房山大理岩的摩擦滑动试验

岩石的摩擦是岩石力学的基本课题之一,自从Brace和Byerlee提出粘滑可能是浅源地震的一种重要机制以来,对于岩石摩擦现象的研究已引起更大的重视。作为岩石摩擦研究的第一步,我们在小型双剪设备上进行了房山大理岩的摩擦滑动试验。本文介绍并讨论试验的初步结果。 试验方法 试验使用的小型双剪设备如图1所示。两块尺寸为35×40×15毫米的大理岩,中间     

剪切载荷扰动对断层摩擦影响的实验研究

利用双轴伺服控制加载装置,采用3块花岗闪长岩标本组成的含有2个滑动面的直剪结构,开展了摩擦滑动实验。实验中通过在剪切方向上叠加正弦波状的位移扰动,研究了剪应力扰动对断层粘滑失稳的影响。研究表明,在恒定的正应力和位移速率下,标本表现出较为规则的粘滑;当在剪切方向叠加位移扰动后,随扰动振幅的增加,粘滑发生时间与扰动的相关性增大,粘滑的应力降和时间间隔的分布趋于离散,其中扰动能产生明显影响的临界振幅大致为0.05MPa;粘滑应力降和时间间隔随扰动振幅增大而逐渐离散的现象在较高正应力下更为明显,而相同扰动振幅下粘滑失稳发生时间与扰动的相关性也随正应力增加而增大;扰动周期对摩擦性状的影响不明显。研究结果意味着,地震引起的同震剪应力的变化不仅会引起邻近断层上地震发生时间的变化,也可能引起地震强度的变化     

侧向应力扰动对断层摩擦影响的实验研究

利用双向伺服控制装置,对含有与最大主压应力σ1呈45°夹角的预切面的花岗闪长岩标本进行了摩擦实验,结果表明,在σ1方向位移速率恒定、侧向应力σ2恒定的条件下,粘滑间隔随滑动面上正应力的增加而增加,粘滑应力降也随滑动面上正应力的增加而呈线性增加。但当σ2叠加了高频小振幅的正弦波扰动时,这种相关性发生了明显的变化,应力降大小和粘滑间隔的离散度均显著提高,特别是应力降可能会大幅度增加。与σ1扰动的实验结果相比,σ2扰动对断层粘滑的影响更为显著,这主要归因于正应力变化使滑动面的非均匀性加剧     

不完整岩石样品的断裂与摩擦滑动

在单轴压力下对具有锯口面的岩石样品的破裂和摩擦滑动进行了实验室试验。当锯口面与轴应力方向垂直时（拼合样品）,研究了岩石的强度,破裂形态和前兆。对于锯口面与加载轴成65°和75°的样品,发现在宏观断裂发生之前有粘滑现象发生。粘滞时的应力降和轴向位移的变化比断裂时要小得多。实验发现,在锯口样品中的断裂往往从锯口一侧发生,穿过间断面而向另一侧发展。本文还简要地讨论了这些结果的意义。     

不完整岩石样品的断裂与摩擦滑动

在单轴压力下对具有锯口面的岩石样品的破裂和摩擦滑动进行了实验室试验。当锯口面与轴应力方向垂直时（拼合样品）,研究了岩石的强度,破裂形态和前兆。对于锯口面与加载轴成65°和75°的样品,发现在宏观断裂发生之前有粘滑现象发生。粘滞时的应力降和轴向位移的变化比断裂时要小得多。实验发现,在锯口样品中的断裂往往从锯口一侧发生,穿过间断面而向另一侧发展。本文还简要地讨论了这些结果的意义。     

岩石摩擦-滑动中的声发射b值动态特征及其地震学意义

双剪试验的结果表明,岩石摩擦滑动过程中的AE b 值动态曲线可归纳为锯齿状和台柱状两类,分别对应于不规则粘滑和规则粘滑.滑动瞬间滑面上摩擦系数变化△μ的分布决定岩石的滑动方式,不均匀分布易发生不规则粘滑.均匀分布易引起规则粘滑;破裂和滑动是摩擦滑动过程中的两类AE 机制,两类AE 的能量分别与破裂面面积及△μ成正比.研究结果提示,平直光滑的地震断层可能显示出特征地震的发震特点.     

滇西地震实验场岩石的摩擦滑动实验研究(英文)

应用双剪法对滇西地震实验场岩石的摩擦滑动特性进行了研究。实验的岩石有花岗岩、玄武岩、正长岩和片麻岩。实验的正应力为10—40MPa。实验表明,花岗岩、玄武岩和正长岩三种岩石,当正应力为10MPa时发生稳滑,当正应力超过10MPa时发生粘滑。稳滑与粘滑过程均出现位移强化现象。片麻岩当正应力为10MPa时发生稳滑,当正应力超过10MPa时样品未滑动而发生破裂。摩擦强度值比Byerlee定律的值稍低。与济南辉长岩相比,滇西三种岩石粘滑发生时的平均应力降较低,平均错距较小,平均重复周期较短。花岗岩粘滑前声发射率明显增加,玄武岩与正长岩粘滑前声发射率变化不明显。     

几种模拟断层泥摩擦滑动速度依赖性转换的实验研究

基于速率-状态摩擦定律,速度弱化是断层失稳的必要条件,速度弱化向速度强化的转换控制着断层从不稳定滑动向稳定滑动的转换.因此,断层摩擦滑动的速度依赖性转换是涉及断层带上地震活动特征、地震成核深度等的重要问题.     

高温高压下石英方解石断层带的摩擦滑动性状

在不同的温度、压力条件下进行了含石英和方解石断层泥标本的摩擦实验。结果表明,石英断层带的摩擦强度对压力的响应直到400℃都很明显,对温度的响应在高温(高于400℃)时才明显;方解石断层带的摩擦强度对温度很敏感,对围压的响应只在低温(200℃)时才明显;随温度升高,石英和方解石断层带均由粘滑转变为稳滑,但前者的转换界限在400℃到500℃之间,而后者在200℃到300℃之间。显微观察表明,上述差异归因于其具体变形机制的差别。     

岩石摩擦滑动中声发射的多普勒效应

在双剪摩擦滑动实验中可观测到声发射的多普勒效应。对于单个声发射事件，顺断裂扩展方向上的探头可记录到较短周期的初动波半周期，而在断裂扩展反方向上的探头记录则反之，在扩展过程中，声发射前续波由初始破裂引起的前激波、声源破裂扩展的扩展相和停止相组成，显示出声源破裂有一由静到动的加速过程。而在时间序列上，声发射事件存在着３个阶段：较强声发射事件发生初期，前激波时间超前较长，停止相不明显，声发射源的破裂速度较慢；第二阶段停止相突出，扩展速度加快，前激波到时超前量减小；最后，在原初始半周期处叠加了较大振幅的高频波     

水对断层摩擦滑动稳定性的影响

在不同含水条件下研究了光面、含脆性物质夹层和含延性物质夹层 3类断层的摩擦滑动行为 ,认为水对断层滑动稳定性和摩擦滑动的速度依赖性有重要影响。建立了含有岩性、围压 (深度 )和含水量 3因素的断层活动稳定性的模式 ,认为脆性断层更多地表现为速度弱化 ,少量水的存在易于出现黏滑 ,高孔隙压时会表现为稳滑 ;半脆性或半延性的断层在少量水或较低孔隙压的情况下会表现出速度弱化 ,也就可能出现黏滑 ,但孔隙压较高后 ,会表现出速度强化 ,滑动也就会是稳定的 ;延性断层多为速度强化 ,不出现黏滑。提出水的进入降低了系统的稳定性 ,水的存在增加了系统的稳定性。这是考虑水或一般流体对岩体或断层活动稳定性影响时需要考虑的两个方面     

海原断裂带断层泥摩擦特性的研究

用双剪法对海原断裂带5个点的13种断层泥的摩擦滑动特征进行的实验研究表明,海原断裂带的断层泥的存在有助于消除粘滑与增大摩擦强度,五个点断层泥的摩擦系数平均值分别是0.760(景泰),0.728(哈思山),0.669(大沟门),0.644(剌儿沟),0.684(蔡祥堡)。     

岩石摩擦滑动的声发射b值

用双剪法进行岩石摩擦实验并测定了声发射b值。实验表明,粘滑发生前b值稳定并稍有增加,多次粘滑过程中b值基本不变,随着正应力的增加b值增加。     

应力途径与岩石的摩擦滑动

用双剪法对济南辉长岩和点苍山大理岩进行了摩擦滑动实验.实验中的应力变化方式有两种.A 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定值,然后保持正应力不变,并增加剪应力使断层发生粘滑;B 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定的值,保持正应力不变,并增加剪应力到断层发生粘滑前的某一应力状态,再保持剪应力不变,减小正应力直到粘滑发生.实验表明,B 型实验中岩石的摩擦强度高于 A 型实验.A 型实验中粘滑发生前有声发射率增加的前兆,B 型实验中粘滑发生前看不到声发射率的明显增加.由实验得到一个启示,即闭锁断层的开锁可能采取两种形式:一种是冲开闭锁,即以剪应力的增加使断层发生错动;另一种是解开闭锁,即以正应力的减小使断层发生错动.断层的粘滑采取哪种形式,由断层带的应力变化途径决定.      

热水条件下斜长石和辉石断层泥的摩擦滑动研究

在热水条件下对辉长岩的2种主要组成矿物斜长石和辉石进行了摩擦滑动实验研究。结果表明:1)斜长石在整个实验温度范围内(<607℃)显示速度弱化,而辉石除了在200℃附近表现出微弱的速度强化外,在其他温度范围也都表现为速度弱化;2)斜长石在低温时强度随温度的升高而略有增加,高温时强度则随温度的升高而降低。辉石的摩擦强度随着温度的增加没有系统性的变化,在0.74上下波动;3)在热水条件下辉长岩的摩擦性质并不是这2种主要矿物的叠加,有可能是辉长岩中的次要矿物的存在导致了辉长岩的速度强化;4)本实验所得热水条件下的实验结果与干燥条件下的结果有很大差异,再一次表明水的存在极大地影响了岩石的摩擦稳定性     

砂岩在摩擦滑动中的电阻率变化及其在地震预报中的应用

用双剪法对小浪底砂岩在摩擦滑动中的电阻率变化进行了实验研究。结果表明,在摩擦滑动过程中,电阻率“趋势”变化有明显的方向性效应,在不同的测量方位上显示出较大的差异性和不同的前兆特征。平行于断层面的第Ⅰ道电阻率持续上升,大滑动前无明显异常反应;垂直横跨断层面两侧的第Ⅱ道随剪应力的增大电阻率由开始大幅度下降转为平稳变化,大滑动前出现清晰的突变异常,其幅值达50%左右;与断层面斜突成45°夹角的第Ⅲ道随剪应力的增大电阻率缓慢上升,达到某一极值后随块体的滑动转为下降。最后,本文简单地讨论了产生这些差异性现象的可能原因及其在地震预报中的应用。