围压对浅表岩石力学行为的影响

结合山体滑坡和油田开采等工程问题,大量测定和研究了若干完整的和含弱面的岩石的力学参数和破坏特性.结果表明,围压(对应于地下深度)对地壳浅表岩石力学行为的影响已不可忽视,因此,上述工程问题都应给予考虑.这种影响表现为随围压(深度)的增加不仅强度增加,而且破裂性质由张性迅速向张剪性过渡,岩石由脆性向半脆性、半延性过渡,破裂由单一面向破裂带过渡;随围压(深度)的增加,弱面影响逐渐减弱,从而导致杨氏模量的增加.研究还表明,岩体周围介质的特性对岩体破坏行为有明显影响,随着周围介质刚性增加和流动性减小,岩石明显地表现出由突发式破坏向渐进式破坏过渡.     

用电测深法在水压致裂实验中确定岩石破裂方向的实验研究

1.测点布设及观测方法实验场地位于福建省南靖县汤坑盆地中央。盆地内分布有F_1、F_2、F_3和F_44组断裂,其中F_1为张性兼压扭性断裂,F_2为扭性断裂,F_3为张扭性断裂,F_4为压扭性断裂(图1)。     

高围压条件下岩石力学性质的温度效应

以往的研究表明，深部高温高压条件下岩石力学性质与地面所看到的有很大差别。深部岩石力学与深部的高温高压环境有关。本文介绍几个典型实验实例，叙述了的岩石样品在不同的温度条件下力学性质发生的变化。     

内孔加压三轴条件下岩石的破裂试验研究

本文应用岩石孔压三轴仪,研究花岗岩和大理岩的破裂特性,探讨应力途径对岩石破裂强度的影响。试验结果表明:(1)岩石的内孔水压致裂强度随围压的增加而线性增加,(2)在拉,压应力组合条件下,岩石呈现出拉破特性,引起岩石破裂的拉应力随着轴压增加而减少;(3)孔压致裂法获得的岩石抗拉强度值偏高     

在围压条件下切口岩石破裂过程的实验研究

本文根据地震的断层说观点在室温、围压600—1,200巴条件下研究了具切口的花岗闪长岩、辉长岩和大理岩试件的破裂发展过程。在连续增加的差应力作用下观测到:切口内部充填的软弱夹层首先发生剪切变形和破裂,接着在切口端部一侧扩展张性裂纹,然后在切口前缘方向扩展剪切裂纹,最后发生贯通试件的剪切和张裂-剪切主破坏。张裂纹扩展长度受到围压的强烈抑制。岩石的切口结构和岩性变化对破裂迹线的空间展布和主破坏机制有重要影响。讨论了实验结果在断层扩展型地震的形成过程及其在预报预测方面的意义     

正交异性岩体水力压裂应力测量原理和方法

本文根据岩体力学性质的各向异性，以岩体正交异性弹性理论为基础，提出用水力压裂法测算水平方向两主应力大小和方向的原理及测量有关岩体弹性参数的方法。     

岩石水压致裂和诱发地震的实验研究

用7种岩石各制备了几类不同预裂纹的系列试件，并在不同围压下进行水压致裂强度实验。结合典型的水库诱发地震的实际资料和现今构造应力场的实验结果，以及应用岩石强度理论和岩石断裂力学的一些原理、方法，进行岩石孔隙水压诱发地震的探讨。初步结果为：(1)若岩体内构造应力很小，一定大小的孔隙水压力σp，可直接使岩体内的薄弱面致裂并发生小地震。(2)若构造应力较大，存在两类诱发地震的可能：①对岩体浅部一些走向与构造应力的主压应力σ1方向相近的薄弱面，σp可促使其发生张性破裂并诱发小地震。②当构造应力接近于断裂的抗剪强度时，因σp，降低了断裂面上的正应力σn，使原处于稳定状态的断裂失稳，发生滑移破裂并诱发出地震。σp导致断裂的破裂深度增大，使诱发地震的震级大于原潜在的地震震级。(3)各种岩体均存在着一个极限深度，此深度后不再有诱发地震。     

温压条件下岩石破坏前后的力学性质与波速

在温压条件下，对大理岩和砂岩进行了全过程应力应变试验，研究了温压条件对岩石的极限强度，残余强度，剪切破裂角的影响，以及岩石破坏前后的弹性模量与波速的变化。得到了在温压条件下，岩石变形全过程中有关弹性参数和力学性质的变化规律，并进行了简要分析。     

高围压下岩石材料的断裂力学实验

近年来,岩石断裂力学理论和实验发展非常迅速、并在许多大型工程的设计与施工中得到广泛的应用.1988年关于岩石断裂韧性实验测试方法的国际标准也已正式公布(ISRM,1988).与此同时在地球物理学及地震学界,岩石断裂力学的研究工作也日趋增多.并取得了许多新的研究成果(Das,et al.,1986;Atkinson,1987).      

静围压下岩石纵波速的变化和各向异性

在500MPa静围压下研究了多种岩石样品的三维纵波速和波速各向异性。岩石样品采自美国南加州Whipple山的不同地层。实验得到如下结果:1.岩石的纵波速各向异性是一个普遍的特征。2.岩石样品的三维纵波速均随围压的增加而增加,但增量大小的次序与围压无关。3.岩石的各向异性普遍随围压的增加而减小。4.岩石内层理被压缩是岩石各向异性随围压减小的主要原因。 本文还首次提出了波的振幅随围压加载和卸载变化的现象。     

围压作用下岩石样品中微裂纹的闭合

岩石中普遍存在的微裂纹对其物理性质有十分显著的影响.为了得到不同围压条件下岩样内部微裂纹形态的变化,选取几种具有明显层理的岩石圈岩石样品,在不同围压下沿相互正交的三个方向对纵横波速度和线应变等进行了测量,根据O’Connell模型通过计算得出有效泊松比、裂纹密度、裂纹孔隙度和裂纹的c/a比值（a为硬币形裂纹半长轴的长度,c为其半宽度）.结果表明,随着围压的增加,在垂直于层理面的方向上裂纹闭合最快但c/a比值不减反增.结合显微组构分析可知,岩石中的裂纹表面实际上是凸凹不平的,在围压增加引起裂纹闭合过程中一条裂纹可以变成几个,长度成倍减小但宽度变化不大,所以在垂直于层理面的方向上c/a比值随围压增加而增大.但另两个方向上的变化明显不同,应该与模型本身的适用范围有关.通过同时测量纵、横波速度,计算c/a比值,可以对样品中微裂纹的几何形态及空间分布方式有定性或半定量的了解.     

围压作用下岩石样品中微裂纹的闭合

岩石中普遍存在的微裂纹对其物理性质有十分显著的影响.为了得到不同围压条件下岩样内部微裂纹形态的变化,选取几种具有明显层理的岩石圈岩石样品,在不同围压下沿相互正交的三个方向对纵横波速度和线应变等进行了测量,根据O’Connell模型通过计算得出有效泊松比、裂纹密度、裂纹孔隙度和裂纹的c/a比值（a为硬币形裂纹半长轴的长度,c为其半宽度）.结果表明,随着围压的增加,在垂直于层理面的方向上裂纹闭合最快但c/a比值不减反增.结合显微组构分析可知,岩石中的裂纹表面实际上是凸凹不平的,在围压增加引起裂纹闭合过程中一条裂纹可以变成几个,长度成倍减小但宽度变化不大,所以在垂直于层理面的方向上c/a比值随围压增加而增大.但另两个方向上的变化明显不同,应该与模型本身的适用范围有关.通过同时测量纵、横波速度,计算c/a比值,可以对样品中微裂纹的几何形态及空间分布方式有定性或半定量的了解.     

不同围压下岩石中泊松比的各向异性

由弹性波纵横波速比计算得到的泊松比,在利用地震波反演地下结构和物质组成时,可以提供比单纯地利用纵波或者横波波速更强的约束. 为了研究不同岩石中泊松比及其各向异性随围压的变化,选取19块典型的岩石样品,在不同围压下沿相互正交的3个方向同时测量纵、横波速度,并通过计算得到了泊松比及其各向异性. 结果表明,在大部分样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性有一定的相关性,但在有的样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性没有明显的关系,甚至表现出完全相反的变化规律. 由于泊松比也表现出很强的各向异性,在排除微裂隙的影响后有的仍可以达到30髎以上,在利用实际地震波传播数据通过泊松比反演地下物质结构时必须考虑其各向异性的影响.     

不同围压下岩石中泊松比的各向异性

由弹性波纵横波速比计算得到的泊松比,在利用地震波反演地下结构和物质组成时,可以提供比单纯地利用纵波或者横波波速更强的约束. 为了研究不同岩石中泊松比及其各向异性随围压的变化,选取19块典型的岩石样品,在不同围压下沿相互正交的3个方向同时测量纵、横波速度,并通过计算得到了泊松比及其各向异性. 结果表明,在大部分样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性有一定的相关性,但在有的样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性没有明显的关系,甚至表现出完全相反的变化规律. 由于泊松比也表现出很强的各向异性,在排除微裂隙的影响后有的仍可以达到30髎以上,在利用实际地震波传播数据通过泊松比反演地下物质结构时必须考虑其各向异性的影响.     

氯化钠传压介质高温高压岩石变形实验的应力和围压修正

该固体围压介质高温高压岩石变形实验装置的应力和围压修正方法是从长春地质学院岩石变形实验室的三轴实验系统中经过实验总结出来的,简便易行,可应用于同类系统的实验设备。确定了该实验装置采用氯化钠传压介质时氯化钠的传压特性和内部摩擦力的大小,并进一步确定出样品实际所受的围压和应力与表观值间的关系,求出修正量,从而应用于具体的实验研究中     

不同围压下孔隙度不同的干燥及水饱和岩样中的纵横波速度及衰减

选择具有不同孔隙度的三种岩石样品,在最高达600MPa （干燥样品）或300MPa （水饱和样品）的不同围压条件下,同时测量了在其中传播的纵、横波的速度及衰减。对于低孔隙度的花岗岩,干燥和水饱和样品的 Q 值几乎没有差别,但与干燥样品相比,水饱和样品中的纵波速度较高而横波速度稍低。对于中等孔隙度的杂砂岩,干燥样品和水饱和样品的波速和 Q 值及其随围压的变化有明显的不同。在高孔隙度的砂岩中这种不同更加显著。综合分析同时测得的纵、横波速度和 Q 值可以发现,当围压增加时,低孔隙度的花岗岩中同体应变相关的能量损失与同剪切应变相关的能量损失之比减小,但在中等孔隙度的杂砂岩和高孔隙度的砂岩中这一比值增大;同时,水饱和样品中的这一比值要比干燥样品中的大,而且它们之间的差别同样品的孔隙度正相关。     

不同围压下孔隙度不同的干燥及水饱和岩样中的纵横波速度及衰减

选择具有不同孔隙度的三种岩石样品,在最高达600MPa （干燥样品）或300MPa （水饱和样品）的不同围压条件下,同时测量了在其中传播的纵、横波的速度及衰减。对于低孔隙度的花岗岩,干燥和水饱和样品的 Q 值几乎没有差别,但与干燥样品相比,水饱和样品中的纵波速度较高而横波速度稍低。对于中等孔隙度的杂砂岩,干燥样品和水饱和样品的波速和 Q 值及其随围压的变化有明显的不同。在高孔隙度的砂岩中这种不同更加显著。综合分析同时测得的纵、横波速度和 Q 值可以发现,当围压增加时,低孔隙度的花岗岩中同体应变相关的能量损失与同剪切应变相关的能量损失之比减小,但在中等孔隙度的杂砂岩和高孔隙度的砂岩中这一比值增大;同时,水饱和样品中的这一比值要比干燥样品中的大,而且它们之间的差别同样品的孔隙度正相关。     

在围压条件下岩体模型应力应变关系的实验研究

含切口岩体模型在差应力作用下的应力应变关系表明:岩体不同部位的应力应变曲线按斜率变化特征可以划分为四个发展阶段。根据对切口岩石破裂过程的对比,各阶段的变形机制分别与岩体内原微裂纹闭合、孔隙和颗粒弹性变形、宏观张裂剪裂以及剪切、张-剪主破裂相对应,但各阶段的发展进程在时间、空间上却不一致,这一差异均与切口分布和岩性变化相关。最后讨论了应力应变特征与发震断层孕震过程的关系,对地震预报可能有实际意义     

高温高压条件下辉长岩的摩擦强度及其速率依赖性

在干燥条件下对辉长岩的摩擦本构参数进行了实验研究。结果表明 :1 )辉长岩模拟断层泥的摩擦速度依赖性参数 (a -b)基本为正或者接近于没有速度依赖性 ,表明在干燥条件下不具备不稳定滑动的成核条件 ,对下地壳地震成核的可能性有参考意义 ;2 )摩擦强度在干燥条件下与Byerlee定律高度一致 ,表明在下地壳的高温环境下Byerlee定律仍可给出适当的强度估计 ,至少在干燥条件下如此 ;3)Byerlee定律给出的剪应力强度与正应力的关系中有一个截距 ,但是本研究中关于模拟断层泥的结果却没有明显的截距 ,表明断层物质的有无在摩擦强度的表现上存在重要差异