大理岩试件中裂缝的逆向共轭剪破裂

本文介绍了以激光全息干涉法观测单轴压缩下,大理岩岩样表面的变形位移场。全息干涉图可以反映出由于岩石内部微裂隙丛集激增所导致的变形局部化,实验采用板状大理岩试件,在中心处预制了不同角度的裂缝,实验在MTS伺服压机中加载直至宏观破坏,观测了裂隙的发展过程。实验表明:当裂缝角小于45时,先在裂缝尖端处的张应力集中部位出现新裂纹,它的起裂角(与原裂缝的交角)90,裂纹弯向压力方向并趋于稳定。当>45时,在上述张裂纹稳定后,在裂缝尖端附近再次发生张裂,其起裂角60,同样弯向压力方向后稳定。在这些前期张破裂稳定后,在张裂的相反方向,也即裂缝的共轭方向上,出现内部微裂隙的丛集,并随后发生宏观的剪破坏,我们认为此逆向剪切破坏与大理岩的多晶组构有关,与应变弱化过程中变形和应力的调整有关。      

雁列式断层组合变形过程中的声发射活动特征

着重研究拉张或挤压型雁列式断层标本变形过程中声发射(简称AE，下同)的时空演化特征. 结果表明，预置构造对AE空间分布格局具有较强的控制作用，随着差应力的增加，AE首先在两个端点附近丛集，之后向两端点连线附近集中，出现明显的破裂局部化现象，较大事件还通常集中于某一端点附近反复发生. 前期微破裂丛集图象指示后期宏观破裂的扩展方向及扩展范围. 拉张和挤压型雁列区宏观破裂方向分别与轴向应力方向垂直和平行. 雁列式断层标本变形过程中，破裂前的弱化阶段相对较长、弱化过程明显. 微破裂事件累积频次指数增长可能是系统失稳前的典型征兆之一，而雁列区宏观破裂之后，AE数量逐渐减少、应变释放相对减弱. 摩擦滑动过程中，大的粘滑失稳前未见有AE活动前兆性的增强过程.雁列区的b值变化在失稳前显示趋势性降低——快速回升这一典型的变化过程，b值降低一般发生在差应力增强过程之中，并有可能延续至弱化阶段，而快速回升则一般发生在破裂失稳前的短时期内. 对比研究表明，构造差异所导致的b值差异远大于b值随差应力的增加而产生的变化量，而对同一构造标本，力学状态的改变会导致AE序列时序特征的急剧变化，较高的加载速率对应较高的应变能释放及明显的低b值. 先期破碎带由于较低的破坏强度，其对差应力的微小变化具有特殊敏感性，从而成为源、兆分离、窗口或敏感点效应等地震活动性前兆现象的一种可能的原因.      

标本非均匀性对岩石变形声发射时空分布的影响及其地震学意义

基于一组实验结果,讨论了岩石标本的非均匀性（预存微裂纹和宏观裂纹）对声发射 时空分布的影响. 对比分析表明,预存微裂纹的存在使得破裂成核前声发射率快速增加、 b值表现出一种短期异常现象,即在下降背景上出现起伏,从而增加了破裂时间的可预报 性. 宏观结构（节理、层面等）的存在对声发射率和b值的影响与微裂纹相同,而且宏 观结构对声发射的空间分布具有控制作用,声发射丛集的宏观构造通常控制着未来的主破裂 . 这意味着宏观构造的存在使得主破裂的时间和位置预报成为可能.      

储层岩石应力裂缝演化的逐级连通模型及意义

以温压组合条件模拟地层埋深状态,对16块储层砂岩进行了三轴压缩试验,并对试件中不同尺度的应力裂缝(stress-induced cracks)进行了宏、微观相结合的研究,观察统计了裂缝的长度、方向、密度等几何参数的变化.结果表明:应力裂缝的形态特征与岩石变形时的温、压组合条件之间存在着相关关系;当外加载荷不超过岩石抗压强度的50%时,数量有限的微裂缝都是尺度与岩石颗粒相当的粒内或粒间裂缝;穿粒裂缝仅出现在80%峰值应力以上的应力区间中,且主要由粒内裂缝连通形成,随着穿粒裂缝尺度的增大,裂面与σ_1方向夹角在统计分布上有增大趋势,并逐级趋于未来的宏观破裂角;65℃、75 MPa 以上的温、压组合条件下,试件中最终形成的宏观裂面上皆以反阶步为特征.基于以上结果,本文建立了微裂缝演化的逐级连通模型,为复杂的构造应力裂缝预测工作,提供了一条新的思路.     

强震水氡前兆场异常特征及其物理解释

研究了岩石中微裂隙的产生与地下水氡浓度变化的关系以及孕震过程中微裂隙时空变化图像,揭示了水氡前兆场的时空变化特征及其物理机制。结果表明,孕震过程中岩石微破裂的生长是导致地下水氡含量升高及地震前出现水氡异常的原因;震源区及附近地区的膨胀和微破裂最早出现,并最为发育和集中,因此水氡异常也最早出现,也最为集中;孕震过程中微破裂增加,导致地下水氡含量升高,水氡趋势异常以趋势性升高为主。     

不同尺度下岩层渗透性与地应力的关系及机理

无论是地应力场宏观控制区域水文地质条件, 还是微观影响含水介质的渗透特性, 都有其深刻的内在发生机制, 生产实例和实验室试验表明: 在宏观地质大尺度下, 岩层以破碎、位移适应地应力场变化并为地下水的富集及运动提供场所, 地下水则以流动和压力传递来调整含水空间、扩张岩石裂隙实现流固宏观耦合, 尽管地质历史时期构造应力场经历多起叠加改造, 但形成区域主要构造骨架时的地应力场与渗流场具有相当的一致性, 主渗透方向与最大水平主应力方向一致; 在宏观地质中尺度下, 应力变化剧烈区、极低地应力区、应力集中区、剪应力集中区等往往与含水介质的主干裂隙相一致, 地应力均匀变化区则与基质的三重含水介质对应; 在微观地质小尺度下, 岩石空隙为三重孔隙介质, 包括基质孔隙、裂缝孔隙和管道状孔隙, 孔隙度和渗透率是有效应力的函数, 孔隙岩块的孔隙度和渗透率随有效应力的变化关系符合指数型数学模型, 裂缝型岩石宜用幂指数型数学模型描述, 毛细管型岩石则用二次抛物线数学模型描述较为恰当. 裂纹有效压缩系数、闭合压力计算揭示了裂缝性岩芯的渗透率和孔隙度损失较孔隙性岩芯损失大的机理, 裂纹有效压缩系数计算还说明同一介质渗透率变化总是大于孔隙度变化; 厚壁筒理论证实, 实验得出的毛细管型岩石孔隙度和渗透率损失与有效应力的二次抛物线关系正确.     

加载破裂和卸载破裂的焦散阴影区动态特征的实验研究

以实时全息干涉计量方法和焦散阴影光学法，用有机玻璃试样直观、形象地研究加载过程和卸载过程破裂时的应力（应变）场、塑性区或成核区（阴影区）不同地动态特征变化．结果发现，在低应力时，预制裂缝端点先出现应变核（条纹密集区），进而形成焦散阴影区．这些核和阴影区会随荷载增加变大，随卸载而减小．在一定的压力范围内重复加载卸载（循环加载），焦散阴影区则反复增大缩小；但在高应力时，尤其在将出现大破裂时，加载和卸载的焦散阴影区变化是不可逆的，其变化也完全不同．加载破裂时的焦散阴影区由慢到快迅速扩展；而卸载时的焦散阴影区则扩展较慢，并且在尖角形前方有一圆形阴影．      

水压致裂试验过程中的地电效应研究

本文总结了在水压致裂试验现场多台电法仪器测量和记录到的加压过程中的地电效应,并得到一些能反映岩石破裂情况的有意义的结果:（1）随着压力增加,电阻率明显上升.当压力超过岩石临界应力的一半以后,电阻率即很快地下降,卸压后又逐步回升,其变化椭圆的长轴方向与岩石破裂面的延伸方向是一致的;（2）以压力孔为中心的自然电位及ZK2,ZK14孔的井下电位都伴随着加压过程而变化,强烈反映了过滤电场与孔隙水压力的相关性.      

组合岩样破裂孕育过程中应变场的动态变化特征

利用花岗岩和砂岩拼合样品,进行双轴加压单面直剪试验,结果表明,对于力学性质差异很大的两种岩石的拼合岩样,破裂孕育过程中岩样上的应变是不均匀的,有的地方很高,有的地方很低。在大破裂发生前,应变在一些点沿原趋势加速上升或下降,在一些点则与原趋势相反,转而下降或上升,还有的点则基本平稳不变。应变场变化的共同特征是：①先出现高应变巾心,接着这个中心沿未来剪切缝从砂岩边缘向拼合岩样中部转移,而原先的高应变中心却逐步变成低应变区——应变空区。②主破裂不是发生在高应变中心,而是在应变空区或高应变中心转变而成的低应变中心处,直至主破裂发生。③微破裂和宏观破裂都由砂岩向花岗岩方向发展。     

汶川MS8.0地震断层映秀—南坝段的活动方式、形变特征及其形成机制

通过对2008年5月12日发生的汶川8.0级地震的发震构造——中央断裂映秀—南坝段地震地表破裂、地表形变及断裂上余震迁移等特征的详细调查和分析,结果表明：（1）自映秀至南坝,断层活动方式表现为由逆冲逐渐过渡为逆冲-右旋走滑、再到走滑分量与逆冲分量大致相当,同时断层两盘滑动伴有相对弱旋转活动;（2）在断层总体走向NE向、逆冲为主兼右旋走滑活动方式下,局部表现为走向NW向、逆冲为主兼左旋走滑活动方式;（3）地震裂缝与单侧破裂面关系,以及地表重叠缩短形变特征表明,断层活动、应变能释放是在近EW向区域构造应力及NE向局部构造应力综合作用下的结果.依据断层沿线地表裂缝产状的变化,粗略推出映秀至南坝段主应力方向由SEE向NEE方向变化,与前人使用CAP（Cut and Pasate）方法求出的主余震源机制方向基本一致.     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Earthquake Engineering and Engineering Vibration Aims And Scope

正This journal is established by the Institute of Engineering Mechanics(IEM),China Earthquake Administration,to promote scientific exchange between Chinese and foreign scientists and engineers so as to improve the theory and practice of earthquake hazards mitigation,preparedness,and recovery.To accomplish this purpose,the journal aims to attract a balanced number of papers between Chinese and     

Foreword

Destructive earthquakes have caused great damage in China and the United States and collapsing buildings havecaused many deaths and injuries. The field of earthquake engineering studies earthquake hazards, the occurrence ofearthquakes of various magnitudes, the nature of the ground shaking during an earthquake, the vibration of structuresduring earthquakes, the strengthening of existing structures and the design of new structures to be earthquake resistant,and finally, how to cope with earthquake damage and restore a city to normal functioning. Such efforts are in progressin both countries, but unfortunately, the language barrier interferes with the free flow of information between China andthe Untied States. It would be mutually beneficial if some means could be developed to promote the exchangeof information across the Pacific Ocean. This new journal has been established for this purpose and its success willbe an important step in promoting earthquake engineering in China and the United States.     

WORLD ASSOCIATION FOR SEDIMENTATION AND EROSION RESEARCH(WASER)

正President:Giampaolo Di Silvio,Italy Vice Presidents:Ulrich C.E.Zanke,Germany Zhao-yin Wang,China The World Association for Sedimentation and Erosion Research(WASER),inaugurated on Oct.19,2004,is an independent non-governmental,non-profit organization.The mission of WASER is to promote international co-operation on the study     

Enhancing remote sensing research on global change to improve our understanding on Earth system processes

正Global Change includes climate change and other environmental changes caused by the joint interaction among various layers of Earth. From the positive side, global change provides new opportunities to human and other living forms on Earth. In the meantime, it creates tremendous challenges and negative impact. At present, the negative impacts have reached all primary processes of the global ecosystem and every aspect of human society, especially causing degradation of the ecosystem. For instance, intensive deforestation causes decline of biodiversity; global warming causes sea level rise and increases     

SCIENCE CHINA Earth Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

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