近地空间大尺度电流体系

本文简要叙述了磁层-电离层系统大尺度电流体系的观测和研究的基本原理.对五种主要电流体系的形成机制、形态学特征及其在日地能量耦合过程中的作用进行了讨论.     

裂纹系微破裂集结和动态扩展的实验研究

研究了裂纹系的动态破裂,重点考察了裂纹系相互作用.选用大理石、玻璃为实验材料,将其加工成薄板状,并在板内预制各种不同形态的裂纹系,在单轴压下用可见光透视观察裂纹系动态相互作用的破裂过程.实验中发现,岩石的动态破裂过程和玻璃有很大差别,岩石的裂纹系动态相互作用后期是通过微破裂演化来实现的,而在玻璃中观察不到.裂纹系的不均匀应力场分布是破裂演化的初始原因.通过实验,给出大理石材料中各种不同形态裂纹系的动态破裂演化的全场过程图像,直观地揭示了含裂纹系岩石变形破坏的实质.实验显示了不同几何形态的裂纹系的破裂发育过程有明显区别.在微破裂集结时,周围的破裂部分闭合.因此,用二维模型描述的微破裂图像和实际有很大出入.为了消除这个差距,必须研究三维破裂.本文的实验结果表明,裂纹(断层)不能起到阻碍破裂扩展的作月;裂纹(断层)作为障碍体,和预存裂纹之间存在强烈的相互作用,使得样品的强度降低几乎一个量级.讨论了上述结论对于认识地震(包括矿震)断层行为的意义.     

在围压条件下切口岩石破裂过程的实验研究

本文根据地震的断层说观点在室温、围压600—1,200巴条件下研究了具切口的花岗闪长岩、辉长岩和大理岩试件的破裂发展过程。在连续增加的差应力作用下观测到:切口内部充填的软弱夹层首先发生剪切变形和破裂,接着在切口端部一侧扩展张性裂纹,然后在切口前缘方向扩展剪切裂纹,最后发生贯通试件的剪切和张裂-剪切主破坏。张裂纹扩展长度受到围压的强烈抑制。岩石的切口结构和岩性变化对破裂迹线的空间展布和主破坏机制有重要影响。讨论了实验结果在断层扩展型地震的形成过程及其在预报预测方面的意义     

弹性波在含双裂纹岩体中的传播分析

岩石和岩体是具有复杂细微观结构的非均匀介质.弹性波在岩体中传播时,与岩体细微观缺陷相互作用表现出弹性波的频散效应.为研究岩体内部细观结构对弹性波频散效应的作用,本文采用双裂纹模型:在模型内部,考虑裂纹间的相互作用对弹性波的影响,以分析弹性波在双裂纹体系间的多次散射作用;在双裂纹体系间,采用线性叠加分析法,以考虑岩体缺陷影响的局部化.对波动方程应用Green函数基本解,利用边界积分方法,将双裂纹体系作为内边界处理,得到相应的频散方程,由此对比分析了双裂纹体系在上述两种分析方法下的区别,进一步探讨了双裂纹体系参数、孔隙流体压力和卸荷对岩体频散特性的影响.     

地震力学中的断裂实验综述

综述了地震力学中模拟震源的孕育及破裂过程的断裂实验所取得的一些主要研究结果,其中包括单个裂纹受压时的破裂特征、裂纹组的实验结果及剪切破裂的实验结果等,并对某些问题作了简单的讨论。第二篇文章概     

三维破裂及其在地震和断层研究中的应用（综述）

文中提出若干断层破裂和震源过程的重要问题,包括断层分布的形态、震源多重事件的非共面性、震源迁移和动力来源等,这些问题用目前二维力学模型无法回答,只有用三维模型才有可能。综述了三维岩石断裂力学的实验和Ｇｒｉｆｉｔｈ－Ｉｒｗｉｎ理论研究的进展情况,指出三维破裂研究既包括三维裂纹的破裂,也包括无初始裂纹的Ｈｅｒｔｚ接触引起的破裂。总结了岩石三维破裂的特征,并简述了三维破裂在震源过程和断层形成问题研究中的一些证据和研究前景,认为一些地震前兆机理问题有可能在三维模型中得到解答。同时也讨论了三维震源与断层模型简化为常用的二维模型的条件。     

岩石裂纹附近的变形局部化与破坏——激光全息干涉法的应用

本文介绍了应用激光全息干涉法观测单轴压缩条件下裂纹附近的离面位移场和岩石的变形破坏过程。着重指出了裂纹构造活动与微裂隙丛集发育的变形局部化前兆在这种破坏过程中的相互关联,并就其所反映的震源物理本质进行了讨论。     

受压剪应力作用闭合裂纹的光弹性研究

文中给出了受压剪应力作用闭合裂纹端部应力场的断裂力学解.提出了一种预制闭合裂纹的新方法.对闭合裂纹做了新的光弹性研究.分析了应力强度因子(SIF)及闭合裂纹表面摩擦力的变化.探讨了压剪闭合共线双裂纹之间奇异应力场的相互作用.用有限元法对压剪闭合裂纹SIF所做的计算说明,本文实验结果合理.最后,讨论了本文结果在震源研究中的某些应用.      

裂纹端部旋转与应力集中的相互作用

我们用旋转和速度这样两个场矢量代替了传统的位移矢量,来描述弹性介质的状态变化.利用新的场变量可以获得一组弹性介质的动力学关系或场方程.现在作为场源的是用平均应力定义的应力变化率和应力集中,显然这对于讨论介质中存在裂纹和裂纹扩展这样一类动力学问题无疑是方便的.由场的能量动量张量和动量守恒定律,我们得到了旋转和应力集中相互作用的重要概念.最后我们讨论了型Ⅰ和Ⅱ型裂纹端部这种相互作用的图象,计算了相互作用的大小和方向.     

研究地震和岩石破裂现象的非线性科学方法

本文以地震孕育和岩石破裂过程的阶段(包括裂纹系形成、变形局部化和断层形成、断层活动和松弛)为线索,阐述了非线性科学方法(包括分形几何学,自组织临界现象和混沌动力学)的应用,提出了地震孕育过程和岩石破裂各阶段的普适性特征、机理和要着重研究的课题.     

台风双眼墙形成及眼墙替换过程的研究进展

台风双眼墙受到大尺度环境场强迫(如垂直风切变和高空槽/急流等)、海气相互作用和涡旋内部热动力过程共同作用,双眼墙的形成及其演变一直是台风研究中的热点和难点.虽然学术界提出了许多双眼墙形成和眼墙替换的可能机制,但一直未达成共识,尤其在平衡和非平衡、对称与非对称过程对双眼墙形成的相对贡献,以及边界层超梯度风的作用等方面还存在许多争议.本文重点梳理过去十余年来,国内外台风双眼墙统计特征、形成机制和演变机理等方面的发展现状及最新研究进展,讨论分析双眼墙研究中有待进一步解决的问题和发展方向,以期为下一步台风双眼墙研究提供有益的借鉴和参考.     

断层三维扩展过程的实验研究

实验研究三维断层的形成和扩展对于理解实际断层作用过程具有重要意义．在双轴压缩条件下开展了断层三维扩展过程的实验研究,利用多通道数字化高密度应变观测和基于可见光图像分析的数字散斑相关测量技术对岩石样品应变场的详细结构进行了动态观测和分析,同时利用多通道声发射全波形三维定位系统对样品内部微破裂的发育过程进行了观测．实验结果表明,断层在三维空间的扩展模式与二维明显不同,表现出更复杂的空间展布形态和变形机制．断层的三维扩展过程可以划分为3个基本阶段：第一裂纹扩展阶段——翼裂纹扩展阶段、转换阶段——花瓣裂纹活动阶段和第二裂纹扩展阶段——贝壳断面形成阶段．不同阶段具有不同的主导裂纹扩展方式,并对应不同的变形场和微破裂分布．其中,花瓣裂纹活动阶段在三维断层的发育过程中至关紧要,它是从表面似二维扩展向三维扩展转换的关键,也是三维断层扩展区别于二维断层的核心所在。     

导致脆性岩石破裂和地震波速变化的数值研究

对脆性岩石中由于应力和损伤而导致地震波速变化的数值研究技术作了介绍。通过耦合质点的链接模拟岩石样本，将其置于静水压和偏荷载状况下。在静水压加载期间，通过新的接触的形成和波速增大直至裂纹闭合。在偏荷载过程中，通过在裂纹开口的正交方向上耦合链的破坏和波速降低形成新裂纹。所模拟的波速变化特性与在实验室中观测到的接近。这个模型提供了独特的性能，具有直接检查微观过程，引导观测波速变化的能力。     

岩石破裂的两阶段模型

提出了岩石破裂的两阶段模型。在第一阶段，裂纹或局部的破坏是互不相关的，与以前含裂纹的负载相应，在岩石内随机萌生。随着岩石中损伤的累积，大丛集的空间上密集的裂纹和局部破坏区发育的可能性逐渐增大。在裂纹群扩展到足以形成更大一级破坏（第二阶段）岩石裂纹的地方先出现临界破坏密度。通过统计分析可知，空间上邻近的裂纹群内出现裂纹相互作用和协同裂纹时，裂纹群的最初发育是以业已存在的裂纹群中的随机变量为基础进行预测的。这样，模型中不稳定的第二阶段的开始可从随机的、不相关的破裂的产生中计算出来。本文提出的模型综合了固体强度的动力学概念（时间相关）岩石的分散等级结构及导致破裂增加的裂纹群。该模型的优点是对于包括地震过程在内的大范围尺度级别的破裂过程它都是正确的。引入了裂纹等级（裂纹大小）概念，提出了裂纹集结作用和破裂过程从一个级别向另一个级别的转变。     

含能材料损伤裂纹的工业CT图像分析

高聚物粘结炸药(PBX)可看作由炸药晶体及各种添加剂构成的多组份复合材料,为研究温度冲击时裂纹在炸药内部结构中扩展的过程,采用微焦点X射线CT扫描技术获得不同温度冲击条件下,炸药破裂过程中的一系列CT图像.本文根据CT差值图像,由是否出现线状影像判断裂纹的存在,通过变换CT差值图像中像素值的阈值范围分析裂纹的分布特点.基于CT物理原理对裂纹区域进行选取和定量化描述,研究了含能材料CT图像中裂纹形态判定和扩展方式的问题,从理论上探讨了含能材料损伤破坏的细观机理,为今后进一步利用CT进行材料疲劳寿命等相关分析提供一种新的方法.     

标本非均匀性对岩石变形声发射时空分布的影响及其地震学意义

基于一组实验结果,讨论了岩石标本的非均匀性（预存微裂纹和宏观裂纹）对声发射 时空分布的影响. 对比分析表明,预存微裂纹的存在使得破裂成核前声发射率快速增加、 b值表现出一种短期异常现象,即在下降背景上出现起伏,从而增加了破裂时间的可预报 性. 宏观结构（节理、层面等）的存在对声发射率和b值的影响与微裂纹相同,而且宏 观结构对声发射的空间分布具有控制作用,声发射丛集的宏观构造通常控制着未来的主破裂 . 这意味着宏观构造的存在使得主破裂的时间和位置预报成为可能.      

裂纹端部的力学研究

本文计算并讨论了忽视旋转的传统理论所不能给出的裂纹端部场与场源的相互作用，首先利用弹性力学方法计算了共线裂纹组端部的应力场及位移场，然后应用旋转理论给出共线裂纹组端部的扭转力通解，对单裂纹和双裂纹情形做了重点讨论．     

地震预测方法Ⅱ:评述

本文分析了各种地震预测方法对地震的预测情况.首先通过岩石力学实验和有限元模拟计算结果分析了含裂纹岩石材料的变形破坏过程;其次,将实验室岩石破坏过程的观测结果和有限元模拟计算结果外推到地壳岩石的变形破坏过程,从地震发生的物理力学机理出发,对多种地震预测方法进行了评述,研究这些地震预测方法的有效性和尚待解决的问题,同时对利用物理化学方法预测地震的前景进行了讨论.     

地震孕育过程中应力场的一个力学模型

本文根据求得的无穷远边界上作用的外力主矢量为常量的共线双半无限长裂纹的平面问题的线性解答,分析了应力场的定性特征:张压应力区的边界和裂纹将全平面分成六个区域,其分布主要由外力主矢量的方向所决定。对线性解答及其稳定性问题的讨论,使我们可从理论上分析裂纹的扩展方式,求得较“库仑破裂准则”强的破裂条件(主要依赖于外应力主矢量的方向)並给出了破裂长度的近似表达式。根据地质力学的观点,在地震孕育的整个过程中,可假定外应力沿同一方向持续加强,计算表明弹性变形使得该方向相对于闭锁段发生偏转,从而使整个孕育过程按外应力主矢量所达到的特定方向分为两个阶段:第一阶段,裂纹无扩展,通过以时间为参数的附加应力场的计算,讨论了上述微小偏转所引起的应力场的变化;第二阶段,裂纹扩展,即闭锁段两端发生纯剪切位错,通过该双位错所引起附加应力场的计算分析了该阶段的应力特征,並探讨了地震序列与大震的关系。最后讨论了平面非共线双半无限长直裂纹问题,得到了前述类似的结论。     

岩石破裂时电磁辐射的机理研究

本文提出了岩石破裂时的电磁辐射是裂纹尖端电荷随着裂纹加速扩展运动所产生的假说.应用断裂力学方法推导了岩石破裂时初始裂纹长度与裂纹扩展加速度的关系,并计算了其速度和加速度值.根据破裂岩石的电子发射理论,解释了裂纹尖端带电荷的现象.利用岩石在单轴压缩致裂过程中记录到的近场电磁辐射的实验结果,计算了裂纹扩展时裂纹尖端的电荷量和远场电磁辐射强度.通过对电磁辐射波谱分析的研究,得到岩石破裂时电磁辐射频率上限的估计值.最后对岩石破裂时出现的声光电磁现象在理论上作了统一的定性的解释.