岩石突发失稳序列的实验研究

根据三轴压缩条件下岩石试件变形过程中多次重复发生的粘滑失稳事件，着重研究了突发失稳序列的演变特征及其影响因素。研究表明，随着错动量的增大，突发失稳的临界差应力和应力降呈现“正坡”、“负坡”和“平缓跳动”等阶段性变化，而应力降比率则渐趋减小；其变化原因主要与错动面的密接和凹凸程度、碎屑厚度、粒度、以及试件受力和刚度约束条件的改变等因素有关。突发失稳序列的变化特征，有可能为预测后续地震强弱变化的趋势提供依据     

岩石错动面的非匀阻性与突发失稳

断层错动面的非匀阻效应是决定失稳型式和是否发震的重要因素之一。实验研究表明:凹凸不平的错动面只有当凹凸部在错动中被铲削至相对平直而使阻力相对均匀的情况下才可能突发失稳,并可用非匀阻系数ζ定量地表示错动面凹凸和非匀阻程度。通过比较锯切面与破裂面凹凸程度的差别,以及二者不同的应力降大小,进一步建立了一种实验确定非匀阻系数的新方法,给出了花岗闪长岩、花岗岩和石英岩破裂面的非匀阻系数与相对不平度的关系.从而为外推判断断层发震的可能性提供了依据     

岩石错动面的凹凸不平及两种突发失稳

岩石具有两种不同机制的突发失稳型式,即低压和高压突发失稳。二者的基本区别在于错动过程的“非匀阻”和“匀阻”。错动面的凹凸不平是造成非匀阻和影响失稳型式的重要因素之一。根据不同的机制和运动方程,建立了各种失稳型式的相应判据,其中反映了环境刚度、接触刚度及非匀阻系数的影响。浅源强震主要是一种高压突发失稳的过程。本文强调,除强度条件外,强震的发生还必须具备环境刚度条件、匀阻条件以及其它的必要条件     

基于高温高压岩石破裂实验结果对中强地震前震中附近区域部分地震学现象的初步解释

依据高温高压岩石破裂实验结果并结合理论分析，对 附近区域不同深度温压条件下岩石变形破坏性质及破坏失稳的力学行为进行了研究，在一次应力加载循环中，发生破坏的部位随时间具有向深部下迁的趋势。考虑到深度温压条件下岩石的渐进式破坏行为及突发失稳，对主震前震中附近区域小地震活动的增强、平静、活化等现象，以及b值等时间序列参数变化的可能机理进行初步探讨，并简单讨论了两类平静和两类b值变化的可能原因。     

平直断层失稳前应变场演化特征的实验研究

了解与认识地震发生前一段时间内断层的应力应变等物理场的演化过程及其变化特征对于识别断层的状态信息与地震的孕育与发生机理十分重要.断层上何时何地进入亚失稳状态的识别对于预测可能发生的失稳事件尤其关键.     

正应力扰动对断层滑动失稳影响的实验研究

利用双轴伺服控制加载装置,采用三块花岗闪长岩标本组成的含有两个滑动面的直剪结构,开展了摩擦滑动实验.实验中通过在垂直滑动面的载荷上叠加正弦波状和方波状的扰动,研究了正应力扰动对断层黏滑失稳的影响.研究表明,在恒定的正应力和位移速率下,标本表现为规则的黏滑,叠加正应力扰动后,随扰动振幅的增加黏滑发生时间与扰动的相关性增大,黏滑应力降和时间间隔的分布趋于离散.黏滑应力降和时间间隔的平均值随平均正应力的增加呈线性增长,扰动叠加后黏滑应力降的离散度随平均正应力的增加而增大;黏滑应力降和时间间隔主要受应力变化幅度的影响,而与应力变化的速率关系不大.剪应力和正应力扰动都会对断层黏滑失稳产生影响,而正应力扰动的影响更明显.这两种扰动对断层黏滑失稳影响的机制存在差异,剪应力扰动只是改变断层滑动的推动力,而正应力扰动则改变了断层面上凹凸体的接触状态.     

固体介质三轴实验中样品半延性-延性变形对应力曲线影响的修正

在岩石高温高压三轴变形实验中达到岩石的极限强度之后,岩样的宏观几何变形显著增加,几何变形成为表观应力与真实应力之间出现较大偏差的主要原因.针对此问题,假定岩样从圆柱体变形成为桶形体,在一些理想假设前提下,给出了高温高压条件下三轴实验中,当试样出现半延性-延性行为时,应力曲线的一种修正方法.     

应力作用对岩石磁性的影响

应力作用对岩石磁性的影响对于地震磁效应、磁性构造学、下地壳与上地幔物质磁性结构及陨石磁学研究等具有潜在的意义.本文对上世纪50年代以来,有关应力作用下,岩石(或磁性矿物)的磁化率及其各向异性、剩磁、磁滞特征和磁性(高温、低温)转换点等磁性特性的变化特征及影响岩石磁性对应力作用响应特性的主要因素进行了系统地总结.结果表明...     

岩石应力对钻孔附近的弹性波波速的影响

目前,地球物理学界普遍采用岩石的细观力学模型来解释岩石的声弹现象(即岩石应力状态的改变会造成岩石的弹性波波速的改变),认为岩石内部的微裂隙分布和取向在加载应力的作用下会发生改变,使岩体的宏观物理性质发生变化,从而影响到岩石的弹性波波速.     

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。     

岩石剩余磁化强度的应力效应

为模拟构造应力对岩石剩余磁化强度的影响,本研究对六种不同类型的44块岩样进行了应力实验,发现岩石天然剩磁随应力的变化规律比迄今所估计的要复杂得多.作者指出,这些变化可归属于三种类型:在弱不可逆的Ⅰ型效应中,剩磁随应力呈现规则的减小,应力解除后剩磁部分恢复;而在强不可逆的Ⅱ型效应中,应力去除后剩磁大部不恢复;在Ⅲ型效应中,剩磁随应力呈极不规律的变化.进一步的岩石磁学分析表明,不同应力效应的重要原因,在于天然剩磁中的粘滞剩磁的比例不同,微观上取决于磁性矿物成分及其磁畴状态等因素.因此,不能用单一的岩石压磁模式来解释地震压磁效应,须考虑各震源区的不同岩石组成.      

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。     

应力对岩石中孔隙流体压力的影响和地下水位震前异常变化机理.

在不同的围压和初始孔隙压力作用下,对孔隙岩石试件进行了不排液的三轴压缩试验,观测了轴向应变和孔隙压力随差应力的变化.试验结果表明:在低差应力下,孔隙压力随差应力的增加而增加.在中等和高差应力下孔隙压力随差应力的增加而降低.在高差应力下,孔隙压力也会随差应力的大幅度降低而升高.基于上述试验,假定地下水位的震前异常变化是地壳岩石中差应力变化的反映.根据这种假定解释了唐山大震前震中及外围地区地下水位异常变化的特征.      

水对下地壳基性岩脆塑性转化影响的实验研究

研究表明 ,干的基性下地壳处于半脆性摩擦与半脆性流变的过渡状态 ,因此 ,文中采用多种基性岩样品进行了干的和含水基性岩的脆塑性转化实验 ,以深入理解大陆下地壳的力学性质。实验围压 4 5 0～ 5 0 0MPa ,应变速率 1× 1 0 - 4s- 1。实验结果表明 ,济南辉长岩 (样品C)、延庆辉绿岩 (样品D)和含水辉绿岩从 30 0℃到 90 0℃经历了脆性破裂、碎裂流动、半脆性流动和塑性流动几个变形域 ,而细粒攀枝花辉长岩 (样品A)和中细粒攀枝花辉长岩 (样品B)从 70 0℃到 90 0℃经历了半脆性流动和塑性流动 2个变形域。干的辉长岩样品比干的辉绿岩样品发生脆延性转化的温度高 1 0 0℃ ;所有干的基性岩样品的脆塑性转化都发生在 70 0℃ ,但半脆性流动域变形微观结构有差别 ,辉绿岩中斜长石和辉石发生了细粒化 ,并存在强烈的定向 ,形成初糜棱岩结构 ,辉长岩样品的细粒化和定向特征不明显。干的基性岩在以位错滑移为主的高温塑性流变域的强度和微观结构基本相同。水对基性岩脆塑性转化的影响体现在岩石的强度和脆延性与脆塑性的转化温度两方面。在实验温度范围内 ,含水辉绿岩样品的强度远小于干的辉绿岩和辉长     

三轴压缩条件下岩石突发失稳过程的实验研究

在常温、固体围压介质(铅)三轴压缩的条件下,采用磁带记录的快速数据采集系统,对完整的居庸关花岗岩、迁安石英岩和含不同角度锯切面的居庸关花岗岩试件的突发失稳动态过程进行了实验研究。结果表明,当试件沿内部斜面快速错动而突发失稳时,表现为各点应力和位移的振动、衰减,并趋于新的稳定终止态。根据应力和位移的记录,得到了应力-应变(相对位移)动态合成图。以失稳振动的初动半周期为界,可将整个动态过程划分为摩擦错动阶段和自由振动阶段。实验还表明,突发失稳岩石的动态错距等于或近似于终态错距。实测的动态应力降约为终态应力降的1.6倍。     

水对受力岩石变形破坏宏观力学效应的实验研究

为了了解水对受力岩石的宏观力学效应,在MTS电液伺服材料试验系统上,对不同饱水度的砂岩、花岗闪长岩、灰岩和大理岩进行了单轴压缩试验,取得了这几种岩石的单轴抗压强度和弹性模量随饱水度变化的定量结果.结果表明,水对受力岩石的力学效应与岩石中的含水状态是密切相关的,自然状态的砂岩、花岗闪长岩浸水后,其峰值强度和弹性模量随饱水度的增加而迅速衰减,当饱水度达到某一定值时,这两种岩石的峰值强度和弹性模量基本稳定下来;文中用函数Y=Aexp（-Bx）+C对实验结果进行了最小二乘法拟合.实验中求得水饱和状态和自然状态砂岩的泊松比并没有明显差异,说明在宏观上水对该种岩石受力变形的作用是各向同性的.通过10-5/s和10-4/s两种不同应变率试验,发现水对受力岩石的力学效应具有时间依赖性,这一特点说明仅从有效应力原理来考虑水对受力岩石的力学效应是不够的,而应考虑应力腐蚀这样复杂的过程.此外,大理岩的试验结果表明,水对受力的碳酸盐类岩石的作用机理是一个值得进一步探讨的问题,它与水对受力的含SiO2类岩石相比,可能存在差异.     

亚暴膨胀相近磁尾位形不稳定性模型Ⅰ．近磁尾位形不稳定性

用单流体和双流体ＭＨＤ近似,研究了近磁尾位形不稳定性（ＮＥＴＣ）．分析表明,ＮＥＴＣ可能存在两种漂移不稳定情况Ｃ１和Ｃ２与卫星观测资料对比显示,Ｃ２较容易在亚暴膨胀相前夕出现,它可以解释亚暴膨胀相期间磁场和等离子体扰动的特征周期、尾向传播速度、磁场扰动和等离子体压强扰动之间的位相关系,场向电流的周期性结构,西向涌浪头部的电子沉降和极光隆起等观测特性和现象．薄电流片的极端情况（Ｒｃ≈ｒｉ）不在本文的讨论范围之内．     

亚暴膨胀相近磁尾位形不稳定性模型Ⅰ．近磁尾位形不稳定性

用单流体和双流体ＭＨＤ近似，研究了近磁尾位形不稳定性（ＮＥＴＣ）．分析表明，ＮＥＴＣ可能存在两种漂移不稳定情况Ｃ１和Ｃ２与卫星观测资料对比显示，Ｃ２较容易在亚暴膨胀相前夕出现，它可以解释亚暴膨胀相期间磁场和等离子体扰动的特征周期、尾向传播速度、磁场扰动和等离子体压强扰动之间的位相关系，场向电流的周期性结构，西向涌浪头部的电子沉降和极光隆起等观测特性和现象．薄电流片的极端情况（Ｒｃ≈ｒｉ）不在本文的讨论范围之内．