水对Carrara大理岩强度和变形机制影响的实验研究

采用干燥和含水Carrara大理岩样品,在温度400~700℃、围压300MPa、应变速率10~(-4)/s和10~(-5)/s条件下开展了轴向压缩实验。利用傅里叶变换红外光谱仪,测试了实验样品中的水含量,通过偏光显微镜、扫描电镜与能谱分析了实验变形样品的微观结构。实验力学数据表明,在400℃时,样品表现为应变强化特征;在500~700℃条件下,样品转变为稳态流变。样品强度随温度增加而降低,随应变速率降低而降低;而水对大理岩强度的影响不显著。微观结构分析表明,在400℃时,大理岩以脆性破裂为主,含水样品局部出现压溶。在500℃时干样品和含水大理岩处于脆塑性转化变形域。干样品在600℃时变形以位错滑移为主,而干样品在700℃时和含水样品在600~700℃时,以位错攀移和动态重结晶为主要变形机制。较低的应变速率和较高的水含量促进了压溶作用和动态重结晶。     

大理岩试件中裂缝的逆向共轭剪破裂

本文介绍了以激光全息干涉法观测单轴压缩下,大理岩岩样表面的变形位移场。全息干涉图可以反映出由于岩石内部微裂隙丛集激增所导致的变形局部化,实验采用板状大理岩试件,在中心处预制了不同角度的裂缝,实验在MTS伺服压机中加载直至宏观破坏,观测了裂隙的发展过程。实验表明:当裂缝角小于45时,先在裂缝尖端处的张应力集中部位出现新裂纹,它的起裂角(与原裂缝的交角)90,裂纹弯向压力方向并趋于稳定。当>45时,在上述张裂纹稳定后,在裂缝尖端附近再次发生张裂,其起裂角60,同样弯向压力方向后稳定。在这些前期张破裂稳定后,在张裂的相反方向,也即裂缝的共轭方向上,出现内部微裂隙的丛集,并随后发生宏观的剪破坏,我们认为此逆向剪切破坏与大理岩的多晶组构有关,与应变弱化过程中变形和应力的调整有关。      

考虑强度-应变率依赖性的岩石弹塑性动力模型

本文基于现有的岩石的弹塑性模型。作适当的简化，并引入了岩石强度对于应变率的依赖关系。建议了一种考虑强度对于应变率的依赖关系的岩石弹塑性动力模型。这一模型能充分利用现有配套的实验数据，并考虑了强度对于应变率的依赖性这一岩石的主要动力特性，能更真实地反映岩石的动力行为。     

岩石破裂强度的温度和应变率效应及其对岩石圈流变结构的影响

研究了温度和应变率对岩石破裂强度的影响,得到了岩石圈中一些典型岩石破裂强度的新的经验规律.新的经验规律除考虑围压和标本尺度的影响外,还考虑了温度和应变率的影响,并增加了新岩石的结果,所以更能反映岩石圈内岩石破裂的真实状态.通过对鄂尔多斯平均流变结构的计算和对比研究表明：传统的忽略脆性破裂的流变模型过高地估计了流变强度,流变机制的分布也不尽合理.而考虑了脆性破裂机制的流变模型的结果表明脆性区分为两部分,浅部以摩擦滑动机制控制,深部以脆性破裂机制控制.由于新的经验规律考虑的代表性岩石更全面,并考虑了应变率的影响,得到的脆性区的范围进一步增大,流变强度进一步降低.     

应变率对一组断裂的影响

1.引言在岩石工程中,爆破和地震产生的应变可能是以秒计,而采矿过程可持续数年。因此,应变率变化范围可能超过10个数量级。由于应变率的变化,岩体的力学性质和断裂特性可能发生显著的变化。例如,在较低的应变率条件下,大部分岩石变得软弱。由于应变率的变化以及由此产生不同的断裂模型和几何形状,因此,脆性岩石断裂扩展速度也可能涉及到几个数量级。     

应变率效应对钢筋混凝土柱的影响

根据混凝土单轴动力特性试验,引入了应变率的影响,对规范给出的混凝土应力一应变关系表达式进行了修正;针对只考虑混凝土的动态特性和既考虑混凝土的动态特性、也考虑钢筋的动态特性这两种情况,利用修正的表达式对钢筋混凝土柱的动态特性进行了数值分析。结果表明,混凝土的动态特性对于大偏心柱的承载力影响很小,但对于小偏心柱的极限承载力影响显著;钢筋的动态特性对大、小偏心柱的极限弯矩和极限曲率都有明显的影响。本文还分析了柱的极限弯矩、极限曲率和极限轴力随偏心距变化的规律。     

房山大理岩的三轴压缩实验

一般认为:浅源地震可能有两种值得重视的失稳机制,即完整岩石的脆性破裂和沿已有断层面的粘滑。这两种机制都是从相应的实验研究中得到的。 人们可以把实验室研究得出的岩石力学特性进行适当的尺度修正,结合野外岩体中应力测量的结果,根据适当的强度理论对于发生地震的可能程度进行研究,并为捕捉与地震有关的前兆现象提供根据。     

断层脆塑性转化带的强度与变形机制及其流体和应变速率的影响

野外、实验和地震数据表明:浅部地壳的变形以脆性破裂为主,深部地壳的变形以晶体塑性流动为主.在这种认识的基础上,提出了地壳变形的2种机制模型,即发生脆性变形的上部地壳强度基于Byerlee摩擦定律以及发生塑性变形的下部地壳强度基于幂次蠕变定律.而位于其间的脆塑性转化带的深度与浅源地震深度的下限具有很好的一致性.然而,二元结构的流变模型局限性在于其力学模型过于简单,往往过高估计了脆塑性转化带的强度.问题的根源在于对脆塑性转化带的变形机制的研究已有很多,但没有定量的力学方程来描述脆塑性转化带强度;而且以往对断层脆塑性转化带的研究主要集中在温度引起的脆塑性转化方面,对因应变速率和流体对脆塑性转化的影响方面的研究也比较薄弱.对断层带内矿物变形机制研究表明,某些断层带脆塑性转化发生在相同深度(温度和压力)内,发生脆塑性转化的原因是应变速率的变化,而这种变化被认为与地震周期的同震、震后-间震期蠕变有关,这种变化得到了主震-余震深度分布变化的证实.对断层流体特征分析表明,断层带内可能存在高压流体,这种高压流体会随断裂带的破裂及愈合而周期性变化,在地震孕育及循环中起着关键性作用.高压流体的形成(裂隙愈合)有多种机理,其中,压溶是断层带裂隙愈合的主导机制之一.研究在水作用下的压溶,可以对传统的摩擦-流变二元地壳强度结构及其断层强度进行补充与修正.通过以上分析,认为有必要通过野外变形样品和高温高压实验,深入研究应变速率及流体压力对断层脆塑性转化的影响,同时,通过实验建立压溶蠕变的方程,近似地估计脆塑性转化带的强度.     

应变率对钢筋混凝土剪力墙动态性能的影响

采用有限元软件ABAQUS中的显示动力分析模块ABAQUS/Explicit,分别对钢筋混凝土剪力墙准静态和高应变率动力荷载作用下的响应进行了数值模拟;通过比较高应变率与准静态加载下的分析结果,探讨了地震作用下应变率对钢筋混凝土剪力墙动态性能的影响。研究结果表明,受应变率效应的影响,混凝土和钢筋的动态力学行为发生了变化,动力荷载作用下的钢筋混凝土剪力墙的承载能力有一定程度的提高,故在对钢筋混凝土结构进行抗震分析时,应适当考虑应变率效应。     

应变率对钢筋混凝土柱动态特性的影响

文中以OPENSEES有限元软件为工具,利用基于柔度法的钢筋混凝土柱纤维单元,考虑钢筋与混凝土材料的应变率效应,对钢筋混凝土柱进行了动态响应分析,并用试验结果验证了文中方法的正确性.通过数值模拟,研究了钢筋混凝土柱在不同轴压比、不同混凝土强度、不同纵筋率条件下的动态力学特性.结果表明,随着轴压比的提高,钢筋混凝土柱的应...     

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.     

水对受力岩石变形破坏宏观力学效应的实验研究

为了了解水对受力岩石的宏观力学效应,在MTS电液伺服材料试验系统上,对不同饱水度的砂岩、花岗闪长岩、灰岩和大理岩进行了单轴压缩试验,取得了这几种岩石的单轴抗压强度和弹性模量随饱水度变化的定量结果.结果表明,水对受力岩石的力学效应与岩石中的含水状态是密切相关的,自然状态的砂岩、花岗闪长岩浸水后,其峰值强度和弹性模量随饱水度的增加而迅速衰减,当饱水度达到某一定值时,这两种岩石的峰值强度和弹性模量基本稳定下来;文中用函数Y=Aexp（-Bx）+C对实验结果进行了最小二乘法拟合.实验中求得水饱和状态和自然状态砂岩的泊松比并没有明显差异,说明在宏观上水对该种岩石受力变形的作用是各向同性的.通过10^-5/s和10^-4/s两种不同应变率试验,发现水对受力岩石的力学效应具有时间依赖性,这一特点说明仅从有效应力原理来考虑水对受力岩石的力学效应是不够的,而应考虑应力腐蚀这样复杂的过程.此外,大理岩的试验结果表明,水对受力的碳酸盐类岩石的作用机理是一个值得进一步探讨的问题,它与水对受力的含SiO₂类岩石相比,可能存在差异.     

水对受力岩石变形破坏宏观力学效应的实验研究

为了了解水对受力岩石的宏观力学效应,在MTS电液伺服材料试验系统上,对不同饱水度的砂岩、花岗闪长岩、灰岩和大理岩进行了单轴压缩试验,取得了这几种岩石的单轴抗压强度和弹性模量随饱水度变化的定量结果.结果表明,水对受力岩石的力学效应与岩石中的含水状态是密切相关的,自然状态的砂岩、花岗闪长岩浸水后,其峰值强度和弹性模量随饱水度的增加而迅速衰减,当饱水度达到某一定值时,这两种岩石的峰值强度和弹性模量基本稳定下来;文中用函数Y=Aexp（-Bx）+C对实验结果进行了最小二乘法拟合.实验中求得水饱和状态和自然状态砂岩的泊松比并没有明显差异,说明在宏观上水对该种岩石受力变形的作用是各向同性的.通过10-5/s和10-4/s两种不同应变率试验,发现水对受力岩石的力学效应具有时间依赖性,这一特点说明仅从有效应力原理来考虑水对受力岩石的力学效应是不够的,而应考虑应力腐蚀这样复杂的过程.此外,大理岩的试验结果表明,水对受力的碳酸盐类岩石的作用机理是一个值得进一步探讨的问题,它与水对受力的含SiO2类岩石相比,可能存在差异.     

陶庄矿山诱发塌陷地震对承压井水位的影响

试用弹性理论和地下流体动力学分析了陶庄矿山诱发塌陷地震对承压井水位的影响,分析了井水位变化与陷地震震级及塌陷点距水地蝇距离之间的关系,通过对塌陷地震序列的分析,给出了较大塌陷地震前小塌陷地震增多的可能“前兆”。     

兰州形变台水管倾斜仪映震能力的分析研究

以兰州形变台FSQ水管倾斜仪1987年以来的观测资料为研究对象,从非潮汐和潮汐两个方面,利用形态分析法、曲线拟合、残差分析、潮汐因子动态分析、半日波大潮椭圆以及潮汐偏角分析等方法对数据进行了系统分析,研究了观测异常与地震的关系。结果表明该台的水管倾斜仪对邻区的中强地震有很好的中、短期响应。     

三轴压缩下大理岩剪切断裂能的测定

本文采用山东掖县大理岩岩样,在800t高温高压伺服三轴流变仪上,对大理岩在室温和不同国压条件下进行连续加载和循环加载实验,并用Rice提出的滑动弱化模型,分别对大理岩在上述围压和加载条件下的剪切断裂能进行测定和计算,得到了在不同围压下大理岩剪切断裂能的变化情况,以及加载方式对大理岩剪切断裂能造成的影响,并对所得结果进行了初步分析和讨论.     

三轴压缩下大理岩剪切断裂能的测定

本文采用山东掖县大理岩岩样,在800t高温高压伺服三轴流变仪上,对大理岩在室温和不同国压条件下进行连续加载和循环加载实验,并用Rice提出的滑动弱化模型,分别对大理岩在上述围压和加载条件下的剪切断裂能进行测定和计算,得到了在不同围压下大理岩剪切断裂能的变化情况,以及加载方式对大理岩剪切断裂能造成的影响,并对所得结果进行了初步分析和讨论.     

裂缝尺度对剪切破裂能的影响

采用大理岩圆柱试样,与轴线约成30角预制不连续裂缝,再用环氧树脂胶接,以实验观测裂缝尺度及其填充物对剪切破裂能的影响.结果表明:当裂缝相对面积从0增加到90%时,破裂能从(6.92.1)103焦耳/米2逐步降到(0.60.5)1O3焦耳/米2;而使用 Knopoff方法和引入滑动弱化模式后的方法,求得的理论应力降几乎不变.它们与实测应力降的比却逐步增大并达到10.同时,分析了地震时和岩石破裂时的应力降差别很大,以及不同方法所得破裂能差别很大的原因,认为断层的蜂窝状接触对上述问题可能有重要影响.     

高温高压下石灰岩剪切网络的实验研究

主要介绍在不同温度(300—1000℃)、围压(300—600 MPa)条件下灰岩的等应变率压缩实验和蠕变实验以及变形样品的显微观测、分析结果.通过研究岩石的流变特性、变形形迹和变形机制及其受温度,压力、应变率等因素的影响,确定由共轭网络状塑性流动向均匀塑性流动过渡的温、压界限,并讨论了相应的流变学标志和微观构造标志.上述结果为大陆岩石层多层构造网络的研究提供了实验依据.     

EXPERIMENTAL STUDY ON DEFORMATION FABRICS OF QUARTZ AND CALCITE IN SHEAR ZONE

Frictional experiments of samples with quartz and calcite sandwich have been operated under certain confining pressures, strain rate and different temperatures. Samples deformed and undeformed have been studied by means of microscope, TEM, and U-Stage. On the basis of this, changes of deformation micro-structures and fabrics of quartz and calcite aggragates with temperatures under condition of simple shear have been analyzed