受压剪应力作用闭合裂纹的光弹性研究

文中给出了受压剪应力作用闭合裂纹端部应力场的断裂力学解.提出了一种预制闭合裂纹的新方法.对闭合裂纹做了新的光弹性研究.分析了应力强度因子(SIF)及闭合裂纹表面摩擦力的变化.探讨了压剪闭合共线双裂纹之间奇异应力场的相互作用.用有限元法对压剪闭合裂纹SIF所做的计算说明,本文实验结果合理.最后,讨论了本文结果在震源研究中的某些应用.      

裂纹端部的力学研究

本文计算并讨论了忽视旋转的传统理论所不能给出的裂纹端部场与场源的相互作用，首先利用弹性力学方法计算了共线裂纹组端部的应力场及位移场，然后应用旋转理论给出共线裂纹组端部的扭转力通解，对单裂纹和双裂纹情形做了重点讨论．     

工程结构三维疲劳裂纹最大应力强度因子计算

介绍了裂纹的类型、裂纹尖端应力场的奇异性。以一维问题为例,推导论证了奇异单元能够很好的反映裂纹尖端应力场的奇异性。应力强度因子一般表达式表明应力强度因子与载荷呈线性关系,并依赖于物体和裂纹的几何形状和尺寸。本文借助大型通用有限元软件ANSYS,采用位移外插法计算了三维表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,并与《应力强度因子手册》基于实验的理论公式计算结果相比较。结果表明:有限元结果与理论解误差较小,裂纹最深处应力强度因子最大。     

强余震的断裂力学机理

一、裂纹扩展的方向利用应变能密度理论,结合裂纹闭合的作用,研究混合型裂纹的扩展。在考虑裂纹闭合的影响时,我们仿照Mclintock和Walsh (1962)的思路,研究直的裂纹。薛昌明根据应变能密度理论研究混合型裂纹失稳扩展的问题。这个理论在裂纹扩展方向上给出比通常所用的最大拉应力理论更合理的结果,而且不必计算能量释放率就可以得     

一种Timoshenko裂纹梁的静力挠度分析方法

建立了一种Timoshenko裂纹梁的分析模型并且获得了闭合形式的挠度解析解。首先,在一致梁的理论框架下,通过引入δ函数模拟裂纹导致的局部柔度,建立用广义函数表示的Timoshenko裂纹梁的微分控制方程,进而得到挠度的闭合形式的解答;其次,根据线弹性断裂力学理论,利用转角及挠度突变与局部柔度系数的关系,建立Timoshenko裂纹梁的模型参数与裂纹深度的显式表示;最后,通过对裂纹深度与挠度、转角和曲率间关系的分析,总结了结构响应的损伤敏感性及其特征,并且通过与引入裂纹奇异单元的有限元结果进行比较,验证了本文所建分析模型及求解方法的正确性。研究结果表明,本文所建立的Timoshenko裂纹梁的分析模型,具有较高的计算精度和效率,在结构模型修正和损伤识别中具有良好的应用前景。     

含典型裂纹系硬包体复合模型的应力场及破裂特征

针对硬包体孕震模式力学机制研究，分别对含雁行裂纹系及组合裂纹系的硬包体复合模型，在单轴压力作用下的应力场及破裂特征作了实验研究和比较．结果表明，在硬包体中，逆向雁行裂纹系和T形裂纹系是孕育强震并易于发震的有利地质构造．      

压剪应力场中组合裂纹非共面破裂特征的实验研究

通过实验力学方法研究了几种典型组合裂纹非共面破裂特征．实验结果表明，在双轴加载条件下，脆性材料内部的初始不闭合裂纹在受力闭合之前出现新裂纹，扩展裂纹中不仅有张性裂纹，而且有剪切裂纹，部分甚至还出现逆向剪切裂纹．对单轴加载和双轴加载两种条件下裂纹的破坏规律作了比较．     

断层滑动对邻近场的影响

对含一组裂纹的平板模型的有限元计算表明,在断层滑动后,其附近应力场发生了较大变化,有的应力场方向几乎偏转了90°。这可能是震前P轴偏转的一种力学机制。当把裂纹间的关系类比为一组断层时,计算结果表明,断层的滑动将影响附近断层,使有的断层滑动的可能性增大,而有的断层滑动的可能性减小,即对有的断层起了“加震”作用,而对有的起了“减震”作用。由此看出,成组发生的地震间表现出“自序性”。依此自序特点对华北第三、四活动期中地震幕作了划分,结果与其它研究所划分的一致。因此,本项研究也是对地震幕物理涵义的一种探讨。     

平面剪切断层系相互作用的研究

本文利用数值模拟方法对 2种典型地震断层系进行了研究。首次引入利用所有裂纹面上裂纹张开位移 ( COD)数据计算应力强度因子和应力场的方法 ,提高了计算精度。本文对此方法进行了验证 ,利用边界元算法获得 COD数据 ,将全裂纹面上的 COD数据代入公式 ,拟合出应力强度因子和应力场。此方法后处理少、可靠性好、计算时间也相应较短 ,且易于操作实现 ,适用范围较广。在上述工作的基础上 ,本文利用此算法讨论了 2种典型的平面双等长裂纹系问题。第一种是平面共线剪切双裂纹 ,主要讨论了这种非单一裂纹在外力作用下的相互作用 ,定量给出了裂…     

非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响

运用岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,通过对岩石试样中预置的倾斜裂纹扩展过程的数值模拟,研究了材料非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响．数值模拟再现了受压试样在裂纹扩展过程中逐步演变的应力场和应变场,以及与岩石非均匀性有关的声发射和断裂扩展模式的“岩桥”现象．模拟结果说明,岩石的非均匀性对含裂纹试样的变形、破裂过程及其破坏模式有很大的影响．     

地震应力波的传播与岩石的动态响应

本文用 Split-Hopkinson 压力杆装置研究了应力波通过破裂岩石试件的衰减现象。给出了灰砂岩、石灰岩两种岩石动态的破裂强度与应力应变关系.结合受应力作用的岩样切片的微观观察,对应力裂纹、裂纹的动态分叉现象进行了分析讨论.      

构造地震的局部内应力源模式

本文根据断层在孕震过程中伴随有蠕动这一事实, 利用裂隙位错的数学理论, 提出了一个新的构造地震的震源模式——局部内应力源模式, 其特点是强调了在区域应力场基本不变的条件下因断层蠕动产生的局部内应力在孕震过程中的作用.文中推导了内应力随时间的变化及由此产生的二维准静态应力场和裂端塑性区线度, 并据此对强震前可能出现的前兆异常的时空特征作了估计.      

新疆伽师强震群区的横波分裂与应力场特征

利用在新疆伽师地区布设的流动台阵记录到的地方震波形数据,研究了伽师强震群附近各台站横波分裂现象,给出了相应的快波偏振方向的平面场分布. 发现在台阵的塔里木盆地一侧,波偏振方向为近SN向,与塔里木盆地的区域主压应力方向一致,但在塔里木盆地北部边缘的褶皱变形带内,快波偏振方向变为近EW向,特别是在柯坪断裂附近,快波偏振方向与阿图什地震的震源断层方向基本一致. 由于快波偏振方向平行于主压应力方向,给出的快波偏振方向反映了相应的主压应力场特征. 结果表明,伽师强震群的成因很可能是塔里木盆地北缘横向非均匀变形造成的局部张性剪切应变能的释放.     

单断裂多源应力场初探

本文提出一个单断裂多段闭锁的孕震力学模型,对其产生的附加应力场进行了推导和计算;讨论了震前多源应力场的时空分布特征。证明多源前兆场演变过程的复杂性和震前地应力变化形态的多样性。     

唐山地震震源应力场的数值模拟研究-三维有限单元法在计算震源应力场中的应用

震源机制结果与极震区地裂缝的力学性质,都说明唐山地震是以右旋剪切走向滑动为主且兼倾向滑动的主震型大地震。这说明唐山地震是在水平力和垂直力同时作用下产生的。本文利用三维有限单元法,采用弹性模式对唐山地震震源应力场进行了数值计算,並考虑了体力与表面力两种受力情况。表面力又分为水平作用应力与垂直作用应力,水平作用应力随深度变化,且最大水平压应力等于同一深度上静水压力的3倍,而最小水平压应力等于同一深度上静水压力。最大水平压应力取北85°东,即与唐山地震震源机制解的最大主压应力轴基本上是一致的。垂直力取其静水压力的1.5倍所得结果与地震实际发生的过程比较一致,所以,唐山地震很可能是在水平力与垂直力同时作用下产生的。     

鲜水河断裂带的应力积累与释放

本文根据历史地震(Ms6.0)的资料,研究了鲜水河断裂带的地震活动性,并利用断层的位错模式进一步研究该断裂带的应力积累和释放过程.结果表明,该断裂带的强震活动大致以道孚为界,形成北西和南东两个活动地段,呈现南北交替活动的特征.地震能量的这种交替释放似具有准周期性质,Ms7.0级地震的平均复发周期为27.6年.给出该断裂带在三个不同时间段(1700-1811,1816-1967,1816-1982)强震断层作用引起的应力释放图象,讨论了前两个时间段地震应力场对其后发生的第一个大地震的重要影响.计算了1893年以来在断裂带南东段(相对闭锁段)的应力积累,示出相应的最大剪应力和流体静应力等值线图.最后,根据应力积累、附加应力变化、地震活动规律和应变释放曲线特征,估计了鲜水河断裂带的地震趋势.认为在本世纪末,在断裂带南东段的(1)康定-磨西段或(2)道孚-乾宁段或(3)乾宁-康定段将可能发生 Ms=7.40.3地震.      

三维脆性破裂的拉应力判据

用线弹性断裂力学对连续介质中三维裂纹(K_Ⅲ≠0)破裂的拉应力断裂准则提出了补充性假说和相应的计算方法（第一主微分面定点法）。对于给定应力强度因子K_i（i=Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）的裂纹问题,从理论上给出了初始破裂面完整形式的解析表示或数值计算结果。推导结果是,三维拉张破裂的初始破裂面是以破裂点为顶点的广角锥面,跨在原始裂纹面的前缘,它的外缘为螺旋线,锥面的每一条母线都与过该线的第一主微分面重合。大量的这样的初始破裂面叠错密接,互不相交。推算的结果与已有的三锥破裂实验结果基本符合。把补充后的拉应力判据和最大拉应力理论相比较,发现在应力分量只保留奇异项的情况下,这两种判据是等价的;但如果对应力分量作零阶项修正,则两种判据只在三维(K_Ⅲ≠0)问题中等价,在二维(K_Ⅲ=0)问题中不完全等价。     

半无限地下介质中与垂直张性裂缝相关联的应力场和地面形变

本文笔者把垂直并贯穿达地表面之张性裂缝作为格里菲思（Griffith）裂隙来考虑,从而研讨了在已给裂缝变形情况下的半无限地下介质中的应力场和地面形变.推导出了估计这些应力和变形的一系列公式.考查了地表面的变形和与裂缝的存在相伴随的应力降.关于裂缝的张开,假设按线性规律从裂缝的顶部到底部逐渐减小至零,而裂缝顶部开裂的宽度与裂缝深度比较,则认为相对地较小.     

下辽河盆地现今构造应力场特征

目前研究现今构造应力场的方法很多，如地壳形变测量，震源机制解等方法，本文利用井壁崩落法、套芯法及有限元数值模拟所得结果，研究分析了下辽河盆地现今构造应力的特征。     

分析地震波估算地壳内的应力值

本文讨论了利用破裂力学理论说明地震破裂的过程, 认为地震本质上是岩石在应力作用下的低应力破裂现象.它是岩石中的裂纹不断稳态扩展、最后进入失稳扩展的结果.分析了在扩展过程中应力和位移的变化, 发现任何将要破裂的那一点的应力都要由初始应力0升高到屈服应力y 以后才破裂, 破裂后裂纹面上的点的应力降到0.在破裂前和破裂后的位移, 都可由弹性力学方程给出.在破裂的一瞬间破裂的端点产生的非弹性位移, 则不能由弹性力学方程给出.它可以由断裂力学中的裂纹滑开位移公式近似给出.根据位错模式由于计算弹性波辐射场的位错量 D(, t), 正是破裂瞬间产生的非弹性位移, 所以用弹性位移公式来计算地震位错量是错误的.我们采用了裂纹滑开位移公式来计算地震位错量, 从而导出了较合理的计算地震释放总能量的公式 ET=yDS(y 为屈服强度;D为平均位错;S 为断层面积)以及估算初始应力值0的公式:0 =[Dmax/L4y/(1-) ]1/2(L 为断层长度).用它们计算了一些地震的 Er 和0, 分别列于表1和表2.这些结果比以往的结果要更合理一些。 结果表明:(1)地震多数是在低应力作用下(即低初始应力)发生的(约100——200巴);(2)地震释放的总能量约比地震波能量大一个数量级.