高孔隙岩石局部化变形研究新进展

“压实带”是高孔隙岩石在脆-延性转换阶段发生的一种局部化变形现象．“压实带”的发现改变了关于局部化变形发生方向的传统观念．“压实带”对于理解地壳运动和变形的重要性以及在材料和石油工业等方面的潜在应用,使得它成为岩石物理学和地质学的研究热点之一．本文围绕“压实带”,从实验研究、连续介质理论分析和数值模拟三个方面详细介绍了高孔隙岩石局部化变形的研究进展．     

岩石变形局部化的实验研究

用光弹贴片法、声发射技术和电视录象的方法,研究了山东济南辉长岩试件（15×45×90mm3）。在平面应力状态下,单轴压缩加载的过程中,岩石表面（45×90mm2）的应变场的等差线（即最大剪切应变的等值线）条纹图案的连续变化过程。 在加载到峰值载荷的88％—95％时,高级次的等差线条纹在包含即将发生的断层面的区带中高度集中。变形集中区的主应变差（最大剪切应变）的值比周围介质可高出5—6倍。 变形局部化的趋势比声发射率剧增要早得多。     

岩石变形局部化的实验研究

用光弹贴片法、声发射技术和电视录象的方法,研究了山东济南辉长岩试件（15×45×90mm³）。在平面应力状态下,单轴压缩加载的过程中,岩石表面（45×90mm²）的应变场的等差线（即最大剪切应变的等值线）条纹图案的连续变化过程。 在加载到峰值载荷的88％-95％时,高级次的等差线条纹在包含即将发生的断层面的区带中高度集中。变形集中区的主应变差（最大剪切应变）的值比周围介质可高出5-6倍。 变形局部化的趋势比声发射率剧增要早得多。     

岩石变形破坏过程中试件尺度对断裂参数的影响

采用三轴压缩实验方法,以不同尺寸的大理岩作样品,测定并研究了试件尺度对岩石剪切断裂参数的影响。样品的D(直径)×L(长度)从20mm×44mm到90mm×198mm。围压从20MPa至50MPa,以30MPa为主。结果表明:断裂能G、特征位移δ~*及其平均值δ、弱化带宽ω均随样品尺度的增加而增加,一般关系式为 G=G_0 K_gD~π δ=δ_0 k_δD~M ω=ω_0 K_ωD~P式中D为表征断裂尺度的量,其余均为常数。认为尺度因素可能是目前实验测定的断裂能与依据地震资料估算的断裂能之间有较大差异的主要原因。     

岩石裂纹附近的变形局部化与破坏——激光全息干涉法的应用

本文介绍了应用激光全息干涉法观测单轴压缩条件下裂纹附近的离面位移场和岩石的变形破坏过程。着重指出了裂纹构造活动与微裂隙丛集发育的变形局部化前兆在这种破坏过程中的相互关联,并就其所反映的震源物理本质进行了讨论。     

高孔岩石局部压缩变形研究新进展

高孔岩石的局部压缩变形能显著的降低岩石的渗透性能,在石油和天然气的储藏和输运,含水层的管理以及二氧化碳的地质储存方面都有很高的利用价值,可以带来很好的经济、环境和社会效应,所以成为岩石力学和地球物理学的研究热点之一.Rudnicki和Rice(1975)发展了基于塑性力学的局部化分叉分析,建立了从均匀变形中分化的非单一...     

岩石裂纹附近的变形局部化与破坏——激光全息干涉法的应用

本文介绍了应用激光全息干涉法观测单轴压缩条件下裂纹附近的离面位移场和岩石的变形破坏过程。着重指出了裂纹构造活动与微裂隙丛集发育的变形局部化前兆在这种破坏过程中的相互关联,并就其所反映的震源物理本质进行了讨论。     

最小主应力减小引起岩石破坏时中间主应力的影响

过去曾用常规的三轴试验机研究过减小围压引起的岩石破坏。这种实验的局限性在于中等主应力和最小主应力始终保持相等。本实验使用茂木的真三轴试验机研究了单独减小最小主应力引起的岩石破坏。发现岩石的强度、变形、延性和脆性等力学性质与常规实验有明显的差异。证实了茂木在增大最大主应力引起岩石破坏的一系列实验中阐明的中等主应力效应,在减小最小主应力引起岩石破坏的实验中仍然存在。     

最小主应力减小引起岩石破坏时中间主应力的影响

过去曾用常规的三轴试验机研究过减小围压引起的岩石破坏。这种实验的局限性在于中等主应力和最小主应力始终保持相等。本实验使用茂木的真三轴试验机研究了单独减小最小主应力引起的岩石破坏。发现岩石的强度、变形、延性和脆性等力学性质与常规实验有明显的差异。证实了茂木在增大最大主应力引起岩石破坏的一系列实验中阐明的中等主应力效应,在减小最小主应力引起岩石破坏的实验中仍然存在。     

变形过程中岩石P波速度场的空间变化

在一次地震之前,在不同观测点测量岩石中弹性波速度,经常得到不同的结果.这一现象提示我们:岩石破坏前,其物理性质的变化在空间上的分布是不均匀的,破坏前兆的获得应该建立在对岩石性质的空间分布,即对物理场分析的基础上. 本实验观测了岩石样品在单轴压缩下,P波走时空间分布变化的全过程.实验表明:在岩石的破坏过程中,岩性的空间分布具有同步性变化的中长期前兆和差异性变化的短期前兆的特点.在岩石接近破坏时,岩性的变化表现出严重的不均匀性.岩石的整个破坏过程可以看成岩石的物性分布是由无序向有序的演化,即是一个熵减小的过程.      

土体永久变形中地震动有效荷载研究

通过黏土和砂土的一系列动三轴试验,研究土体永久变形中地震动的有效荷载问题,提出了黏土和砂土应变门槛值与有效荷载幅值下限值的关系,给出了有效荷载幅值的计算公式和有效荷载的推荐值.结果表明,真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载有明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制.应变门槛值与有效幅值下限值呈非线性关系,应力幅值下限值比应变门槛值大,且在较小的应变门槛值情况下需要比率差别更大的有效幅值才能产生相应的应变.以使土体产生超过总应变10%增量的应力值作为有效荷载幅值,砂土情况下幅值应大于峰值的四分之一,黏土情况下幅值应大于峰值的三分之一.     

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。     

不同土质条件下断层地表破裂对比研究

本文结合华北地区几个地震统计区的实例,探讨了地震统计区的重要地震活动性参数b值和v4不确定性的主要影响因素及其特征,并研究分析了其不确定性的大小。结果表明,地震活动性参数的不确定性主要影响因素为样本统计时段、样本处理方法、统计下限震级、高震级年平均发生率等。在郯庐地震统计区,b值变化可达0.2以上,v4的变化可达1.4以上,汾渭地震统计区的不确定性也基本相当,河北平原地震统计区因为地震样本相对丰富,不确定性要小许多。     

南北地震带区域形变异常特征与地震关系研究

利用南北地震带及附近地区20世纪70年代以来的区域水准网和90年代以来的GPS监测网资料, 结合地质构造和监测区发生的多次6级左右及以上震例, 分析了震前区域性形变场异常的基本特征。 进而根据资料支持程度, 分别以GPS、 区域水准观测位移为地表约束, 以“973”项目活动地块划分结果为地质依据, 进行非震负位错模型反演计算, 研究了数值模拟结果反映的活动块体和边界断裂构造变形状态与地震的关系。 在此基础上, 定性与定量相结合分析研究了强震前区域性水平、 垂直构造形变异常特征及可能的机理, 初步总结了基于区域水准、 GPS观测与数值模拟的强震前区域构造形变异常的一些判据。     

带缝空心RC剪力墙结构变形与耗能性能研究

为了研究带缝空心钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能,本文进行了六层1／3．0比例模型房屋的拟动力及拟静力试验,分析了带缝空心钢筋混凝土剪力墙结构在地震作用下的变形与耗能性能,探讨了结构在地震作用下的破坏机理、滞回特性及其薄弱环节或部位。试验结果表明：该结构模型延性的弯剪破坏形态与普通钢筋混凝土剪力墙结构不同;竖缝的设置增加了结构在弹塑性阶段的变形及耗能能力,结构具有较强的变形及耗能能力。作为一种抗震性能良好的新型的结构形式,带缝空心钢筋混凝土剪力墙结构具有一定的工程推广应用前景。