岩石微破裂震源过程的声发射研究进展

从岩石微破裂的破裂模式和震源机制、声发现事件波形的振幅频谱特征、介质特征等方面,对地震研究领域岩石微破裂声发射近期的一些研究结果进行了简单综述。     

岩石破裂扩展过程中的声发射b值动态特征及意义

利用多道声发射（ＡＥ）采集系统记录了不同构造的岩石试件变形破坏过程中的ＡＥ全波形，由扫描算法求得试件变形全过程的ＡＥｂ值动态曲线；根据变化幅度和演化方式，将ＡＥｂ值曲线分为山脊线状和台阶状两类；经与应力－应变时程曲线及试件破裂特征对比，发现山脊线状和台阶状ＡＥｂ值曲线分别对应于较均匀岩石试件的渐进式稳态破裂扩展和含扁平状非均匀构造岩石试件的突发式失稳破裂扩展，后者的破裂状态及其转变可用破裂相和相变来描述     

循环加载下岩石破裂过程中声发射b值变化特征及意义

1 研究背景 声发射是指岩石在受力过程中发生变形和破裂,其应变能释放所监测到的一种物理现象,而b值是表征地震震级—频度关系的参数,研究人员发现,b值具有非线性特征,且与岩石破裂过程密切相关.因此,利用岩石试件变形破坏过程中产生的声发射事件模拟地震,进而研究不同加载条件下岩石变形破坏过程中的声发射b值变化特征,可用于监测...     

SF-1型岩石声发射测试仪

SF-1型岩石声发射测试仪是岩石力学实验研究的一种非常有用的测试仪器。它可以用来监测岩石或岩石样品在外力作用下,发生变化过程中由微破裂所产生的声发射现象。它不仅可以研究微破裂与应力、变形、波速、时间等的变化规律,而且还可以进一步研究微破裂与主破裂(大破裂)的关系。所以它在岩石或岩体的变形破坏实验研究中具有重要的意义。多年来,在进行岩石力学研究中一直缺少适用的声发射仪,从而影响了这方面工作的开展。为了当前     

影响岩石声发射的几个因素

以岩石的损伤本构关系为基础，分析声发射与岩石－试验机共同作用系统稳定性的关系，重点从微观上讨论了试验机刚度和岩石均质变的影响，并从岩石破裂失稳角度分析了围压降低所引起的声发射活动性强现象，最后考虑载荷历史的影响，得到了和主震－余震相对应的声发射模式。     

1999年度中俄合作岩石破裂实验研究

１９９９年１１月～１２月,俄罗斯科学院圣彼得堡Ｉｏｆｆｅ技术物理研究所Ｖ．Ｓ．Ｋｕｋ－ｓｅｎｋｏ教授等专家应邀来华,与中国地震局地球物理研究所和中国科学院地球物理研究所合作,在震源物理实验室开展分米级尺度岩石破裂实验研究。实验中采用了ＳＤＡＥ－８型系统,进行声发射地定位和实时显示。实验采用了多种典型构造模拟和加－卸载方式,取得了丰富的成果。该实验开辟了国际间实质性合作的新途径。     

声发射技术在岩石力学研究中的应用

随着地震预报研究的开展,岩石力学与地震预报的联系越来越紧密。声发射技术是岩石力学研究中十分重要的工具之一。本文对声发射技术作了简单的介绍,评述了它在岩石力学研究中的应用,介绍了用声发射技术研究地震序列和破裂机制的一些结果。     

声发射技术在岩石力学研究中的应用

随着地震预报研究的开展,岩石力学与地震预报的联系越来越紧密。声发射技术是岩石力学研究中十分重要的工具之一。本文对声发射技术作了简单的介绍,评述了它在岩石力学研究中的应用,介绍了用声发射技术研究地震序列和破裂机制的一些结果。     

脆性材料强破裂前兆的初步研究

本文依据现有的实验结果初步研究脆性材料在破坏孕育过程中发生的强破裂的前兆特征.以应变(形变)突变、破裂弹性波限幅等物理变化特征确定强破裂;研究总结了不同试样、两种加载方式的破坏试验中的多个强破裂的前兆特征变化:一类为包括定点和场的应变变化特征,另一类为包括声发射率(破裂频度)、b值、波谱及微破裂时空分布等的声发射变化.此外,还有突发电磁扰动和应变扰动.然而,所有这些前兆特征变化并非在所有材料试样、所有强破裂之前同时都出现,也不是所有测点、任何方位都能观测到.同时指出,至今未见到对一次破坏实验中的系列强破裂(至少3~5个)前兆特征的系统对比研究,这正显示了这类研究的艰难,深入开展强破裂前兆研究对地震预测可能有重要意义.     

三轴压缩下粗晶花岗闪长岩声发射三维分布及其分形特征

本文介绍稻田花岗岩(Inada granite,即粗晶花岗闪长岩)在三轴压缩变形条件下,声发射活动空间分布特征的实验研究结果。研究表明,声发射空间分布具有明显的自相似结构,其分维维数为2.1—2.3,明显低于大岛花岗岩(Oshima granite,即细晶花岗闪长岩)在相似变形条件下的结果,后者为2.7左右。粗晶花岗岩声发射分布还具多分形特征,其拐点为岩石平均颗粒粒度R_o(=5mm),在大于R_o的尺度内的分维D_l和小于R_c尺度的分维D_s各自具有不同的动态变化关系。作者指出,D_s,D_l的大小表示各自尺度内应力场非均匀变化     

共线不连通断层标本变形过程中群体微破裂事件的时空演化

设计了共线不连通断层物理模型,在概念上可模拟与地震孕育相关的障碍体或强固区。开展了中等尺度辉长岩标本的双轴破裂实验,对4600余次微破裂事件进行了精确定位,据此对共线不连通断层标本变形过程中群体微破裂事件时空演化的统计特征进行初步研究。由于强闭锁作用,变形过程中在98％的峰值强度,以前围绕不连通区域显示一系列在时间上依次递进、空间上逐步收缩、长轴方向随之改变的“空区”演化图像。在峰值强度后的弱化阶段,较大的声发射事件在被动盘明显丛集,而主动盘则小AE事件呈弥散性分布,与弹性变形阶段相比。弱化阶段AE主体活动区域从主动盘迁移至被动盘,并且AE较大事件次数明显增多、应变能释放急剧增加,声发射率在不连通区域破裂前的瞬间达到最高值。b值在不连通区域破裂失稳前显示“趋势性降低—快速回升”这一典型变化过程。对比研究还表明,破裂型失稳较粘滑型失稳具有更为明显、丰富的微破裂前兆。     

声发射矩张量自动反演

岩石实验中常通过声发射定位了解岩石内部微破裂发生的时间和位置.如果将地震学中震源机制反演算法引入声发射研究,就可获得微破裂机制,对分析力学过程很有帮助.然而岩石样品中的声发射与野外地震不同,有一些难点:①声发射采集系统的采集通道一般较少,根据少数一些点的初动方向,无法精确勾勒出节面的空间分布;②岩石在围压不高时破裂不一定是纯剪位错,也就是说不一定符合双力偶模型,初动方向有可能不是四象限分布;③构造物理实验中常观测到成千上万个声发射事件,到时识别、初动方向识别很难依靠肉眼识别完成.     

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.      

岩石声发射的损伤模式及其在地震研究中的初步应用

本文运用损伤理论和微元强度统计理论导出了声发射参数与损伤参量及应变的关系模型。依据这一模型,分析了单轴压缩时岩石破坏阶段声发射特性与压机刚度的关系。在此基础上,探讨了声发射活动规律与孕震过程及地震活动的内在本质联系。     

岩石构造对声发射统计特征的影响

利用一套最新型的全波形、宽动态声发射观测系统,对两种不同构造的花岗岩在三轴压缩变形实验中的声发射活动进行了对比研究。二者在声发射空间分布,声发射与体积扩容的对应关系,声发射频谱特征及频度能级统计参数等方面均有明显差异。这表明,岩石构造对声发射的基本统计特征有显著的控制作用。其原因在于岩石构造的差异造成变形方式和变形过程的不同     

岩石红外辐射温度随岩石应力变化的规律和特征以及与声发射率的关系

在实验室对不同岩性不同结构的岩石试件进行单轴加载至试件破裂试验，得出了如下主要结果：（１）岩石试件的红外辐射温度随应力增加而变化，温度变化的范围在０．２℃－０．８℃。（２）岩石试件临破裂前出现明显的岩石破裂温度前兆。（３）有一部分岩石试件临破裂前出现高温条带、高温区或低温条带、低温区。不久，试件沿高温条带、区或低温条带、区发生主破裂。（４）有一部分岩石试件在临破裂前出现温度脉冲，正脉冲达到２．８℃，负脉冲达到－１．０℃。（５）当应力增加时，岩石试件的辐射温度增加与声发射率增加呈互补关系。     

不同温度条件下花岗岩变形破坏及声发射时序特征

在４００ＭＰａ范围及２０～８５０℃的温度范围内,研究了花岗岩的变形破坏及声发射时序特征。结果表明,随环境温度的升高,岩石强度降低,破坏方式从突发式失稳逐渐转变为渐进式,破坏类型亦从生剪切破裂逐渐转变为半脆性、半延性和延性破坏。声发射数量随温度升高迅速减少,出现ＡＥ活动及ＡＥ活动显增强的差应力水平亦有所提高。温度不太高时（２５０℃以下）,随破坏强度的临近,破前ＡＥ紧计频度指数增长,其指数增长速率随温     

混凝土试样破裂前的声发射m值变化

对混凝土样品在单轴应力条件下破裂前不同应力状态下的声发射m值进行了实验研究。混凝土样品为10×10×10cm~3的正方体。实验表明,干燥混凝土样品破裂前声发射m值随应力的增加而降低;含水混凝土样品的m值先随应力的增加而增加,当应力达强度的60％以后,m值随应力的增加而降低。混凝土样品破裂前声发射率先随应力的增加而缓慢增加,当应力达强度的70％以后,声发射率开始明显增加以至破裂前急剧增加。含水混凝土破裂前声发射率比同种干燥样品低两倍左右。