利用Kaiser效应测试地应力的实验研究

介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力的原理、方法以及测试技术,根据弹性力学理论推导出岩体测点处地应力方程.通过对三个不同里程段的岩样进行六个特殊方向的制取,对岩样进行声发射测试,并由此结果计算出单向正应力值和三个主应力的大小及方向,为工程应用中的具体问题处理提供了参考.     

加载历史对岩石声发射的影响——关于水库地震机理的讨论

一、引言地球上的岩石或岩体都处于漫长的地质历史中,受力历史对岩石的声发射活动有何影响,这是研究地震成因方面的一个基本问题。德国学者凯撒(J.Kaiser)第一个研究了金属材料受力历史和声发射之间的关系,他发现,如第二次加载应力不超过第一次加载的最大应力时,金属几乎没有声发射发生,只有当第二次加载应力超过第一次时,声发射才会大量产生。这种现象叫做凯撒效应。以后,古德曼,古川澄夫等,陈颙等,茂木清夫,桑德尔凯德和霍尔卡姆等发现岩石受力历史     

利用岩石声发射活动性的应力履历效应估计地壳应力

引言 岩石的声发射活动性能够“记忆”岩石所受过的最大应力,这种效应称为凯赛效应。它是Kaiser,J.1953年在金属材料的拉伸试验中首先发现的。后来Goodman(1963)、金川忠等(1977)在岩石压缩试验中也证实了凯赛效应的存在。金川忠等(1978)认为,利用定向钻孔岩芯制备的定向试件声发射活动性的变化,可以确定地壳应力状态。这个应力状态与同一地点的套芯法和水压致裂法原地应力测量结果相比较,有可能估计测量地区应力状态的变化趋势。这对于判断天然断层的稳定性具有十分重要的意义。这个     

确定岩石中先存应力状态的声发射法

对经过三向预加压的石灰岩试件所进行的试验研究表明,其声发射活动的特点与单向受力时的情况完全不同。此时,在一个试件的一次加载过程中会出现两次Kaiser效应,分别对应于载荷达到预加压时所施加的轴压与围压值之时。利用回归分析的方法来处理试验数据,可以使声发射活动对应力的响应关系用三条回归直线来近似。这三条直线的两个交点所对应的应力值,可以确定出预加压时岩石试件承受的应力状态     

利用热声发射技术测量岩石最高古温度的探索

根据岩石的热Kaiser效应,岩石能够记忆地质历史中经历过的最高温度.本次实验使用自行研制的岩石热声发射仪,利用人工加热的砂岩和灰岩样品证实了沉积岩存在热Kaiser效应,并探讨了根据热Kaiser效应测量沉积岩经历的最高温度的准确性.通过对塔里木盆地的系列埋深(2800~5300 m)的砂岩和泥岩样品及川西地区灰岩样...     

缺陷的演化繁衍与Kaiser效应函数

本文运用岩石的损伤理论,通过对岩石材料微元强度的统计分布假设,得到声发射积累N随应变ε的变化规律,并对于循环加载情形,给出了Kaiser效应函数的通式。文中还证明,声发射积累N的变化与损伤参量D具有一致性,得到了用声发射积累N描述的岩石本构关系。理论结果与实验资料吻合很好。     

用声发射法测定唐山地区历史地壳应力

在承压状态下岩石产生的发射kaiser效应对其在历史时期所承受过的最大应力有记忆功能。利用这种性能可以求取岩石在地质历史时期所经历过的最高应力水平。本文假定ka-iser效应对于岩石这种脆性物质是在差异应力作用下所表现出来的一种特性,从而提出声发射kaiser效应法。采用重复加载法,求出唐山地区水压致裂地应力测量钻孔中的红色妙岩历史上所承受过的最大水平差异应力为3兆帕。比现今地壳水平差异应力高3倍。由此求出唐山7.8级地震应力降为8.7巴,与天然地震记录的计算结果一致。说明利用声发射kais-er效应法求取历史最大差异应力是可行的。由顺岩芯轴向采取的岩样所估算的最大历史差异应力为5兆帕,高于垂直应力。说明唐山地区曾经承受过28—30巴的引张应力的作用。     

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。     

不同应力变化过程岩石的声发射q值

在单轴应力条件下对不同应力变化过程岩石的声发射b值或m值进行了研究。所用的岩石为济南辉长岩和房山大理岩。实验的方式有三种:(1)重复加载实验;(2)递增加载实验;(3)应力增减实验。实验表明,应力减小过程的声发射b值比应力增加过程的声发射b值低。重复加载时声发射率显著下降但声发射b值变比不大,声发射b值对岩石的应力历史的记忆效应也不及声发射率的记忆效应明显。     

在不同应变速率下三种岩石的b值变化

本文研究了物理性不同的三种岩石在不同应变速率影响下声发射 b 值随应力增加而变化的特征。结果表明:应变速率在(10~(-4)～10~(-8))范围内三种岩石的声发射 b 值都随应力增加而减小。它们的高 b 值区随应变速率下降向应力增加方向偏移。同时,三种岩石的 b 值随应力的变化对不同应变速率的反应程度是不一样的,说明无论是应力状态或是岩石的物理性质都能影响岩石 b 值的变化,但,也都不是决定岩石声发射 b 值的唯一因素。     

单轴应力作用下花岗岩的稳定蠕变过程中声发射发生的自激过程

通过实验室的试验，发现了声发射（ＡＥ）时空分布的丛集现象，为了研究声发射发生的随机过程，测出了在不同应力水平下处于稳定蠕变阶段的声发射事件发生的时间。大岛花岗岩受不同强度的恒定单轴应力的持续作用，声发射事件的发生时间被分为泊松过程和自激过程两部分；在后一过程中，前一个事件会激发下一个事件。应力越大源分布越集中，裂隙密度越大，自激发特性越强，这与在较高应力水平下源分布越集中的情况相符。     

应力历史与岩石声发射关系的实验研究

本文从实验角度对岩石声发射的凯塞效应进行了研究,研究工作分三个方面1°应力水平对凯塞效应的影响;2°蠕变—疲痨对岩石变形的加速作用;3°高应力下应力作用时间对凯塞效应的影响,实验证明:低应力下岩石凯塞效应清晰,当应力升高,岩石发生体积膨胀以后凯塞效应变得模糊起来,实验对产生这一现象的原因进行了研究.并证明经过适当处理后使记忆效应保持清晰是有可能的.     

混凝土试样破裂前的声发射m值变化

对混凝土样品在单轴应力条件下破裂前不同应力状态下的声发射m值进行了实验研究。混凝土样品为10×10×10cm~3的正方体。实验表明,干燥混凝土样品破裂前声发射m值随应力的增加而降低;含水混凝土样品的m值先随应力的增加而增加,当应力达强度的60％以后,m值随应力的增加而降低。混凝土样品破裂前声发射率先随应力的增加而缓慢增加,当应力达强度的70％以后,声发射率开始明显增加以至破裂前急剧增加。含水混凝土破裂前声发射率比同种干燥样品低两倍左右。     

断层交汇区附近的变形特点与声发射特点的实验研究

把昌平花岗岩切割成20多种含两组断层交汇情况的模型.断层物质用2毫米厚的石膏模拟.模型受单轴应力的作用.实验中得出四种破裂组合情况:1.滑动破裂型 发生在两组断层与主压应力轴1的交角一组大于45,一组小于45的情形下.其中,当断层物质石膏湿度为10——15%时,先在大角度面上产生剪切破裂,后沿小角度面产生最终磨擦滑动.在应力位移曲线上表现为两次应力降.当断层物质石膏湿度小于5%时,则只沿小角度面上产生磨擦滑动.应力位移曲线为单应力降。2.压楔型 发生在两组断层与1夹角均大于45的情况下.其应力位移曲线为阶梯式上升型.断层位移方向反复.3.张楔型 发生在两组断层与1夹角均不大于30时.应力位移曲线为单应力降.4.双滑或双破型 发生在两组断层与1夹角均在30和45之间.应力位移曲线为连续的两次应力降.根据应力位移曲线和应力声发射累积数曲线的相似性,主破裂前的声发射累积数与主破裂时峰值应力的相似性以及断层组合与声发射组合的关系中,看出声发射过程对构造条件是敏感的.文中还对不同断层组合下可能出现的地震前兆进行了讨论.      

含坚固体试样破裂孕育过程中声发射的强度特征及其地震学意义

用类似于天然地震中尾波持续时间确定震级的方法,通过岩石力学实验研究了含坚固体试样破裂孕育过程中声发射的强度特征。结果表明:在加压初期,声发射强度相对平稳,当应力达78 % 的破裂应力时,声发射强度显著增加,当应力达92% 的破裂应力时,声发射活动强度达到极大值,比加压初期大20 % 以上;随着应力的进一步增加,声发射强度减小,达极小值,出现一个相对平静的阶段;应力再增加,声发射活动强度回升,紧接着,主破裂发生。从声发射强度的空间分布上看,从加压初期的平稳到极大值的出现,声发射都发生在坚固体的外围,随着活动强度减弱,并出现低值之后,强度回升,这个过程基本上发生于坚固体及其上方,随后主破裂发生,坚固体也局部破裂。这和澜沧耿马地震前的地震时间进程具有现象上的相似性     

唐山地区深部应力测量

在唐山东约20公里的东矿区黄坨苗圃356米深钻孔中,在300米以上深度成功地进行了11次水压致裂应力测量,取得了主应力大小及其方向随深度变化的资科。测量结果表明,现在唐山地区的应力水平很低,在接近300米的深度上最大水平主应力仅7.8兆帕,最大水平剪应力值也仅1兆帕。最大主应力方向在180米以上变化较大,180米以下的三次测量结果一致性很好,最大主应力方向为北81°西到北86°西,与华北地区应力测量的总体方向是一致的。文中还将水压致裂应力测量的结果与应力解除与用声发射凯塞效应法测得的结果作了对比。     

地声与地震相关性的初步探讨

为探索震前声发射的方向与地震的关系,假定声速仅与深度有关,在这种条件下得到的方向公式应该与恒速条件下得到的方向公式一致。为了简化起见,可以用实测时差作为公式中的时差,其误差是允许的。报告中介绍了用互相关函数求时差的方法,并给出部分地声方向的计算结果,初步表明震前声发射的方向与未来震中有着密切关系。     

应力扰动对断层摩擦声发射活动影响的实验研究

利用中尺度岩石摩擦实验开展了应力扰动对断层摩擦滑动过程中声发射活动影响的实验研究,据此讨论同震应力变化引起的小震活动特征及其预测意义.实验结果表明方波状应力扰动对粘滑失稳前的声发射活动有明显影响,即触发了一些声发射事件,使得粘滑发生前声发射活动增强并使出现的时间提前.这种影响随平均正应力的提高和扰动振幅的增大而增强,其...     

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     

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.