岩石破裂中多裂纹辐射模型

以往有关岩石破裂过程中产生的电磁辐射（EM）理论均建立在单裂纹模型之上,但实验表明,岩石破裂中存在着多裂纹同步扩展的现象,因而存在多裂纹同步扩展产生的电磁辐射。根据实验结果,提出了多裂纹同步扩展的简化辐射模型,计算了电磁辐射场的特性。结果表明,这种电磁辐射比单裂纹辐射场强振幅大N倍和具有更强的方向性,用实验测量值与该模型的计算值进行了比较,二者基本吻合。     

岩石破裂的两阶段模型

提出了岩石破裂的两阶段模型。在第一阶段，裂纹或局部的破坏是互不相关的，与以前含裂纹的负载相应，在岩石内随机萌生。随着岩石中损伤的累积，大丛集的空间上密集的裂纹和局部破坏区发育的可能性逐渐增大。在裂纹群扩展到足以形成更大一级破坏（第二阶段）岩石裂纹的地方先出现临界破坏密度。通过统计分析可知，空间上邻近的裂纹群内出现裂纹相互作用和协同裂纹时，裂纹群的最初发育是以业已存在的裂纹群中的随机变量为基础进行预测的。这样，模型中不稳定的第二阶段的开始可从随机的、不相关的破裂的产生中计算出来。本文提出的模型综合了固体强度的动力学概念（时间相关）岩石的分散等级结构及导致破裂增加的裂纹群。该模型的优点是对于包括地震过程在内的大范围尺度级别的破裂过程它都是正确的。引入了裂纹等级（裂纹大小）概念，提出了裂纹集结作用和破裂过程从一个级别向另一个级别的转变。     

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。     

非穿透裂纹平板试件三维破裂的实验研究

在研究地震孕育及震源破裂的问题时,用三维破裂来模拟地震破裂过程,比二维破裂与实际更加接近。我们设计了一组实验,采用几种不同的材料（玻璃、有机玻璃和大理石等）做成平板试件,在其中心预制非穿透裂纹,并在单轴压下进行了实验研究。 实验结果表明,非穿透裂纹与穿透裂纹的扩展情况有质的差别。非穿透裂纹的扩展并不沿原裂纹面延伸,而是沿裂纹前缘扩展出许多裂纹面,每一个破裂面都是复杂的扭曲、拐折的曲面。这可能意味着实际地震断层的扩展情况也是极为复杂的。     

非穿透裂纹平板试件三维破裂的实验研究

在研究地震孕育及震源破裂的问题时,用三维破裂来模拟地震破裂过程,比二维破裂与实际更加接近。我们设计了一组实验,采用几种不同的材料（玻璃、有机玻璃和大理石等）做成平板试件,在其中心预制非穿透裂纹,并在单轴压下进行了实验研究。 实验结果表明,非穿透裂纹与穿透裂纹的扩展情况有质的差别。非穿透裂纹的扩展并不沿原裂纹面延伸,而是沿裂纹前缘扩展出许多裂纹面,每一个破裂面都是复杂的扭曲、拐折的曲面。这可能意味着实际地震断层的扩展情况也是极为复杂的。     

岩石破裂电磁辐射的频率特性

本文提出岩石破裂时产生的低频电磁辐射起源于微破裂引起的电子发射,并用电四极子模型计算了近区电磁场的频率特性．结果表明,近区电磁场的频率与样品尺寸和初始裂纹长度有关,利用典型实验样品尺寸和花岗岩初始裂纹数据计算出近区电磁场的频率为５０ｋＨＺ－１ＭＨｚ量级．它与已有实验测量结果相符．     

岩石破裂电磁辐射的频率特性

本文提出岩石破裂时产生的低频电磁辐射起源于微破裂引起的电子发射，并用电四极子模型计算了近区电磁场的频率特性．结果表明，近区电磁场的频率与样品尺寸和初始裂纹长度有关，利用典型实验样品尺寸和花岗岩初始裂纹数据计算出近区电磁场的频率为５０ｋＨＺ－１ＭＨｚ量级．它与已有实验测量结果相符．     

具有割缝的大理岩试件破坏过程的有限元模拟

本文使用应变软化的弹塑性本构模型,用有限元方法对具有中心斜割缝的岩石试件在轴压下的破坏过程进行了数值模拟。得到了与实验观察相当一致的结果:在割线端部附近,首先发生张破裂,裂纹的扩张是逐渐地弯向试件的轴线方向,并变为稳定的。随着轴向压力增加,在张裂纹的相反方向上出现共轭的剪破裂。这些现象与割缝顶端附近材料的应变软化性质有关。说明所采用的有限元方法是研究岩石材料破裂过程的一种可行的方法。     

具有割缝的大理岩试件破坏过程的有限元模拟

本文使用应变软化的弹塑性本构模型,用有限元方法对具有中心斜割缝的岩石试件在轴压下的破坏过程进行了数值模拟。得到了与实验观察相当一致的结果:在割线端部附近,首先发生张破裂,裂纹的扩张是逐渐地弯向试件的轴线方向,并变为稳定的。随着轴向压力增加,在张裂纹的相反方向上出现共轭的剪破裂。这些现象与割缝顶端附近材料的应变软化性质有关。说明所采用的有限元方法是研究岩石材料破裂过程的一种可行的方法。     

岩石分形断裂的统计理论

本文研究了岩石分形断裂的统计理论.认为岩石断裂是岩石内部微裂缝成核、形成和传播的非平衡过程,导出了描述这个过程的微分方程.运用位错塞积成核机理,得到了岩石发生分形断裂的微裂缝大小的统计分布函数和平均长大速率.从理论上得出了岩石非弹性体积应变与微裂缝数目成正比,从而解释了实验室研究的结果.另外发现岩石的分维是决定岩石脆性的一个重要因素,分维值愈小,岩石愈脆.但岩石的分维值与岩石强度无明显关系.最后,从微裂缝大小的统计分布函数出发,导出了b值与岩石分维值的关系.     

岩石分形断裂的统计理论

本文研究了岩石分形断裂的统计理论.认为岩石断裂是岩石内部微裂缝成核、形成和传播的非平衡过程,导出了描述这个过程的微分方程.运用位错塞积成核机理,得到了岩石发生分形断裂的微裂缝大小的统计分布函数和平均长大速率.从理论上得出了岩石非弹性体积应变与微裂缝数目成正比,从而解释了实验室研究的结果.另外发现岩石的分维是决定岩石脆性的一个重要因素,分维值愈小,岩石愈脆.但岩石的分维值与岩石强度无明显关系.最后,从微裂缝大小的统计分布函数出发,导出了b值与岩石分维值的关系.     

岩石试件尺寸对裂纹应力场影响的数值分析

用数值方法和岩石力学实验模拟地震断层的破裂过程时, 模型或试件的尺寸选取不合适将影响断层附近的应力场. 本文利用二维弹性有限元方法, 计算了一个含椭圆孔的岩石试件在不同尺寸下的应力场, 并与相应的无限域椭圆孔问题的解析解进行了比较. 数值分析结果表明, 含椭圆孔的岩石试件在单轴压缩情况下, 其边界效应对内部应力场的影响不容忽视; 试件的临界尺寸长宽比约为3:2, 孔的尖端到边界的距离与孔的长轴的比值约为7.3. 这种数值分析试件尺寸的方法, 不仅可以为岩石力学实验提供理论依据, 同时也为确定数值模拟断层错动等问题中几何模型的大小提供了参考价值.     

破裂岩石的电子发射与压缩原子模型

本文根据压缩原子模型提出岩石在高压及破裂过程中产生自由电子的一种可能机制。根据这种机制可在半定量水平上较为满意地解释岩石破裂中的电子发射、光辐射和岩石的爆炸式破裂。     

破裂岩石的电子发射与压缩原子模型

本文根据压缩原子模型提出岩石在高压及破裂过程中产生自由电子的一种可能机制。根据这种机制可在半定量水平上较为满意地解释岩石破裂中的电子发射、光辐射和岩石的爆炸式破裂。     

岩石破裂中的光声效应

在实验室条件下研究了花岗岩样品受单轴压缩破裂过程中的光和声发射效应,所得可见光谱轮廓与空气分子的光谱相似,但具有能量高于紫光的成份。除在主破裂时有大的光脉冲和声发射外,在主破裂前也记录到弱的光脉冲,它们与大的声发射率有同步现象。