应力历史与岩石声发射关系的实验研究

本文从实验角度对岩石声发射的凯塞效应进行了研究,研究工作分三个方面1°应力水平对凯塞效应的影响;2°蠕变—疲痨对岩石变形的加速作用;3°高应力下应力作用时间对凯塞效应的影响,实验证明:低应力下岩石凯塞效应清晰,当应力升高,岩石发生体积膨胀以后凯塞效应变得模糊起来,实验对产生这一现象的原因进行了研究.并证明经过适当处理后使记忆效应保持清晰是有可能的.     

用声发射法测定唐山地区历史地壳应力

在承压状态下岩石产生的发射kaiser效应对其在历史时期所承受过的最大应力有记忆功能。利用这种性能可以求取岩石在地质历史时期所经历过的最高应力水平。本文假定ka-iser效应对于岩石这种脆性物质是在差异应力作用下所表现出来的一种特性,从而提出声发射kaiser效应法。采用重复加载法,求出唐山地区水压致裂地应力测量钻孔中的红色妙岩历史上所承受过的最大水平差异应力为3兆帕。比现今地壳水平差异应力高3倍。由此求出唐山7.8级地震应力降为8.7巴,与天然地震记录的计算结果一致。说明利用声发射kais-er效应法求取历史最大差异应力是可行的。由顺岩芯轴向采取的岩样所估算的最大历史差异应力为5兆帕,高于垂直应力。说明唐山地区曾经承受过28—30巴的引张应力的作用。     

不同应力变化过程岩石的声发射q值

在单轴应力条件下对不同应力变化过程岩石的声发射b值或m值进行了研究。所用的岩石为济南辉长岩和房山大理岩。实验的方式有三种:(1)重复加载实验;(2)递增加载实验;(3)应力增减实验。实验表明,应力减小过程的声发射b值比应力增加过程的声发射b值低。重复加载时声发射率显著下降但声发射b值变比不大,声发射b值对岩石的应力历史的记忆效应也不及声发射率的记忆效应明显。     

唐山地区深部应力测量

在唐山东约20公里的东矿区黄坨苗圃356米深钻孔中,在300米以上深度成功地进行了11次水压致裂应力测量,取得了主应力大小及其方向随深度变化的资科。测量结果表明,现在唐山地区的应力水平很低,在接近300米的深度上最大水平主应力仅7.8兆帕,最大水平剪应力值也仅1兆帕。最大主应力方向在180米以上变化较大,180米以下的三次测量结果一致性很好,最大主应力方向为北81°西到北86°西,与华北地区应力测量的总体方向是一致的。文中还将水压致裂应力测量的结果与应力解除与用声发射凯塞效应法测得的结果作了对比。     

应力途径和破裂前兆

本文研究了在不同的应力途径下岩石破坏的条件和破裂的前兆.选定了三种应力途径进行研究:在一定应力状态下增加最大主应力σ₁, 保持σ₂, σ₃不变, 使岩石破坏（A 型）;减小最小主应力使岩石破坏（B 型）;增加最小主应力岩石不破坏（C 型）.通过实验得到了济南辉长岩和昌平花岗岩 A 型途径和 B 型途径破裂强度的比较.对三种途径岩石的体应变、声发射和波速V_p, 进行了对比研究.A 型途径的破裂前兆表现与许多作者的结果相符合.B 型途径岩石断裂前处于"过密"状态, 与此相联系的声发射增加和波速V_p下降出现得很晚.C 型途径岩石处于超膨胀状态, 出现了声发射增加和波速V_p下降而岩石并未破坏的现象.      

岩石在不同应力条件下的声发射

本文比较了岩石在不同应力条件下的声发射,发现岩石受引张或张剪应力作用与岩石受压剪应力作用相比,出现声发射时的作用应力与破裂强度的比值不同。在引张或张剪应力作用下,直至作用应力达到破坏应力的百分之九十时,才有声发射出现。在压剪应力作用下,不管采用何种应力途径,只要有应力变化,就有声发射出现。如果认为声发射幅度仅由应力条件和破坏尺度决定,上述不同应力条件下的声发射特点,可能对应着不同类型的地震。引张或张剪应力条件下的大震。可能完全没有微震前兆。     

在不同应变速率下三种岩石的b值变化

本文研究了物理性不同的三种岩石在不同应变速率影响下声发射 b 值随应力增加而变化的特征。结果表明:应变速率在(10~(-4)～10~(-8))范围内三种岩石的声发射 b 值都随应力增加而减小。它们的高 b 值区随应变速率下降向应力增加方向偏移。同时,三种岩石的 b 值随应力的变化对不同应变速率的反应程度是不一样的,说明无论是应力状态或是岩石的物理性质都能影响岩石 b 值的变化,但,也都不是决定岩石声发射 b 值的唯一因素。     

岩石样品变形时的声发射

研究岩石样品变形过程中的声发射主要包括两个方面的内容:一是研究声发射事件的时空分布;二是研究声发射信号的振幅-频度分布。由于声发射活动性的研究与地震活动性的研究是十分相近的,所以实验室中对岩石样品声发射的研究有可能增进对地震活动性的认识。 本文总结了最近在声发射研究方面的一些结果,讨论了应力水平、加载时间和加载历史对岩石样品声发射活动性的影响,即讨论了在单调加载、静态疲劳加载和重复加载三种情况下的声发射特征。本文强调指出,即使是实验室内,利用声发射活动进行岩石样品的破坏预报方面仍然存在着一些困难。最后提出了解决这些困难的建议。     

应力或热疲劳对花岗岩凯塞效应的影响

对花岗岩进行反复加压和加热来模拟岩石在漫长的地质历史进程中，经受反复多变的应力和热的作用，使岩石内部受损伤，从而导致岩石记忆性能的丧失。用岩石凯塞效应确定岩石曾受过的地应力和热状态时需要排除干扰     

加载历史对岩石声发射的影响——关于水库地震机理的讨论

一、引言地球上的岩石或岩体都处于漫长的地质历史中,受力历史对岩石的声发射活动有何影响,这是研究地震成因方面的一个基本问题。德国学者凯撒(J.Kaiser)第一个研究了金属材料受力历史和声发射之间的关系,他发现,如第二次加载应力不超过第一次加载的最大应力时,金属几乎没有声发射发生,只有当第二次加载应力超过第一次时,声发射才会大量产生。这种现象叫做凯撒效应。以后,古德曼,古川澄夫等,陈颙等,茂木清夫,桑德尔凯德和霍尔卡姆等发现岩石受力历史     

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.      

确定岩石中先存应力状态的声发射法

对经过三向预加压的石灰岩试件所进行的试验研究表明,其声发射活动的特点与单向受力时的情况完全不同。此时,在一个试件的一次加载过程中会出现两次Kaiser效应,分别对应于载荷达到预加压时所施加的轴压与围压值之时。利用回归分析的方法来处理试验数据,可以使声发射活动对应力的响应关系用三条回归直线来近似。这三条直线的两个交点所对应的应力值,可以确定出预加压时岩石试件承受的应力状态     

不同应力途径下岩石的体积变化

本文介绍了对岩石在不同应力途径下的体积变化进行的实验研究。主要的应力途径有三种,并且都是首先把岩石加载到破裂前一定的应力状态,再分别三种类型加载。实验用电阻应变片测量纵向和横向应变以计算体应变。实验表明:同一种岩石在不同应力途径下膨胀效应有显著的不同。文中用辉长岩的实验数据对过密量和超膨胀量进行了估算。研究表明,过密与膨胀是应力途径变化时岩石体积变化的滞后效应。研究了B型实验过密状态出现的条件。从强度80%左右开始减小最小主应力的B型实验明显表现经历过密状态。从低应力状态(强度50%左右)和高应力状态(强度92%以上)开始减小最小应力的B型实验,岩石均未经历过密状态。最后联系地震预报问题进行了简单的讨论     

岩石声发射Kaiser效应的方向独立性

用双轴加载系统研究了济南辉长岩和房山大理岩的声发射Kaiser效应。实验表明,在较低的应力条件下,两种岩石在不同方向载荷作用下的声发射Kaiser效应互相独立,各自记忆相应方向的应力历史。     

探头不同耦合方式AE法岩石应力测量效果比较

以凯瑟效应测量岩石试样先存应力,声发射探头与试样的耦合是不共重要环节,国内外学者采用的耦合方法,归结起来主要是面耦合与线耦合两种方式,作者以同一试样作了这两种耦合方法的对比实验,证实地耦合的测量效果优于面耦合,作者指出：使用圆柱状试样不仅制作简便,节省制作费用,而且由于探头与试样作线耦合获得更高的测量精度。     

应力扰动对断层摩擦声发射活动影响的实验研究

利用中尺度岩石摩擦实验开展了应力扰动对断层摩擦滑动过程中声发射活动影响的实验研究,据此讨论同震应力变化引起的小震活动特征及其预测意义.实验结果表明方波状应力扰动对粘滑失稳前的声发射活动有明显影响,即触发了一些声发射事件,使得粘滑发生前声发射活动增强并使出现的时间提前.这种影响随平均正应力的提高和扰动振幅的增大而增强,其...     

地震临界点理论的实验研究

按照临界点理论 ,在大地震或岩石等脆性材料破坏发生之前能量会加速释放 (AER) ,这种加速过程呈幂律变化 (power law) .本文通过大尺度岩石破裂声发射实验 ,对这一临界现象进行了研究 .实验分别采用 3种岩石试件 ,并且实现了不同轴压加载历史以及三轴应力状态 ;实验利用声发射技术记录了微裂纹产生和扩展时所释放的弹性能 (声发射 ) ;实验结果证实了临界点理论 ,在不同的实验条件下 ,岩石材料在受压破坏之前弹性能会出现明显的加速释放过程 .本文还对使用AER预测中期地震进行了初步研究 .     

花岗岩变形破坏的阶段性模型--应力速度及预存微裂纹密度对断层形成过程的影响

依据对具有较高微裂纹密度的筑波花岗岩和极低微裂纹密度的花岗斑岩 2种极端的岩石标本、在等应力速率的快速加载 (约 6MPa/min)和蠕变加载 (轴向应力保持在约 95 %破坏强度 ) 2个极端的加载条件下的实验结果 ,讨论了预存微裂纹密度与加载速度对多晶质结晶岩变形破坏过程的影响。实验中利用高速多通道声发射波形数字记录系统 (每秒可记录多达 5 0 0 0个声发射事件的 32通道波形 ) ,获得了岩石标本破坏前微破裂活动的详细时空分布数据。声发射的发生率、震级 -频度关系中的b值及震源的空间分布揭示出岩石变形破坏过程中微破裂活动具有 3个典型阶段 :初期阶段、第 2阶段和成核阶段。尤其是在成核阶段 ,还观测到发生率和b值有大幅度前兆性起伏。一般而言 ,在相同加载条件下预存微破裂密度越高 ,或对同一岩石加载速度越慢 ,对应的断层成核过程就越长 ,因此最终破坏的可预报性也越高。为了进一步探讨微破裂活动的阶段性特征及其物理本质 ,还利用亚临界破裂扩展模型对声发射数据进行了理论分析     

岩石应力对钻孔附近的弹性波波速的影响

目前,地球物理学界普遍采用岩石的细观力学模型来解释岩石的声弹现象(即岩石应力状态的改变会造成岩石的弹性波波速的改变),认为岩石内部的微裂隙分布和取向在加载应力的作用下会发生改变,使岩体的宏观物理性质发生变化,从而影响到岩石的弹性波波速.     

岩石剩余磁化强度的应力效应

为模拟构造应力对岩石剩余磁化强度的影响,本研究对六种不同类型的44块岩样进行了应力实验,发现岩石天然剩磁随应力的变化规律比迄今所估计的要复杂得多.作者指出,这些变化可归属于三种类型:在弱不可逆的Ⅰ型效应中,剩磁随应力呈现规则的减小,应力解除后剩磁部分恢复;而在强不可逆的Ⅱ型效应中,应力去除后剩磁大部不恢复;在Ⅲ型效应中,剩磁随应力呈极不规律的变化.进一步的岩石磁学分析表明,不同应力效应的重要原因,在于天然剩磁中的粘滞剩磁的比例不同,微观上取决于磁性矿物成分及其磁畴状态等因素.因此,不能用单一的岩石压磁模式来解释地震压磁效应,须考虑各震源区的不同岩石组成.