蠕变域内的应力与粒度呈线性负相关,而在位错蠕变域,应力与粒度无明显相关性。关于铁含量对单斜辉石的影响尚未有直接的实验研究,而对比前人在相同实验条件下采用不同铁含量的单斜辉石的扩散蠕变实验研究显示,单斜辉石中铁含量与蠕变速率可能呈正相关。氧逸度的升高对单斜辉石单晶的蠕变强度有轻微的弱化作用,而关于氧逸度对单斜辉石集合体流变...     

海底隧道风化花岗岩流变试验研究

采用全自动三轴流变试验机对厦门东通道海底隧道风化槽地段岩石进行三轴压缩流变试验,研究了岩石在不同围压和不同应力水平作用下轴向应变随时间的变化规律。试验表明,强风化花岗岩时效特性较全风化花岗岩更加明显;围压对岩石蠕变变形存在很大影响,围压越大,蠕变变形量越小。通过分析岩石压缩流变过程中应力-应变关系可知,蠕变变形在弹性阶段不对岩石整体构成明显损伤。而进入塑性阶段后,黏塑性变形对岩石破坏影响较大。建议通过支护增加围压,以提高隧道围岩屈服强度和减小流变变形,防止隧道失稳破坏。     

一种基于应变能理论的黏弹塑性蠕变本构模型

从内能角度分析发生蠕变的机制,基于应变能理论,采用Perzyna黏塑性理论与西原正夫元件模型相结合,建立了一种能描述衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变3个阶段全过程的蠕变统一本构模型。该模型考虑了应力状态对加速蠕变的影响,通过定义加速蠕变临界应变能密度值可以有效判断加速蠕变发生时刻,并在统一蠕变本构模型基础上进行简化,采用Drucker-Prager（D-P）屈服准则结合相关联流动法则,用过屈服应力比反映加速阶段蠕变应变速率变化,建立了一个实用的能预测加速蠕变并能反映蠕变3阶段全过程的简化蠕变本构模型,结果表明,数值模拟结果与试验数据基本吻合,研究成果为岩石蠕变断裂过程研究提供了一种新的思路。     

岩石超塑性变形及其地球动力学意义综述

概述了岩石超塑性变形机制、显微构造特征、影响因素及其动力学意义。岩石超塑性是一种重要的岩石变形现象，是岩石在高温条件下发生极大应变量（＞1000％）的拉伸变形而不出现断裂的现象。岩石超塑性广泛分布于从上地壳到下地幔的各类岩石之中。根据变形产生因素的不同，岩石超塑性可分为结构超塑性和相变超塑性。岩石超塑性不是一种简单的变形机制，它与扩散蠕变和位错蠕变密切相关，是受扩散调节的晶粒边界滑移和位错蠕变共同竞争的结果。岩石超塑性的研究对解释糜棱岩的形成机制、下地壳莫霍面深地震反射体的成因、上地幔流变弱化以及深源地震的产生和突然消失具有重要的动力学意义。     

赣西北中元古界双桥山群岩石有限应变分析

对赣西北中元古界双山群岩石进行系统的有限应变测量,结果表明,双桥山群岩石的主要应变型为平面应主为,其对数Flinn参数K值在0．74－1．44之间,若石应变强度T值在2．59－4．60之间,平均为3．15,表明岩石应变强度较大,岩石有限应变强度具有南强北北,东强西弱的规律,有限应变的椭球X轴优势方位为近东西向,反映双桥山群岩石在变形作用过程中,近南北向压应力作用占主导地位。     

岩石蠕变的应力-应变比分析

对岩石蠕变的应力-应变比分析方法进行了探索。蠕变是岩石重要的力学性质之一。岩石在各个应力水平下的蠕变曲线具有几何相似性。根据岩石蠕变的应力-应变比曲线可以近一步分析得到等时模量曲线。在岩石蠕变本构描述十分复杂、至今没有成熟的理论的情况下,应力-应变比分析方法具有十分重要的现实意义。     

不同围压下岩石广义应力松弛特性试验研究

实际工程中有些岩体发生的流变性既不是纯蠕变又不是纯应力松弛,表现为应力和应变同时发生变化。利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统,研究了不同围压条件下岩石的广义应力松弛特性,试验结果表明,岩石存在应变及应力同时增大、应变增大而应力减小、应变及应力都减小的情况,岩石蠕变和应力松弛行为属于岩石广义应力松弛现象的特例;在不同情况下的广义应力松弛过程中围压对岩石广义应力松弛特性的影响不甚相同,岩石轴向应变增大时围压越高岩石试件轴向变形越困难,岩石应变减小时围压越高岩石试件变形越明显。采用广义应力松弛试验方法,开展单轴及三轴压缩荷载作用下岩石广义应力松弛试验研究,对不同情况下岩石广义应力松弛特性的围压效应进行对比分析,以期对后期开展更深入的三轴广义应力松弛试验研究具有一定的指导和借鉴意义。     

北京西山流动变形碳酸盐岩的微构造分析

本文提供一个可以与岩石力学变形试验相比较的碳酸盐岩天然流变实例。根据对变形岩石的构造微貌、应变特征、微构造相的系统分析,得出以下主要结论:（1）流动变形期的环境参数分别是:温度为250°～450℃C;压力为200—400MPa;差异应力为60—90MPa;在剪切带内可达110MPa;低应变速率(10^-13量级);（2）流变碳酸盐岩的典型组构是小圆环带的单斜对称型式。在剪切带内,可以无优选方位。岩石经受平面应变,略偏向拉伸应变,主压扁面与新生构造面理近于平行;（3）在中低温—中压,低应变速率的变形环境中,扩散作用是碳酸盐岩变形的重要机制之一。在强剪切带内,岩石进入第三蠕变阶段;（4）在褶叠层内部,应力、应变强度及应变速率的差异表明,分层差异剪切流动作为褶叠层的一种成因模型是可信的。     

岩石内变量蠕变模型研究

通过一系列砂岩、页岩和辉绿岩室内蠕变试验,获得了不同应力和初始应变状态下岩石蠕变特性。通过误差分析讨论了计算蠕变速率时如何选择时间增量。讨论了复杂加、卸载条件下时间相关蠕变模型的局限性,提出采用不可恢复应变作为内变量来描述复杂条件下岩石蠕变性质,并据此提出了岩石的内变量蠕变模型。试验数据与模型拟合结果对比表明,内变量蠕变模型较好地反映了3种岩石的蠕变行为。此外,还初步讨论了模型在岩石率相关性质研究中的适用性,并利用相关试验数据进行了验证。     

干燥与饱水状态下砂岩的剪切蠕变特性研究

以武汉越江隧道为工程背景,对干燥和饱水砂岩进行了剪切蠕变试验,并从剪切蠕变应变特征和剪切蠕变物理力学特性两方面进行了对比分析,重点阐述了水对砂岩剪切蠕变特性的影响,同时对其影响机制进行了相应的分析。结果表明,水能够增大砂岩的蠕变应变量和蠕变应变速率,并降低蠕变破坏强度值。因此,在重要工程设计和施工中,不能够忽视水对砂岩蠕变特性的影响。     

三轴应力下水对粉砂质泥岩蠕变力学特性影响作用试验研究

采用岩石流变试验机,在三轴应力下分别对干燥与饱水两种含水状态的粉砂质泥岩开展室内蠕变力学试验。分析了水对粉砂质泥岩蠕变量、蠕变长期强度的影响作用。依据岩石的蠕变性质,选取Burgers蠕变模型对其进行描述,得出两种含水状态下岩石的蠕变模型参数。对比干燥与饱水含水状态下岩石的Burgers蠕变模型参数,分析得出了水影响Burgers蠕变模型参数的基本规律。结果表明:（1）相同应力水平下,水对粉砂质泥岩的瞬时应变特性影响较小,而对岩石的蠕应变特性影响相对较大;（2）饱水试样的蠕变长期强度是干燥试样的39.3%,由于水的作用,粉砂质泥岩的蠕变长期强度大幅降低,在工程中应考虑由于水的影响作用而导致的岩石长期强度降低问题;（3）水对Burgers蠕变模型各参数的影响作用从大到小依次为:η₁、G₁、G₂和η₂,即水对Burgers模型中串联的元件力学特性影响较大,而对并联的元件力学特性影响相对较小;（4）由于水的影响作用,粉砂质泥岩达到稳定蠕变阶段所需的时间显著增加,岩石的稳态蠕变速率显著增大;（5）由于水的影响作用,导致粉砂质泥岩的蠕变力学特性发生显著改变。因此,在重大岩石工程中应重视水对岩石时效变形的影响作用。     

冻土蠕变指标试验研究

通过不同温度、不同加载应力作用下冻结兰州黄土、黏土、砂质黏土的蠕变试验,分析了蠕变曲线、初始应变、流变起始应变与流变起始时间、破坏应变与破坏时间及相对蠕变指标.结果表明：3种土质冻土的蠕变曲线变化规律大致相同,加载过程中,应变非线性增加,且加载应力越大、温度越高,初始应变越大;流变起始时间与破坏时间都与加载应力、温度有密切关系,加载应力越大、温度越高,越先出现流变和破坏. 对于相同的土质,加载应力和温度对流变起始应变、破坏应变的影响不大;对于不同土质的初始应变、流变起始应变和破坏应变,都是黏土最大、砂质黏土次之、兰州黄土最小. 3种土质冻土的初始加载段和非稳定蠕变段所占的时间较短,但产生的应变却较大;同时,温度越高,相对流变时间越短、相对破坏时间越长,说明非稳定蠕变阶段所占的时间随温度的升高而变短、稳定蠕变阶段所占的时间随温度的升高而变长.     

岩石变形对粘土矿物结晶生长影响的初步研究——以江西金山金矿为例

作为流体作用过程中水—岩反应的产物，粘土矿物可以帮助人们认识水—岩反应的机制和流体活动的特征。本文以江西金山金矿为例，通过对热液蚀变粘土矿物伊利石和绿泥石结晶度、平均结晶大小和晶格应变的测定，讨论了岩石变形对伊利石和绿泥石结晶生长差异的影响。在岩石应变较弱、水／岩比较小的糜棱岩带，伊利石的平均结晶大小与结晶度成负相关，而在岩石应变较强、水／岩比较大的超糜棱岩带，绿泥石的平均结晶大小与结晶度成正相关。由应变较弱的蚀变糜棱岩带到应变较强的蚀变超糜棱岩带，伊利石的结晶度有变小的趋势，而绿泥石的结晶度则基本保持不变。认为在成矿流体作用过程中，粘土矿物的形成和特点不仅受水／岩比的影响，而且在岩石变形过程中，岩石的应变和恢复速率也影响粘土矿物的结晶大小；伊利石和绿泥石平均结晶大小与其结晶度之间的关系可以反映岩石变形的机制和行为。     

红砂岩长期强度特性的试验研究

岩石的流变特性是岩石的重要力学特性之一,其中岩石的长期强度是绝大多数岩土工程所必须引起重视的力学特性,然而就目前研究现状而言,与蠕变特性相比较是极不对称的。由岩石蠕变试验确定岩石的长期强度是现有最常用的方法,具有重要的现实意义。通过对完整红砂岩在CSS－2950岩石双轴流变试验机上进行的单轴压缩蠕变试验,利用过渡蠕变法、等时曲线法探讨了这些方法确定岩石长期强度在理论上的正确性和试验方法的可操作性,同时,将蠕变曲线与应力-应变曲线结合,提出了确定岩石长期强度的新方法,预测了岩石在荷载作用下可能破坏的时间。分析结果表明,将蠕变曲线与应力-应变曲线结合确定岩石长期强度对岩土工程设计具有重要的指导意义