内孔加压三轴条件下岩石的破裂试验研究

本文应用岩石孔压三轴仪,研究花岗岩和大理岩的破裂特性,探讨应力途径对岩石破裂强度的影响。试验结果表明:(1)岩石的内孔水压致裂强度随围压的增加而线性增加,(2)在拉,压应力组合条件下,岩石呈现出拉破特性,引起岩石破裂的拉应力随着轴压增加而减少;(3)孔压致裂法获得的岩石抗拉强度值偏高     

隐伏正断层错动引发上覆土体破裂过程的三维数值模拟

通过建立三维数值模型,对隐伏正断层在均匀错动和倾斜错动方式下土体的破裂过程进行研究。利用应力罗德参数和等效塑性应变分别对断层错动过程中上覆土体的应力状态和破坏形式进行分析,并提出土体破裂的判别方法。通过对数值模拟结果的分析得到以下结论:① 在断层错动过程中,下盘一侧受断层错动影响的上覆土体的应力状态经压剪→纯剪→拉剪逐渐变化,而上盘一侧上覆土体的应力状态变化较为复杂,经压剪→纯剪→拉剪→纯剪→压剪重复变化;② 在断层均匀错动过程中,断层下盘一侧土体的破裂率先出现在地表拉剪区内,随错动量的增大,破裂带向两侧、向深部扩展;同时,下盘一侧土体的底部产生破坏,并斜向上扩展,逐渐与顶部破裂相连;③ 在断层倾斜错动过程中,地表破裂出现的位置和上覆土体的厚度有关。对于厚度较大的土体,正断层倾斜错动能够在地表形成与断层走向有一定夹角、且与断层长度相比长度很短的地表破裂或地裂缝,而数值模拟可对正断层错动导致的地表破裂的模式加以补充,为研究地裂缝的形成机理和分布形式提供依据。      

围压条件下岩石的抗拉强度

用水压致裂法对7种岩石的厚壁圆筒试件进行不同围压下的抗拉强度实验,并从试件致裂瞬间的内壁环向应力σt,环向应变εt等五种参数随围压变化的角度,对围压条件下岩石的抗拉强度进行研究。结果表明,若用σt表示岩石的应力抗拉强度,则σt随围压的增加而减少,并由低围压时的拉应力逐渐过渡为高围压时的压应力。高围压时,虽然试件已处于三向受压状态,但其破裂仍表现为典型的张性破裂。从另一意义上讲,处于高围压环境中的岩石,其内部不可能存在拉应力,拉应力只在低围压状态中存在。若岩石的应变抗拉强度由εt表示,即使岩石三向受压,张性破裂的εt始终是拉应变,岩石的抗拉强度由应变来表征似乎更合理。εt先随围压的增大而增大,当围压超过某一特征值后,εt反随围压的增大而有所减少。 将上述结果应用于岩体(或地震)破裂,可以证明,当岩体内存在σ_3<μ(σ_1+σ_2)的应力状态时,即使三向受压,岩体照样会出现张性破裂。由此认为,地震的震源也存在着张性破裂的可能。     

带有楔形轨道的滑移支座力学性能数值模拟研究

针对结构隔震装置在较大的倾覆力作用下抗拉能力不足的问题,提出了一种带有楔形分离式轨道的新型滑移支座。新支座能够承受上部结构传递的荷载以及适应较大水平位移,同时利用楔形轨道与楔形滑块之间的相互作用提供抗拉能力。采用通用有限元程序ABAQUS建立了支座的三维实体有限元模型,对其抗压、抗拉、压剪和拉剪力学性能进行数值模拟研究,同时考虑了楔形角度的改变对支座力学性能的影响。通过分析表明：在竖向新支座具有较好的抗压和抗拉能力,抗拉性能受楔形角度的影响较大,角度大于60°时,支座的抗拉能力随着角度的减小不断提升;而当角度减小到60°时,楔形滑块与上部连接部分出现薄弱点,导致支座的抗拉能力开始降低。在压剪与拉剪的作用下,支座水平向的滞回曲线比较饱满,具有较好的水平向摩擦耗能能力且能够适应较大的水平位移。     

断层自发破裂传播的数值模拟:速率状态摩擦定律本构参数的影响

地震往往受控于滑动面的摩擦性质,这种摩擦性质可以由速率状态摩擦定律较好地描述.速率状态摩擦定律中的本构参数a和b与动态摩擦系数相关,从而影响着同震位移与剪切应力的时空演化.本文在前人工作的基础上,采用三维边界积分方程法模拟速率状态摩擦定律控制下均匀全空间中平面断层的自发破裂传播过程,并详细讨论了a和b对滑动速率、剪切应力和破裂传播速度的影响.数值结果表明a和b的不同取值将导致不同的破裂行为,b－a的值越大,断层越不稳定,这种不稳定性有利于裂纹的产生与扩展.但滑动速率的时空分布不只依赖b－a,而且还与a和b的具体取值有关,断层面上滑动速率峰值与剪切破裂强度均随着a的减小而增大,随着b的增大而增大.相关结果有助于加深对断层自发破裂传播的认识.     

闭合裂纹面相互作用的实验研究

为了研究地震过程中断层面的相互作用,设计了四类裂纹面状况不同的断裂力学实验。实验结果表明,裂纹面的状况对于含裂纹材料的σ_c(2^1/2)值有强烈的影响,并利用断裂力学的原理对结果进行了分析。 实验中解决了如下技术关键: 1.可用三点弯曲、局部受拉、单面启裂、双面贯穿的方法,在脆性材料板状试件（玻璃板、岩石板）以及有机玻璃板中预制中心穿透裂纹。 2.在裂纹端部预计裂纹扩展的区域内粘贴电阻应变片,用以判断并测量裂纹初始扩展及其相应的破坏应力σ_c的方法。     

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     

极限压剪状态下铅芯橡胶支座内部应力的影响因素分析

采用ABAQUS对铅芯橡胶支座进行了极限压剪状态下的应力分析,研究了第一形状系数S1、第二形状系数S2和钢片与橡胶层厚比ts/tr对支座应力状态的影响。分析表明:极限压剪状态下,支座中部分钢片将产生屈服,而橡胶层的应力较小;第一形状系数S1对支座中钢片和橡胶层Mises应力的影响较小;第二形状系数S2对支座中钢片Mises应力的影响较小,而橡胶层的Mises应力随S2的增大而线性增大;支座中钢片的Mises应力随着钢片与橡胶层厚比ts/tr的增大而降低,而橡胶层的Mises应力随着层厚比ts/tr的增大而增大。     

雁行构造力学解析与控震意义

用弹性稳定理论和非线性破裂准则研究雁行褶皱及其次生断裂的力学成因和规律, 得出剪切带在广义边界(拉剪、纯剪或压剪)力作用下的雁行褶皱雁列角与边界应力比值, 以及与雁列间隔的定量关系。作为应用实例, 研究了太行山东麓雁行褶皱构造的位移场、应力场、形变能分布、次生破裂状态以及破裂释放的能量。研究结果表明:雁行褶皱核部为最大主(压)应力、最大剪应力、形变能高值区。在该区容易产生与褶皱轴接近平行或成小角度斜交的压剪性破裂, 从而证明雁行褶皱的次生断裂是控制强烈地震的一种机制。      

岩石的共轭剪裂角与围压大小关系的探讨

在讨论岩石共轭剪裂角大小及其与围压大小关系的基础上,提出了以椭圆曲线近似代替岩石剪切破裂极限应力莫尔圆包络线;以椭圆短轴位置作为岩石脆性状态和韧性状态的界线,推导一组用共轭剪裂角求应力值的计算公式.通过与佩特森,卡门的岩石力学实验曲线相比较,证实椭圆曲线和有关公式可以半定量到定量地估算岩石发生剪切破裂时的瞬时极限应力值.