辉长岩的破裂研究

在济南辉长岩的三轴压缩实验(3=1.3kb)中, 通过显微镜观测了岩石内部微裂纹的发展.实验结果说明, 在低应力状态下, 微裂纹主要出现在岩石矿物结晶颗粒内部, 其方向主要取决于矿物颗粒的结晶学形态.当应力达到岩石强度80%左右时, 在样品中部某一对角线附近, 微裂纹密度较高, 出现一些穿过几个矿物颗粒的微断层.微断层的取向与外力应力场有明显的关系, 一般与1成40左右的夹角.本实验还同时测量了样品弹性波的速度(Vp, Vs)和体积变化.实验表明, 岩石内部微裂纹的发展以及微裂纹对岩石物理性质所产生的影响, 是与晶体颗粒的尺度有关.      

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.     

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     

不同类型地震断层上的固体潮汐库仑破裂应力特征

计算和研究了不同类型地震断层上的潮汐库仑破裂应力及其随纬度变化特征;通过对全球20395个地震断层发震时潮汐库仑破裂应力的计算,研究了受到潮汐库仑破裂应力促滑作用的不同类型地震断层的纬度分布特征.结果表明,断层上潮汐库仑破裂应力的性质和特征与断层的类型、走向和位置密切相关,同一时间段内不同类型地震断层上的潮汐库仑破裂应力变化特征不同,同一断层在不同纬度处的潮汐库仑破裂应力的大小和符号都存在较大的差别.潮汐库仑破裂应力对断层的促滑作用,对正断层在低纬和中纬地区较突出、对逆断层在中高纬地区较明显、对走滑断层随纬度增加而减小.     

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.     

中国大陆微破裂过程和应力图案的变化

本文通过对我国大陆东经97°以东地区,1972—1978年发生的17,000多次M≥2.0地震的活动率(d值)和震级-频度关系(b值)的时空扫描,研究了我国大陆的微破裂过程及其与大地震的关系,并认为区域性的b值扫描图在很大程度上反映了区域应力图案的变化     

在超声作用下岩石射气异常行为与微破裂特征

通过实验证实,超声作用可提高岩石射气水平,每经历一次超声振动,其射气水平都有更明显的增长;使用麦吉斯肯2型图象分析系统,首次对振动后的岩石进行了微破裂特征的定量分析,并得出微破裂的程度与振动次数有明显的正相关性;确认于超声作用下,岩石射气的异常行为与微破裂特征有本质的联系.但是超声振动时,岩石的射气强度不能作为预测地震震级的判据,而振动结束后,其射气能力并无改变.      

岩石微破裂进程的自组织临界特征探讨

运用RFPA2D作为研究手段对岩石在单轴压缩条件下破裂过程的自组织行为作了数值模拟,再现了岩石破裂过程中的应力积累(stress buildup)、应力转移(stress transference)和应力阴影(stress shadow)等“3S”现象,探讨了自组织临界特征,澄清了临界自组织现象等概念。研究结果表明,岩石破裂过程中的自组织行为是一个动态力学过程,并不一定只是在自组织临界状态点之后才发生,而是在临界状态点附近前后都能发生,只不过显现程度各有差异,临界状态点之后现象更为显著。     

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。     

地震应力降与岩石破裂应力降

从应力降的静态理论,讨论了地震应力降的精度,并利用野外观测的最大位移和由地震波得到的地震矩,分别计算了十个研究较充分的地震应力降.对不同作者的结果作了比较,可以看出,应力降有因子为2的变化范围.但从统计观点看,地震应力降是分布在几巴到几百巴的数量级,大多数位于20-60巴;总结了地壳中代表性岩石在地壳温度、压力条件下,粘滑及脆性剪切破裂时的应力降,它们与温度、压力、岩性、含水矿物的存在有关.取值范围是从零到几千巴数量级;讨论了地震断层的物理状态,指出地震应力降是一种平均结果,并由于静态理论忽略了断层面破裂所消耗的能量,所以地震应力降比实际的应力降要低.     

辉长岩摩擦实验中断层泥的剪切组构及成因

模拟断层泥的摩擦实验对地震的成核及断层带变形组构的研究具有重要意义。文中对辉长岩摩擦实验中的断层泥变形组构及形成机理进行了研究 ,以期从实验室角度来理解地壳深部断层活动的性质和特点。断层泥剪切组构中的边界剪切带 ,R1,Y剪切面比较发育 ,T裂隙次之 ;R2 ,P ,X剪切面不发育。R1面与边界面的夹角较小 ,平均在 1 1°左右 ,为单剪变形过程中达到破裂极限状态时形成的 1组库仑破裂面。分析表明R1面密度随正应力的增加而明显增高。而在相同的正应力下 ,随温度的增高 ,R1面的密度也有增加的趋势。当温度高于 5 0 0℃时 ,断层带内的斜长石出现塑性变形特征 ,R1剪切面与矿物的压性面理组成典型的S -C组构     

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.      

库尔勒断层氡气观测实验研究

根据库尔勒断层氡气在观测中遇到的一些问题,做了一系列观测实验,结果表明,氡探头的标定值的大小反映了氡探头的灵敏度,决定了测值的高低,因为地下１ｍ内的浅层气体与大气连通,所以观测值受气象因素影响较大,同时认为,在土壤相对潮湿的寒冷地区,冬季较厚的冻土层形成了良好的封闭系统,使地下氡气浓度相对增高,测值呈“冬高夏低”的变化形态,实验中还根据氡的衰变规律验证了所观测的大幅变化的测值确为氡气含量。     

VOLUMETRIC CHANGES IN ROCK SUBJECTED TO DIFFERENT STRESS PATHS

The volumetric changes in Jinan gabbro and Changping granite subject ed to three different stress paths have been studied. In all cases the rockwas first loaded to a pre-determined stress state below that which would be conducive to fracture. This was then followed by three different cases of loading. Case A: The maximum principal stress was continuously increased to induce fracture. Case B: The minimum principal stress was decreased to induce fracture. Case C. The minimum principal stress was increased to prevent fracture. The experiments showed that for the same rock dilatant behaviour was different along different stress paths. When compared with the dilatant behaviour during case A experiments(i.e. the conventional triaxial experiments) the rocks were found to be in a superdense state for a case B stress path and in an ultra-dilatant state for a case C stress path.     

电感应力灵敏度在实测中的研究

应力场的观测是预报地震较直接的途径之一,本实验利用异孔深井抽水的加(减)载作应力观测的人工力源,在大量实测数据基础上进行力学分析,得出电感应力观测在满足规范要求时能测到地应力场的变化,但室内标定的应力灵敏度不等于实测灵敏度。用室内灵敏度计算应力值必有明显误差。本结果对电惑应力观测科学具有重要的实际意义。     

多通道动态应变观测系统在地震模拟实验中的应用

为了研究实验变形失稳过程中的应变场快速调整阶段和岩石结构破坏过程中的复杂变形场,将高速、高分辨率、多通道的应变观测技术引入构造物理实验,搭建了用以观测瞬态变形场的多通道动态应变观测系统,形成了16Bit分辨率、96通道、3.4kHz采样速度、1με分辨率且连续记录的应变观测系统。通过观测断层失稳过程高速滑动阶段和裂纹扩展过程的力学场时空变化,发现断层粘滑失稳过程的演化具有3个特征阶段:预滑动阶段、高频震荡阶段和低频调整止滑阶段。每个阶段的持续时间、应变速率、频率特性、振幅等都具有自身特点;三维断层扩展模型的实验结果显示,岩桥区断层贯通是一个快速过程,先多点局部扩展,后跳跃式连接。在断层贯通之后,样品整体崩垮之前,存在一个相对稳定的阶段,持续时间为几十ms。多通道动态应变观测系统填补了在地震模拟与岩石力学实验中应变观测频带的空缺,可以获得高密度、高精度的动态应变场,进一步研究瞬态应变场演化与应变波时空过程,为理解从缓慢递进变形到突发失稳释放过程提供了技术支持。     

WIND TUNNEL EXPERIMENTS OF AEOLIAN DUST DEPOSITION ALONG RANGES OF HILLS

Wind tunnel experiments of aeolian dust deposition on topographic scale models of ranges of hills were conducted. Different hill sizes and hill spacings were used, and comparisons with the deposition patterns over single, isolated hills were made. Dust profiles over ranges of hills differ from the profiles over identical, but isolated hills. On isolated hills the sedimentation maximum on the windward hillslope is always single and located on the concave part of the slope. In the case of ranges of hills, the maximum is either single or double, with the second peak on the convex part of the windward slope in the latter case. The local sedimentation maximum on the convex leeslope, which is rather unimportant on isolated hills, is much more developed in multiple-hill topography. Also, dust deposition on the leeslopes is significantly higher in multiple-hill topography than on isolated hills. Dust patterns on ranges of hills may be affected by the dust shadow created by the most upstream-located hill. If hills succeed each other quickly, they are located within the shadow zone and are protected from important dust deposition. The plume of high air dust concentration that is created by a hill largely determines the dust pattern on the next hill. As a result of the supply of dust from above by the descending plume, areas that are normally devoid of dust now experience significant dust deposition.     

围压作用下岩石样品中微裂纹的闭合

岩石中普遍存在的微裂纹对其物理性质有十分显著的影响.为了得到不同围压条件下岩样内部微裂纹形态的变化,选取几种具有明显层理的岩石圈岩石样品,在不同围压下沿相互正交的三个方向对纵横波速度和线应变等进行了测量,根据O’Connell模型通过计算得出有效泊松比、裂纹密度、裂纹孔隙度和裂纹的c/a比值（a为硬币形裂纹半长轴的长度,c为其半宽度）.结果表明,随着围压的增加,在垂直于层理面的方向上裂纹闭合最快但c/a比值不减反增.结合显微组构分析可知,岩石中的裂纹表面实际上是凸凹不平的,在围压增加引起裂纹闭合过程中一条裂纹可以变成几个,长度成倍减小但宽度变化不大,所以在垂直于层理面的方向上c/a比值随围压增加而增大.但另两个方向上的变化明显不同,应该与模型本身的适用范围有关.通过同时测量纵、横波速度,计算c/a比值,可以对样品中微裂纹的几何形态及空间分布方式有定性或半定量的了解.