有限单元法在地质力学中的应用

地质构造体和岩体是一种岩性和结构高度变化的非连续而且非均一的介质,在压力(包括岩体中的间隙水压力)和温度的作用下所产生的变形和破坏现象,不仅为非线性关系,并随空间和时间而变化。对某一点而言,这种关系会由于作用力的大小和时间的长短,由弹性过渡到塑性或粘性状态。对整体而言,在同一时间内,却会在不同的部位出现不同的应力状态和变形的程度。     

矿脉雁列规律及其意义

在研究内生脉状矿床时,可见矿脉出现雁行状排列的形式(也称斜列、侧列、尖灭侧现等)。认识它们排列的规律,在理论上和实践上都是有意义的。本文根据实际材料,对充填于不同性质成矿断裂的各种雁列矿脉进行综合总结,并结合实验结果讨论其形成机制,最后阐述运用雁列规律在构造应力分析、指导找矿勘探、矿体预测及开采工作中的应用和意义。     

根据岩石应力-应变曲线组分析岩石变形破坏的数值方法

在研究岩石变形破坏时,现在采取的弹塑性分析,多是根据岩石在不同的应力状态下的典型破坏现象,提出强度理论(破坏准则),进而在导出岩石的本构关系基础上进行分析计算的。一般说来,岩石在不同应力状态下,基本破坏形式可分下面三类:(1)脆性拉伸破坏,(2)剪切破坏,(3)塑性流动破坏。这三种破坏类型,基本上可以归结为流动和断裂(拉断和剪断)两种破坏形式。     

成矿裂隙的成生和充填及其脉动性

成矿裂隙(简称矿裂)和自然界其他事物一样,有它自己发生、发展以至消亡的历史。矿裂与无脉体充填的断裂构造区别在于:它直接表现出来的是矿脉(或岩脉)。矿裂的发展过程可分为三个阶段:成生阶段、张开充填阶段和破坏阶段,各阶段的应力状况和表现形式可以不同。     

矿物、岩石的热发光及其在地质学中的应用

矿物、岩石的热发光就是将某些矿物或岩石逐渐加热,当其温度尚未达到赤热(<400℃)之前,矿物或岩石即出现各种颜色的亮光。例如,将螢石、长石或方解石,还有花岗岩、大理岩等的碎屑撒在烧热但未发红的铁板上,在暗室中即可看到闪闪发光的现象。矿物、岩石的这种奇异现象很早就引起人们的注意(E.Newton,1957)。从十七世纪到目前为止,发现绝大部分非金属矿物及极少数的金属矿物都有热发光现象。而一般在加热到150°-250℃之间,少数在更低的温度或更高的温度时,即出现一个,有时两个或更多发光最强的热发光峯。     

二滩坝址岩心裂饼现象及其断裂破坏机制

岩心裂饼是钻探过程中特有的岩石力学现象。1958年哈斯特首先报道过岩心裂饼现象,且发现岩饼的厚度与其直径的比值随初始应力的增加而减少,其后,库克则利用钻孔岩心饼化的程度评价岩体中的初始应力状态。     

冀东迁西-迁安地区早太古代变质岩系原岩恢复及其地质意义

冀东早太古代变质岩系的主体是一套呈层分布的,各种成分麻粒岩及其某些退变质产物——斜长角闪岩类。在其上部发育变质含铁建造,而在其下部常夹有变质的镁铁质和超镁铁质岩(如变闪辉岩、变辉石岩和蛇纹石化橄榄岩等)薄层或透镜体。 麻粒岩的矿物组合是斜方辉石+单斜辉石+斜长石(常常为反条纹长石)+石英+磁铁矿±角闪石±黑云母。在变质含铁建造中局部出现包括铝硅酸盐的矿物组合(蓝晶石-石榴石-黑云母-斜长石-石英)。变质铁硅质岩可以分为两类:辉石磁铁石英岩和英榴易熔岩(张儒瑗,从柏林,1981)。     

三维构造应力场的平面处理

天然变形体结构面或构造面的中心问题是它们的力学属性,当我们研究天然变形体结构面或构造面力学性质的时候,很自然追溯到岩石变形瞬间的立体应力状态(三维)与平面应力状态(二维)。     

二次多项式逐步回归在油田压裂产能预测中的应用

在油田勘探与开发过程中,为了改造低渗透性油层大幅度增加产油能力,目前广泛采用对油层进行水力压裂措施。所谓水力压裂,就是用高压(200—1400大气压)将一定粘度(1—10000厘泊)的液体从油井的套管或油管中以油层能吸收的速度(1立方米—40立方米/分)压入。这样的压入速度,促使井筒内的压力超过地层的压缩应力和岩石的张力强度而出现破裂,形成一条或者一组裂缝。继续注入压裂液,将迫使裂缝进一步延伸和扩展。     

某水准路线所经地区现代升降运动的初步探讨

本文主要是利用水准复测资料来阐述某地区的现代升降运动。文中将复、初测高程进行比较,作出了现代地壳运动幅度图,图中看出东都上升幅度小,速度梯度变化也小;西部上升幅度大,速度梯度变化也大。在整个剖面中更可以看出,在较短距离内出现大幅度的隆起,隆起中又有相对凹陷。由实际资料得出,本区现代地壳运动有继承性,并出现三种类型的上升运动:(1)平稳的上升运动;(2)掀斜的上升运动;(3)强烈隆起。     

中国大地构造基本特征及其发展的初步探讨

大地构造是地壳形变的结果,而地壳形变是在地壳形成的基础上发展起来的。地壳的形成主要表现为地质体的建造过程,包括地壳形成的地质时期中,不同温度和压力下所产生的沉积岩、岩浆岩和变质岩的类型、组合和相带的发展。地壳的形变主要表现为地质体的改造过程,包括各种岩层在形成过程之中或以后,经受内力和外力作用而产生的各种微观和宏观的结构变化,如流动、褶曲、破碎和断裂等。     

侧向挤压下粘土破裂实验及其地质含义

长期以来,许多学者(Chang,1984,1950;张文佑、钟嘉猷,1965;Tschlenko,1967)用粘土、松散材料或岩石做变形试验,研究破裂的形成和发展的特点,并与野外观察到的节理或破裂进行对比,取得了很大进展。诸如材料变形初期出现的吕德氏线、破裂的共轭性与褶皱构造的空间展布规律性、破裂形成过程从剪切开始到张性破裂完成(张文佑等,1983,1975),以及根据破裂的产出探讨区域构造应力场,从全球性断裂组系追溯岩石圈动力学和地壳运动力源等等。     

中心型火山构造的动力学机制

地球表层的环圈构造,是六十年代以来航天技术发展所带来的对地壳构造的一种新认识。这类构造,早在三十年代,就已经有人提出,这是火山活动形成的一种特殊的“中心型”构造。浙江中生代陆相火山岩覆盖区的卫片解释和区测资料表明,一系列大小火山环圈构造,彼此包容、交切,在总体上构成火山环圈条带,且大部受区域构造所控制。     

地堑形成的力学机制

地堑是受地壳断裂体系控制的狭长断陷带,其空间分布常常按一定的规律排列组合而成为地堑系或地堑带。近年来地球物理与地质相结合的研究表明,地球不仅沿垂向分成若干壳层,而且这些壳层沿横向还划分为若干块体,它们的成分、力学性质和厚度等都不尽然一样。因此,地球无论从整体或局部来看,都不能认为它是均一的。     

A statistical method to evaluate homogeneity of structural populations

For any specific rock unit in a discontinuous rock mass, the determination of structural domain boundaries is important because geologic and hydrologic properties vary from one domain to another. A domain can be considered as a structural population characterized by a distinct pattern of structure orientations (i.e., fracture, bedding, or foliation orientations).Boundaries are usually determined by comparing samples of structural data, each of which consists of a Schmidt plot that commonly displays at least 150 poles to fractures. When fracture orientations appear dispersed and random on the plots, visual comparisons are not sufficient to determine whether the samples were obtained from the same structural domain. An appropriate x ² test has been adapted to this situation and is capable of evaluating the homogeneity of structural populations. The method uses a contingency table analysis based on the frequencies of fracture poles that occur in corresponding patches on the Schmidt plots being compared.     

应力作用下三种典型渗流曲线及机理分析

基于不同压力作用下的裂隙渗流试验获得的三种典型的渗流曲线类型,给出了应力作用下影响试样渗透性的主要原因：在正应力作用下裂隙发生变形;在剪应力作用下裂隙可能发生劈裂及扩张。通过分析裂隙变形和劈裂、扩张过程中裂隙渗透性的变化,阐述了在应力作用下,看似异常实则正常的三种典型的渗流曲线类型的机理：在其它条件相同的情况下,试样的渗透性与应力的关系取决于应力与裂隙间的夹角。     

脉体充填的力学机制

我们把脉体充填的断裂构造的发生发展过程分为三个阶段:生成阶段、发展阶段和破坏阶段。第一阶段主要地是在水平的挤压应力作用下发生的,一般在(水)平面上形成两组剪性断裂和一组横向张性断裂,而在横剖面上则出现两组纵向压性断裂,有时还见一组张裂。这种立体空间形变特点反映在平面上构成“米”字型。此外,还有其他一些断裂。     

略论矿区的引裂构造

一、引裂构造概念不论成矿物质来源如何,地质构造总是形成矿床的必备条件之一,对于内生和复生矿床来说,特别重要的条件是断裂构造。与成矿有关的断裂,按其规模和控矿特点,大致可以分成三大类:①区域深大断裂,一般与岩浆-成矿域(带)相联系;②地区性大断裂,制约岩石-成矿区(带);③矿区性断裂,控制矿田、矿床和矿体的空间展布。本文提出的引裂断裂构造,属矿区构造。所谓引裂构造,是说断裂的控矿机制在于引生次一级或次多级的容矿裂隙,断裂与裂隙构成矿区的成矿断裂构造系统,视断裂-裂隙的级数多少而可分别称为二级或多级成矿断裂     

龙马溪组页岩三维缝网重构及分形分析

传统上研究含气页岩宏观缝网特征的方法多是基于小样品开展,通过观察小样品的裂缝展布特征来了解页岩的裂缝发育的宏观特性。但是这类方法因尺度过小,缺乏代表性,不能获取连续面上的裂缝特征,难以分析裂缝发育和地应力方向之间的关系。为获取更详细的大尺度含气页岩的宏观裂缝特征,本文从重庆市涪陵地区石柱县采样获取2m×3m×0.7m完整大尺度岩块,并采用有序标号切割来获取30cm3规格岩样,在此基础上提取小岩样的表面裂缝并按照大尺度岩样切割的相对顺序构建三维裂缝网络。分析观测大尺度的三维裂缝网络可以发现,含气页岩的裂缝分布具有明显的规律性:水平主应力方向上的裂缝发育度普遍高于最小水平主应力方向;垂直方向上的裂缝与最小水平主应力的夹角为-62°。分维研究表明所有不同面上的裂缝均符合分维特性,说明小尺度裂缝特征和大尺度裂缝特征具有相似的规律性。此外,研究还表明最大水平主应力上的裂缝密度和分形维数最大,缝网结构最为复杂,最小水平主应力方向缝网结构次之,垂直主应力方向的裂缝结构最为简单;水平应力方向上主要以层理裂缝为主,垂直方向上以剪切缝为主,且与最小水平主应力的夹角为-62°。在掌握宏观裂缝分布特征基础上,研究可为页岩显微观测实验提供相应的理论依据。     

Analytical solution of the problem for a set of shear fractures with Coulomb friction

A simplified solution of a two-dimensional problem on a set of interaction shear fractures with Coulomb friction along their wings is proposed. In the classical statement of this problem, the equality between shear stresses and friction stresses must necessarily hold in a new equilibrium state at each point along the fracture plane. The solution of the problem is reduced to the solution of a set of singular integral equations with respect to unknown functions of a shear jump on fractures. In reality, our knowledge of fracture conditions is rather approximate. In addition, in the problems of seismology and tectonophysics it is sufficient to approximately estimate dynamic (taking into account the inertia forces) and static perturbations from a fracture in the form of the first terms of a true solution series. With this aim in view, point models of an earthquake source or continual representation of discontinuous deformations are used. Within the framework of the requirements of such approaches, it is assumed that the condition of equality between the sum of shear stresses and friction stresses on the shear fractures in a new equilibrium state is met. In addition, the complex potential function is calculated for each fracture based on the function of the jump of its wings obtained in the problem for a solitary fracture. Such statement of the problem of a set of neighboring and even intersecting fractures makes it possible to reduce its solution to a set of linear algebraic equations with respect to shear stresses relieved at each fracture and the average along its length, they being the unknown values.