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.      

中等主应力变化引起的岩石破坏与地震

用真三轴试验机对福田花岗岩和山口大理岩进行了实验研究.表明,如果从一定的应力状态开始,保持最大主应力和最小主应力不变,单独改变中等主应力可以引起岩石的破坏.在这种情况下破坏前声发射率急剧增长的前兆比由最大主应力增加引起岩石破坏时的声发射前兆出现晚得多.联系这一现象对中等主应力变化引起地震的可能性进行了探讨.      

应力途径的研究

本文回顾了五年来应力途径研究工作的进展。实验表明几种岩石的强度、延性和脆性、体积变化和破坏前兆等与应力途径有关。三个主应力的变化(最大主应力的增加,最小主应力的减小和中等主应力的增加或减小)都能引起岩石的破坏,而破坏前兆的表明却有很大差别。这对了解岩石的性质和研究地震成因及前兆规律性有一定的意义。     

应力途径对岩石脆性-延性变化的影响

用两种加载方式对岩石的破裂进行了实验研究。一种方式是在一定的围压下增加轴压使岩石破裂（A型）;另一种方式是在一定围压下增加轴压直到破裂前某一应力状态,然后停止加轴压转而减小围压使岩石破裂（B型）。所用的岩石样品为济南辉长岩和山东掖县白大理岩。着重研究应力途径对岩石脆性-延性变化的影响。辉长岩在1.5千巴以下两种应力途径下的破裂都表现为脆性,但是对于同样的应力状态,B型实验比A型实验显得更脆。随着围压增加到200-250巴之间,大理岩由脆性转变为延性。围压250巴以上,大理岩的A型实验发生延性破裂。样品承受载荷的能力是逐渐丧失的。破裂过程中声发射率极低,听不到破裂声响。最后在样品中形成了剪切断面,但破裂很慢。然而,在大理岩的B型实验中,围压在250巴以上发生了脆性破裂,其表现为轴向应力突然下降,伴随着脆性破裂的声响并有声发射率剧增的前兆。看来,B型应力途径对岩石起了一个脆化的作用。     

北京地区地应力测量与主要断裂稳定性分析

2008年汶川地震后,为查明北京地区现今地应力状态、评价断裂稳定性,相继在北京地区开展了5个深孔（600~1000 m）的水压致裂法地应力测量,并在适宜深度安装了地应力相对变化监测探头,建立了地应力变化监测台站.本文首先利用实测地应力数据分析了北京地区地壳浅表层应力状态,结果表明：（1）北京地区千米深度内,最大、最小水平主应力随深度增加梯度系数分别为0.0328和0.0221,侧压系数K_av和K_Hv值,最大、最小水平主应力之比K_Hh值与国内外已有认识基本一致,而水平向剪应力相对强度参数μ_m值较低;（2）北京地区最大水平主应力优势方向为近EW向,与华北地区构造应力场方向基本一致,同时受区内断裂活动等影响,存在与区域主应力方向偏差的局部应力场;（3）实测数据揭示的应力结构显示,北京地区地壳浅表层最大主应力（σ₁）总体为最大水平主应力（σ_H）,受区域构造演化以及测点附近断裂的影响,中间主应力（σ₂）与最小主应力（σ₃）所对应的实测地应力存在变化,但总体来讲,实测地应力数据揭示的应力结构与北京地区主要断裂性质基本相吻合.其次,基于实测应力数据,采用库仑摩擦滑动准则,结合拜尔定律,并取摩擦系数为0.2~1.0,初步评价了北京地区主要断裂稳定性,结果显示：（1）在摩擦系数取0.6~1.0条件下,北京地区现今应力状态尚未达到导致断裂失稳滑动水平,断裂不会出现失稳滑动现象;（2）摩擦系数弱化到0.4时,西峰寺钻孔应力状态满足断裂失稳滑动条件,揭示出八宝山断裂存在失稳滑动可能性,而夏垫-马坊断裂和黄庄-高丽营断裂附近测点应力状态将趋近满足断裂失稳滑动条件,表明这两条断裂有趋向失稳滑动可能性;（3）只有当摩擦系数弱化到0.2时,北京地区主要断裂才可能在现今应力状态出现断裂失稳滑动.本文的认识对北京地区乃至华北地区构造应力场、地震地质研究有重要参考意义.     

岩石在不同应力条件下的声发射

本文比较了岩石在不同应力条件下的声发射,发现岩石受引张或张剪应力作用与岩石受压剪应力作用相比,出现声发射时的作用应力与破裂强度的比值不同。在引张或张剪应力作用下,直至作用应力达到破坏应力的百分之九十时,才有声发射出现。在压剪应力作用下,不管采用何种应力途径,只要有应力变化,就有声发射出现。如果认为声发射幅度仅由应力条件和破坏尺度决定,上述不同应力条件下的声发射特点,可能对应着不同类型的地震。引张或张剪应力条件下的大震。可能完全没有微震前兆。     

房山大理岩试件的水压致裂试验

引言 按照Hubbert和Willis的理论,水压致裂的破坏准则为: P_c-P_o=σ_t+3σ_3-σ_2,(1)式中P_c是破坏压力,P_o是岩石中的初始孔隙压力,σ_t为钻孔壁上岩石在水平方向的拉伸强度,σ_2和σ_3依次为水平方向上的最大和最小的有效主应力,取压应力为正。因为破裂面垂直于最小水平主应力,关泵后裂缝既不扩展也不     

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     

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     

单轴压缩下含断层带花岗岩声发射、微震和电荷感应实验

针对岩样在外载荷作用下失稳破坏前有声发射、微震和电荷等信号的异常变化特性,运用声发射、微震和电荷感应等全波形综合监测设备对含断层带花岗岩在单轴压缩下变形破裂过程的信号进行同步监测。结果表明:含断层带花岗岩在弹性变形阶段有明显的声发射、微震和电荷感应同步前兆信号,在试样失稳破坏阶段有同步的声发射、微震和电荷感应大幅值前兆信号。断层带对花岗岩试件强度的影响是显著的,含断层带试件的单轴抗压强度大大降低。随着断层带倾角的减小,试样的单轴抗压强度降低,岩样更容易失稳,失稳破坏的能量也更大。随着断层带倾角的减小,试样变形破裂过程的声发射、微震和电荷感应信号都增多,试样出现同步的前兆信号时的应力降低,在试样失稳破坏阶段声发射、微震和电荷感应前兆信号事件的持续时间都增大。断层带倾角30°时,声发射、微震和电荷感应信号突变性增加,进入危险阶段大大提前,大震级事件也显著增多,在矿井大倾角断层处更为危险。在试样失稳破坏阶段前同步产生密集且大幅值的声发射、微震和电荷感应信号,持续时间较短;在试样失稳破坏阶段同步产生密集且最强的声发射、微震和电荷感应信号,持续时间较长。声发射监测数据能较好地反映岩石的微小破裂情况,对声发射、微震和电荷感应前兆信号相结合分析,可以更准确地获得岩石失稳破坏的前兆信息。     

西昆仑东段震源机制和构造应力场特征

本文利用新疆测震台网记录的宽频带波形数据，采用CAP方法反演西昆仑东段2010年1月—2018年12月M_S≥3.0地震震源机制，并结合研究区早期的震源机制数据分区反演构造应力场。结果表明:研究区地震破裂类型以逆断型和走滑型为主，其次为正断型，过渡型最少；震源机制节面在NWW向存在明显优势分布且倾角较陡，压应力P轴在NNE向有优势分布且倾角较小，张应力T轴在NW-SE向有优势分布且倾角较小，说明研究区总体上主要以NNE向的水平挤压和NW-SE向水平拉张作用为主；西南区域应力结构为走滑型，东北区域应力结构为逆断型，最大主应力轴σ₁方位的最优解都呈NNE向，但西南区域更偏东，东北区域水平作用更明显。东北区域的应力形因子R值较小，体现该区域的物质隆升相对于西南区域物质隆升分量大。     

低孔隙度泥页岩应力依赖的各向异性裂纹演化特性研究

本文在实验室对所获取的东营地区层理发育的低孔隙度页岩和泥岩的各向异性裂纹演化特性进行了研究,获得了各向同性条件下泥页岩的力学与超声波响应特性,分析了应力幅度对于页岩声波速度和各向异性的影响.主要结论包括:(1)泥页岩在循环载荷下存在滞后效应,表明其经历了去压实或油气产生导致的超压;(2)泥岩和页岩具有不同程度的各向异性,随着各向同性压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱;(3)分析了岩石韧度和裂纹损伤参数随压力的变化特征,相比泥岩,页岩各向异性程度更高,随压力变化更明显,其裂纹导致的附加各向异性更强;(4)分析了各向异性岩石的动态弹性模量特征,由于软裂隙空间的闭合,动态弹性模量在低压条件下都随着围压的增加有硬化趋势.     

岩石试件刚度及压力机刚度对岩石主破裂前声发射相对平静的影响

本文通过对岩石试件的真三轴压缩实验，分析了岩石试件卸载刚度ＫＦ与压力机系统刚度比值对岩石破裂型式及破裂前声发射相对平静的影响，结果表明：当ＫＦ／ＫＳ＞１时，岩石试件产生突发断裂；当ＫＦ／ＫＳ＜１时，岩石试件产生缓裂，并且ＫＦ／ＫＳ的值越小，相对平静时间赵长；ＫＦ／ＫＳ的值越大，相对平静时间越短，而当ＫＦ／ＫＳ＞３时，声发射相对平静时间为零。     

岩盐断层带摩擦滑动的速度依赖性转换及其地震学意义

为了深入理解断层带摩擦滑动速度依赖性转换及其机制,利用双轴摩擦实验对干燥及含水条件下岩盐断层带摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥岩盐断层带在0.1~100 μm/s的速度范围内表现为速度弱化,增大σ₂会使断层带向速度强化转变;含水条件下岩盐断层带在1~100 μm/s的速度范围内表现为速度弱化,而在0.1~0.01 μm/s的速度范围内表现为速度强化,速度依赖性转换出现在0.1~1 μm/s,其中断层表现为振荡或应力释放时间较长的黏滑事件;岩盐断层带在干燥条件下表现出很强的声发射活动,每个黏滑均对应一丛声发射事件,而在含水条件下一次黏滑只对应一个声发射事件.显微观察表明,局部化的脆性破裂是速度弱化域的主要变形机制,分布式的碎裂流动是干燥岩盐断层带在速度强化域的变形机制,颗粒边界迁移以及压溶作用的塑性变形是含水条件下岩盐断层带在速度强化域的主要变形机制,而脆性破裂和塑性变形共同控制着速度依赖性转换域断层带的变形.水的存在促进岩盐发生塑性变形,进而导致断层带从速度弱化向速度强化转换.上述结果有助于理解断层带上地震活动的特征和慢地震的机制.     

由多个地震的震源机制解推断喜马拉雅弧形山系的构造应力场

利用地震P波的初动符号测定出地震的震源机制解,进而推断构造活动区的区域应力场,一直是地震学的重要课题。 为了研究喜马拉雅弧形地带的构造应力场,本文采用了G.Vasseur等人提出的求综合断层面解的定量方法。它以每个震源机制解的两个节面解（断层面和辅助面）作为基本资料,试图求出该地区的统一应力场。这个应力场能够较一致地符合各个地震的节面解。     

不同单轴加压方式下岩石声发射的时间过程与频率特征

本文利用两个频率通道同时接收花岗岩标本及石灰岩标本在不同单轴加压方式下的声发射信号,研究了从加压到破坏的整个形变过程中,不同频道接收到的声发射率的变化特征.发现在各种加压方式下,花岗岩和石灰岩在破坏前,由不同频率通道接收到的声发射率均急剧增长;而在破坏的瞬间,高频通道接收的声发射率增长快于较低频率通道的声发射率.这两点可用来预测岩石的破坏.声发射率随轴向应力的变化与加压方式有关.匀速加压,加压过程中保持一段时间恒压或降压均对应一定的声发射率状态.有可能通过追踪声发射情况,推测应力变化趋势.      

The Assessment of Damage Around Critical Engineering Structures Using Induced Seismicity and Ultrasonic Techniques

—?Two large-diameter boreholes have been excavated vertically from the floor of a tunnel at the Äspö Hard Rock Laboratory, Sweden. The two deposition holes will have simulated high-level radioactive waste canisters installed in them in an experiment undertaken to test the retrievability of waste from a proposed repository. Induced seismicity and other acoustic monitoring techniques have been used to investigate the Excavation Damaged Zone (EDZ) around the two holes. High-frequency acoustic emission (AE) monitoring has been used to delineate regions of stress-induced microfracturing on the millimetre scale. This has been shown to locate in clusters around the perimeter of the deposition hole at azimuths orthogonal to the far-field maximum principal stress. Three-dimensional velocity surveys have been conducted along ray paths that pass through the damaged region and through a stress-disturbed zone around the excavation. Induced microfracturing and stress disturbance have been observed as sharp decreases in velocity as the excavation proceeds through the rock mass. The combination of the high-resolution velocity measurements and the AE source locations has allowed the linking of the velocity measurements to a volume of excavation damaged rock. This has provided a quantitative estimate of the effect of the EDZ on the rock mass.