中等主应力变化引起的岩石破坏与地震

用真三轴试验机对福田花岗岩和山口大理岩进行了实验研究.表明,如果从一定的应力状态开始,保持最大主应力和最小主应力不变,单独改变中等主应力可以引起岩石的破坏.在这种情况下破坏前声发射率急剧增长的前兆比由最大主应力增加引起岩石破坏时的声发射前兆出现晚得多.联系这一现象对中等主应力变化引起地震的可能性进行了探讨.      

应力减小引起地震

最近完成的岩石力学实验表明,在三轴应力状态下最大主应力的增加、中等主应力的变化(增加或减小)和最小主应力的减小都能导致岩石的破坏。由此启示,地震的发生既可能由地壳中的最大主应力的增加引起,又可能由中等主应力或最小主应力的减小引起。讨论了地壳中可能引起应力减小的作用,并从地震活动的规律性探讨了应力减小引起地震的可能性。指出在地震研究的各个领域中,不仅应考虑应力增加和能量积累过程中发生的地震,还应考虑在应力减小和能量减小过程中引起的地震。      

应力减小引起的岩石破坏与地震

最近完成的岩石力学三轴实验表明,岩石的破坏既能由最大主应力的增加引起,又能由中等主应力的变化(增加或减小)或最小主应力的减小引起,因此联系到地震的发生也是如此。地震前必须有一个应力和能量的增加过程,但地震不一定发生在应力和能量的增加过程中,地震也可以发生在应力和能量的减小过程中。文章还讨论了能够引起地壳中应力减小的作用,並从地震活动性方面探索应力减小引起地震的可能性。     

应力途径的研究

本文回顾了五年来应力途径研究工作的进展。实验表明几种岩石的强度、延性和脆性、体积变化和破坏前兆等与应力途径有关。三个主应力的变化(最大主应力的增加,最小主应力的减小和中等主应力的增加或减小)都能引起岩石的破坏,而破坏前兆的表明却有很大差别。这对了解岩石的性质和研究地震成因及前兆规律性有一定的意义。     

中主应力对岩石变形局部化的影响

岩石局部化变形在水利、石油、核废料处理、二氧化碳地质储存以及工程地质和岩土工程中都具有很强的实际意义,为了研究中主应力对于岩石局部化变形的影响,本文把轴对称拉伸和压缩状态的变形带角属性选做边界条件,推导得到RR模型中的本构参数,最后预测得到其他应力状态的变形带角,与Dunham白云岩真三轴实验数据进行比较,发现中主应力对岩石强度、变形率以及变形带角都有影响;变形带角在最小压应力值固定的情况下,随着平均应力的增加而增加,随着最小压应力的增加而减小,与认为中主应力对岩石强度以及变形没有影响的摩尔库伦条件预测结果不同.     

中主应力对击实黄土强度和变形特性的影响

为研究中主应力对击实黄土强度和变形特性的影响,利用空心圆柱扭剪仪对击实黄土进行主应力轴方向为0°的定向剪切试验,重点探讨中主应力系数b对剪切过程中击实黄土强度和变形的影响。试验结果表明,在不同中主应力系数下试样的广义剪应力-应变曲线发展模式基本相同,其曲线差异不显著,剪切后期试样表现出显著的延性特性。中主应力对击实黄土的强度影响较大,b=0.25时归一化强度最大,而b=0.5时最小。当b从0到0.25时强度增加;当b=0.25时强度达到峰值,随着b的继续增加,强度迅速减小;当b=0.5时强度达到最小值,随着b的进一步增加,强度先增大后减小。随着中主应力系数b的增加,击实黄土的有效内摩擦角呈现增大的趋势,强度参数在b=0时最小,b=0.75时最大,b=1(三轴拉伸)高于b=0(三轴压缩)。     

中主应力对压实黄土动变形特性的影响

常规的三轴试验通常无法真实模拟实际工程中土体所受的应力状态,因而就不能准确地评价土体的变形特性,尤其是中主应力对土体变形的影响。通过对原有的DTC-199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造,可进行中主应力对压实黄土动变形影响的试验研究。中主应力的大小σ2通过中主应力系数b(b=(σ2-σ3)/(σ1-σ3))来反映,在其它固结条件不变的前提下,初始中主应力系数b对压实黄土的动剪切模量有一定的影响,随着b的增大,动剪切模量有减小的趋势,最大剪应力也逐渐减小;b对最大动剪切模量基本没有影响。初始中主应力系数b对压实黄土的阻尼比λ基本没有影响,在λ-lgγd的半对数坐标图中,阻尼比随动剪应变的增加有逐渐增大的趋势,并且表现出较好的相关性。     

主应力轴持续旋转条件下饱和松砂的振动孔隙水压力特性

利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪”,针对福建标准松砂,在三向非均等固结条件下,进行了能够模拟海洋波浪荷载作用下主应力轴连续旋转的循环耦合剪切试验。通过试验着重探讨了初始主应力方向、振动过程中主应力方向连续变化对不排水条件下砂土的振动孔隙水压力增长特性的影响。实验研究表明:在振动过程中主应力轴连续旋转的条件下,初始主应力方向对砂土的动孔压比与振次比之间关系具有显著的影响,随着初始大主应力与竖向之间夹角的增大,动孔压比的增长速度明显加快,具有较好的规律性;归一化孔压比与广义剪应变之间的关系基本上与初始主应力方向角和振动剪应力幅值无关。     

唐山地震由应力减小引起的可能性

唐山地震城源周围的水压致裂资料的分析表明,震前最大水平应力和最小水平应力均处于减小的过程中。过去认为观测到的应力减小过程反映了地壳更深部位的应力增加,从而导致地震的发生。近年来进行的岩石力学实验表明,减小最小主应力或中等主应力均有可能导致岩石破裂。由此引入了应力减小引起地震的概念。根据这一概念重新分析了唐山地震的成因。既然震前已观测到应力的减小过程,则唐山地震就有可能是由应力减小引起的。     

应力途径对砂岩力学性质的影响

<正> 姚孝新等研究了应力途径对岩石脆性-延性变化的影响。实验中采用了两种加载方式。A型:在一定的围压下增加轴压使岩石破坏（即常规的三轴实验）;B型:在一定的围压下增加轴压到岩石破坏前的某一应力状态,然后停止加轴压转而减小围压使岩石破坏。实验表明,在同样的应力状态下,一种岩石在B型实验中表现得比在A型实验中脆。     

VOLUMETRIC CHANGES IN ROCK SUBJECTED TO DIFFERENT STRESS PATHS

The volumetric changes in Jinan gabbro and Changping granite subject ed to three different stress paths have been studied. In all cases the rockwas first loaded to a pre-determined stress state below that which would be conducive to fracture. This was then followed by three different cases of loading. Case A: The maximum principal stress was continuously increased to induce fracture. Case B: The minimum principal stress was decreased to induce fracture. Case C. The minimum principal stress was increased to prevent fracture. The experiments showed that for the same rock dilatant behaviour was different along different stress paths. When compared with the dilatant behaviour during case A experiments(i.e. the conventional triaxial experiments) the rocks were found to be in a superdense state for a case B stress path and in an ultra-dilatant state for a case C stress path.     

不同应力途径下岩石的体积变化

本文介绍了对岩石在不同应力途径下的体积变化进行的实验研究。主要的应力途径有三种,并且都是首先把岩石加载到破裂前一定的应力状态,再分别三种类型加载。实验用电阻应变片测量纵向和横向应变以计算体应变。实验表明:同一种岩石在不同应力途径下膨胀效应有显著的不同。文中用辉长岩的实验数据对过密量和超膨胀量进行了估算。研究表明,过密与膨胀是应力途径变化时岩石体积变化的滞后效应。研究了B型实验过密状态出现的条件。从强度80%左右开始减小最小主应力的B型实验明显表现经历过密状态。从低应力状态(强度50%左右)和高应力状态(强度92%以上)开始减小最小应力的B型实验,岩石均未经历过密状态。最后联系地震预报问题进行了简单的讨论     

应力途径和破裂前兆

本文研究了在不同的应力途径下岩石破坏的条件和破裂的前兆.选定了三种应力途径进行研究:在一定应力状态下增加最大主应力σ₁, 保持σ₂, σ₃不变, 使岩石破坏（A 型）;减小最小主应力使岩石破坏（B 型）;增加最小主应力岩石不破坏（C 型）.通过实验得到了济南辉长岩和昌平花岗岩 A 型途径和 B 型途径破裂强度的比较.对三种途径岩石的体应变、声发射和波速V_p, 进行了对比研究.A 型途径的破裂前兆表现与许多作者的结果相符合.B 型途径岩石断裂前处于"过密"状态, 与此相联系的声发射增加和波速V_p下降出现得很晚.C 型途径岩石处于超膨胀状态, 出现了声发射增加和波速V_p下降而岩石并未破坏的现象.      

两类三轴实验花岗岩的微破裂对比研究

用显微镜对三轴实验后,稻田花岗岩样品内部的微破裂进行了观测.对比了两类三轴实验的微破裂,一种是常规三轴实验(1>2=3),另一种是真三轴实验(1>2>3).观测表明,茂木清夫在真三轴实验中发现的脆性岩石体积膨胀的各向异性效应是由微破裂的各向异性引起的,从而阐明了这一效应的微观机制,并对中等主应力引起的膨胀和微破裂的各向异性效应在地震研究中的意义进行了初步探讨.      

True Triaxial Stresses and the Brittle Fracture of Rock

This paper reviews the efforts made in the last 100 years to characterize the effect of the intermediate principal stress σ ₂ on brittle fracture of rocks, and on their strength criteria. The most common theories of failure in geomechanics, such as those of Coulomb, and Mohr, disregard σ ₂ and are typically based on triaxial testing of cylindrical rock samples subjected to equal minimum and intermediate principal stresses (σ ₃=σ ₂). However, as early as 1915 Böker conducted conventional triaxial extension tests (σ ₁=σ ₂) on the same Carrara marble tested earlier in conventional triaxial compression by von Kármán that showed a different strength behavior. Efforts to incorporate the effect of σ ₂ on rock strength continued in the second half of the last century through the work of Nadai, Drucker and Prager, Murrell, Handin, Wiebols and Cook, and others. In 1971 Mogi designed a high-capacity true triaxial testing machine, and was the first to obtain complete true triaxial strength criteria for several rocks based on experimental data. Following his pioneering work, several other laboratories developed equipment and conducted true triaxial tests revealing the extent of σ ₂ effect on rock strength (e.g., Takahashi and Koide, Michelis, Smart, Wawersik). Testing equipment emulating Mogi's but considerably more compact was developed at the University of Wisconsin and used for true triaxial testing of some very strong crystalline rocks. Test results revealed three distinct compressive failure mechanisms, depending on loading mode and rock type: shear faulting resulting from extensile microcrack localization, multiple splitting along the σ ₁ axis, and nondilatant shear failure. The true triaxial strength criterion for the KTB amphibolite derived from such tests was used in conjunction with logged breakout dimensions to estimate the maximum horizontal in situ stress in the KTB ultra deep scientific hole.     

承压介质电阻率变化的方向性 与主应力的关系

介质电阻率变化的方向性与主应力方向的关系研究一直受到岩石电阻率实验和地震学等学科的关注. 本文在电极面4 cm×8 cm, 6 cm×12 cm, 8 cm×16 cm和4.6 cm×10 cm的10块分别为花岗岩、 凝灰质粗砂岩(夹砾石)和细晶花岗岩标本上及100 cm×100 cm的1块人工合成模型上, 采用对称四极法布设多位置、 多极距、 多方位电阻率测线, 用单轴压缩、 二维约束差应力压缩、 低围压三轴差应力压缩和真三轴差应力压缩方式加载. 其中在单轴压缩和低围压三轴压缩加载方式下, 7块岩石标本中的4块被压破, 3块没有被压破, 只压到电阻率出现明显的下降异常时卸压. 另在上述10块岩石标本中, 还有3块是电阻率原始各向异性标本. 将这样11块标本所获得的多位置、 多极距、 多方位测线电阻率资料, 按从开始加载到破裂的过程, 分成30%附近破裂应力段、 50%附近破裂应力段、 80%附近破裂应力段和100%破裂应力段, 研究同一测点多方位测道中该4个破裂应力段视电阻率变化最大(最小)幅度测线方位与力源最大主压应力方位的关系, 结果未发现二者之间有确定的关系.