单轴压缩下岩样破坏过程中的发光现象

地震前和地震时的电磁辐射和发光现象,已被多次震例所证实,这些地震资料的分析与岩石样品的实验室研究相结合,对解释地震发生的过程会有积极意义。本文介绍的岩石破裂过程中的宏观发光现象对研究震前地光和电磁辐射的成因可能是一个有益的启示。     

脉冲超声波穿过单轴压缩岩样的动态传播特性

本文叙述脉冲超声穿过单轴压缩岩样时的瞬态波形变化特征。1.大约从破裂应力的80％起,脉冲超声波形的衰减系数K开始下降,并于主破裂前有一显著低值;2.脉冲超声第一波峰的幅值Ap_1从破坏应力的70％,走时t_(p1)从破坏应力的80％开始,随载荷应力σ的增加幅值减小,走时增加;3.最大振幅与其持续时间的对数比α和波形衰减系数K显示同步变化。据此认为,上述变化特征是单轴压缩岩样对脉冲超声的综合影响。     

基于SPH法的单轴压缩岩样破坏过程中应变局部化和能量释放数值模拟

本文采用自主编写的光滑粒子流体动力学法程序,在平面应变单轴压缩条件下,开展了非均质岩石试样破坏过程中剪切带、声发射数及应变能释放量的演变规律研究,探讨了形状参数和Weibull分布函数的定位参数的影响,而过去的研究更多地关注形状参数的影响.仅粒子的黏聚力被认为服从Weibull分布.当粒子破坏后,粒子的黏聚力跌落至残余值,在此过程中,最大主应力(即第3主应力)保持不变.得到了下列结果.随着定位参数的增加,破坏粒子的分布由弥散向集中转变,岩样的纵向应力峰值增加.每20个时步数目的全局最大声发射数和全局最大应变能释放量均发生在峰后应力迅速跌落过程中,与二者有关的8个量随形状参数或定位参数的演变规律较为复杂,这应与岩样破坏形态的多样性有关.     

平面应变双轴压缩岩样剪应力异常及破坏过程模拟

利用FLAC,模拟了双轴压缩岩样的破坏过程及剪应力异常.在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型.本文仅分析了3个具有较大应力降的周期的剪应力异常及塑性区分布.在第1及第2周期,剪破坏分别发生在试样的两侧及背景空区内部,前兆明显,地震属于断错型.在第3周期,背景空区之外的新剪切破裂带引起断错型地震;空区内部的老破裂带引起走滑型地震,未观测到前兆.在塑性区边缘,剪应力梯度较高.破裂带位置剪应力值反而较低.尽管在应力-应变曲线的软化阶段之前,不同单元的剪应力表现出千姿百态的复杂形态,但尚有规律可循.若几个单元都位于某条破裂带上,则剪应力的变化可能是同步的,或演变规律类似.鉴于原地复发地震类型可能不同,前兆将有差别.     

单轴压缩下砂岩内部P波速度的变化特征

平行或垂直岩石层理进行单轴向加载直至样品破坏强度的95%左右稳压,在充水或不充水时,观测到的干燥样品及饱和样品内部P波速度的变化特征如下: 1.样品临破坏前P波速度在垂直与平行岩石层理方向上的变化具有很大的差异性。2.P波振幅及波形也随着应力的不断增加而发生变化。     

单轴压缩煤样三种应变的变异系数的统计分析

开展了相同加载速度条件下单轴压缩煤样最大剪切应变、最小主应变和最大主应变的变异系数随纵向应变和纵向应力的演变规律.利用基于粒子群优化算法及牛顿-拉菲逊迭代方法获得煤样表面测点的位移,利用中心差分方法获得应变.研究发现,在煤样应变局部化启动(单轴抗压强度的56%)瞬时,最大剪切应变和最大主应变的变异系数发生了突增(分别为0.16~0.32和0.12~0.53);在煤样应变局部化启动至应力峰之间,两种变异系数总体上先不断提升,当应力峰被达到之时,其已从高值回落.与应力的演变规律和最大剪切应变以及最大主应变的时空分布规律相比,在识别煤样应变局部化启动和破坏前兆方面,最大剪切应变和最大主应变的变异系数有明显的优势,最大剪切应变的变异系数更具优势,最小主应变的变异系数不具优势.     

单轴压力下有补给水岩石电阻率变化各向异性研究

将两种规格的长方体水饱和花岗岩标本，以标本一个面的中心点为中心，对称布置成互成４５°角的４条对称四极法电阻率测线。标本电极面和相邻面的一小部分用防水环氧胶密封，使标本在装有水的承压水箱中，沿标本长轴方向受压，观测标本视电阻率随压力的变化。实验结果为：（１）有补给水实验与无补给水实验，电阻率变化整体形态相似，即电阻率随压力的变化先上升，后下降，但有补给水实验的电阻率下降幅度要大一些。（２）电阻率变化出现明显的方向性，可以用电阻率变化最大的各向异性主轴方向表示；实验中，用４条测线、４种组合（每３条测线组合可以确定１个视电阻率变化各向异性主轴方向）方法确定的４个电阻率变化各向异性主轴方向基本一致。（３）加压期间，电阻率各向异性主轴方向随压力增加发生变化，这种变化不是渐变和乱变，而是有规律的跃变，即整个实验过程，多数标本只跃变１—３次，每次跃变形成一个主方向，在主方向内，角度变化不大。（４）有补给水岩石电阻率变化整体形态与美国Ｂｒａｃｅ等（１９６８）所作的围压和孔隙压的岩石电阻率变化形态相似。     

含裂隙介质中的视电阻率各向异性变化

我国50多年的视电阻率连续观测结果表明,大地震前近震中区域的视电阻率呈现出与主压应力方位有关的各向异性变化,即：垂直于主压应力方向观测的变化幅度最大,平行方向最小或不明显,斜交方向介于二者之间.目前我国定点台站视电阻率观测的探测范围主要在浅层沉积层以内,通常含有较多的含水裂隙.本文将地下岩土介质简化为由固体基质和含流体/气体裂隙组成的固液气三相介质,且基质、流体和气体具有标量形式的电阻率,推导出了包含基质和流体电阻率、裂隙率、饱和度和裂隙面积率因子的电阻率张量表达式.以裂隙的扩展/闭合表示应力作用下裂隙的变化,得到了电阻率随裂隙变化的微分形式,电阻率变化对裂隙体积变化放大系数的表达式和裂隙横向变化对纵向电阻率影响的横向权系数的表达式.在此基础上得到了介质电阻率和视电阻率的各向异性变化特征：对于含水裂隙介质,无论裂隙如何变化,均是最小主轴方向电阻率的变化幅度大于其他方向;对于含水孔隙介质,沿孔隙主要变化方向的主轴电阻率变化幅度大于其他方向.对于各向异性变化,视电阻率和介质电阻率存在π/2的方向差异.相较于含水岩石,无水岩石介质电阻率的各向异性变化不显著.本文提出的电阻率表达式可以对实验室和野外实际观测的许多结果做出合理的解释.

     

岩石电阻率变化各向异性与微裂隙扩展方位实验研究

将不同规格的长方体花岗岩标本,按事先设计的图案布设多个电极,并用抽真空的方法将标本进行水饱和．然后将标本电极面和相邻面的一小部分（包括棱）用防水绝缘胶密封．用多电极组合法,将己布电极组合成不同方向、不同极距的电阻率各向异性测线和电测剖面、电测深测线．使标本在装有水的承压水箱中,沿标本长轴方向受压,观测标本电阻率随压力的变化．在实验中,一些标本被压坏,出现宏观裂隙;一些标本没有被压坏,没有被压坏的标本通常压到电阻率出现明显破裂前兆为止．然后,将未压坏的标本测量面显微照相,从照片上寻找裂隙的优势方向,和被压坏标本的宏观裂隙一起,与电阻率各向异性计算结果进行对比,实验结果表明:① 裂隙和破碎带通过区域的测点,视电阻率变化各向异性结果好,4种组合求得的4个各向异性主轴方向趋于一致,且与破碎带方向基本吻合;裂隙和破碎带不经过区域的测点,或者4个视电阻率变化各向异性主轴方向不一致,或者根本求不出各向异性解．这后一种情况,在裂隙面平行测量面时,表现最为明显;② 显微照相显示的微观裂隙或破碎带的优势方向与电阻率变化最大的各向异性主轴方向基本一致;③ 电测剖面的结果,能较好地反映裂隙的位置和区域．      

岩土层受力时电阻率变化与应变的关系

与基线测量和电阻应变片测量资料对比,得到小应变条件下某些天然不饱和岩、土层电阻率对应变的比例(放大)系数K=(△/)/△可达103,且应变愈小K值愈高.分析这种实验结果得到,电阻率与应变的关系为-(E+F0.4),其中为孔隙度;E,F为常数.这说明,受力时岩石的结构指数n不再是通常认为的常量,而是应变的函数,即n=E+F0.4.所以高放大系数是不饱和岩土层在微小应变条件下的一种较普遍的规律.选择放大系数不低于103的台址,进行电阻率观测,可望在地震前震中附近观测到5%量级的异常变化.      

受压岩石电阻率的方向性及其在地震预报中的应用

研究了受压岩石电阻率的方向性,结果表明,沿着压力方向岩石电阻率变化最小,垂直压力方向岩石电阻率变化最大,与压力方向成45°夹角的岩石电阻率变化居中。     

1.2千巴围压下岩样破裂和摩擦滑动过程中电阻率变化h

在1.2千巴围压下进行了三种初始饱和岩样(辉长岩、花岗岩Ⅰ和Ⅱ,各以淡水和盐水饱和)的压缩实验直至破裂并继续到摩擦滑动,所有实验中测定了岩样电阻率。 以Brace等人研究表面电导的方法为基础,我们引入给定含水岩样的体电阻系数和面电导系数两个专用术语以分析实验结果。发现一旦岩样开始膨胀,其面电导系数随差应力增加都增大。结果表明:含水岩样体膨胀后电阻率下降主要是由于表面电导作用的增强。 和前人的结果不同,不同岩样摩擦滑动时电阻率变化各异。作者提出:这种差异可能与岩石中所含矿物颗粒大小有关。含大颗粒的岩石滑动时电阻率下降,而含小颗粒的岩石滑动时电阻率上升。     

岩石单轴高温蠕变试验装置

近年来,国际上广泛开展岩石流变学研究,模拟岩石在地壳内的物理状态和破坏过程,以寻求地球动力学及地震等灾害性地质现象的物理基础。时间是流变学研究中非常重要的参数。同一物体,在相同的温度、压力条件下,表现的流变特征依赖于所持续作用的时间。岩石材料单轴高温蠕变装置,正是为了研究在长期稳定压力和高温环境下,岩石变形和破坏过程随时间的变化这一目的而设计制造的。目前,国际上进行岩石蠕变试验的手段、形式不一,但绝大多数是利用丝杠或液压加载方式。这种加载     

单轴应力作用下两种不同方法研究岩石磁化率变化的结果

本文介绍了对北京——唐山地区八种强磁性岩石标本的压磁实验结果,观察了它们在高压应力下,直至破坏前后的磁化率变化特征。发现磁化率的变化只是其应力值的函数,与体积变化过程、微裂膨胀过程关系甚微。磁化率的压力系数取值范围为——(0.4——3.0)10-3MPa-1。同时,本文还得到了标本中出现破裂后岩石的压磁曲线。 运用铁磁学理论,对上述压磁实验结果作了初步的分析解释。      

花岗岩压缩带电的实验研究

在单轴压力下用测量微电流方法对花岗岩标本表面的电荷性质进行了实验研究,同时对产生这种表面电荷的可能原因进行了分析.     

花岗岩压缩带电的实验研究

在单轴压力下用测量微电流方法对花岗岩标本表面的电荷性质进行了实验研究,同时对产生这种表面电荷的可能原因进行了分析.     

地电阻率正常变化的初步研究

观测地壳浅层电阻率随时间变化以寻找地震信息是地电阻率方法的目的。实际工作中,在保证观测精度的前提下,发现正常（无震）情况的地电阻率仍然存在着复杂的变化,给定量和定性分析地震异常带来相当大的困难。 本文分析了一些台站正常地电阻率的变化规律,并在此基础上提出“变化电性剖面模式”,来阐明一些台站正常地电阻率变化的复杂过程及其产生的可能原因。从此观点出发,导出以二层电性剖面为特征的台站正常地电阻率相对似年变化幅度公式。通过典型计算,提出获取平稳的正常原始资料是解决上述困难问题的方向,并指出了获取平稳正常变化资料的具体途径。     

地电阻率正常变化的初步研究

观测地壳浅层电阻率随时间变化以寻找地震信息是地电阻率方法的目的。实际工作中,在保证观测精度的前提下,发现正常（无震）情况的地电阻率仍然存在着复杂的变化,给定量和定性分析地震异常带来相当大的困难。 本文分析了一些台站正常地电阻率的变化规律,并在此基础上提出“变化电性剖面模式”,来阐明一些台站正常地电阻率变化的复杂过程及其产生的可能原因。从此观点出发,导出以二层电性剖面为特征的台站正常地电阻率相对似年变化幅度公式。通过典型计算,提出获取平稳的正常原始资料是解决上述困难问题的方向,并指出了获取平稳正常变化资料的具体途径。     

油藏条件下孔隙岩样毛管和电学性质研究

本文系统总结了国内外关于油藏条件下岩石物理基础实验研究的成果、现状及发展方向。油藏条件主要是指油藏实际的温度、压力、毛管及电性平衡、饱和顺序和润湿性质等。实验研究及现场资料均表明，油藏条件和地面实际室条件下饱和流体孔隙岩样毛管及电学性质有很大差惜同藏条件下毛管及电学性质实际研究对准确评价油气储量及促进岩石物理学基础理论发展具有重要意义。