黑龙江及邻区地壳应力场初步研究

采用综合震源机制方法,利用5 002条P波极性数据反演黑龙江地区二维应力结构,求得该区0.5°×0.5°综合震源机制解.初步研究表明：21世纪以来,构造应力场总特征基本一致,具有明显的继承性,主压应力和主张应力的优势方向明显,与板块运动关系具有成因上的联系.     

山东及附近海域构造环境剪应力场分析

利用山东数字地震台网的地震波形记录,选取2007年以来台网记录清晰的ML≥2．0数字地震波形资料,计算每次地震的环境剪应力值τ0和矩震级MW,并分析其相关关系;结合山东地区地质构造和地震活动性特点,对胶东半岛及北部海域、南黄海北部地区、沂沭带地区、冀鲁豫交界地区应力场分布和时空变化进行细致分析,并探讨其区域特征及与地震活动性的关系。     

Failure time variation derived from R–S relation: the role of the static stress perturbation

In general, earthquake cycle related to earthquake faulting could include four major processes which could be described by (1) fault locking, (2) self-acceleration or nucleation (possible foreshocks), (3) coseismic slip, and (4) post-stress relaxation and afterslip. A sudden static stress change/perturbation in the surrounding crust can advance/delay the fault instability or failure time and modify earthquake rates. Based on a simple one-dimensional spring-slider block model with the combination of rate-and-state-dependent friction relation, in this study, we have approximately derived the simple analytical solutions of clock advance/delay of fault failures caused by a sudden static Coulomb stress change applied in the different temporal evolution periods during an earthquake faulting. The results have been used in the physics-based explanation of delayed characteristic earthquake in Parkfield region, California, in which the next characteristic earthquake of M 6.0 after 1966 occurred in 2004 instead of around 1988 according to its characteristic return period of 22 years. At the same time, the analytical solutions also indicate that the time advance/delay in Coulomb stress change derived by the dislocation model has a certain limitation and fundamental flaw. Furthermore, we discussed the essential difference between rate- and state-variable constitutive (R–S) model and Coulomb stress model used commonly in current earthquake triggering study, and demonstrated that, in fact, the Coulomb stress model could be involved in the R–S model. The results, we have obtained in this study, could be used in the development of time-dependent fault interaction model and the probability calculation related to the time-dependent and renewal earthquake prediction model.     

RZB型深井宽频带地形变综合观测系统的垂向应变测量单元

目前钻孔应变观测一般为水平应变,使用无限岩石平板中的钻孔应力集中模型,可反演出水平应力场分布及变化.如果在此基础上加上垂向应力测量,就可反演出三维应力场分布.本文介绍的RZB型深井宽频带地形变综合观测系统的垂向应变测量单元,外钢筒为波纹管结构,并通过螺旋刻丝、热处理等技术,其垂向等效弹性模量比耦合水泥低一个数量级,同时垂向应变钢筒的水平向等效弹性模量高于垂向弹性模量一个数量级.垂向应变探头的力学结构可以被形象地看成是一个螺旋柱形弹簧,其轴向极易产生弹性形变,而水平向的硬度却得到了极大的加强,因此可在竖井中较为准确地测量轴向应变.     

一年内列车荷载作用下冻土路基的应力分布

冻土路基土体的物理性质与温度有密切关系, 在不同的季节, 路基内的变形场和应力场会相应发生变化. 为了说明路基内变形场和应力场的季节性差异, 以青藏铁路某断面为例, 对冻土路基在有、无列车荷载两种工况下进行了数值模拟, 系统分析了两种工况下路基内的变形场和应力场特点. 结果表明: 路基修筑后, 在自重作用下会产生较大瞬时变形; 由于路基内温度场随时间变化, 路基内各点的位移也随时间发生变化, 且位移时程曲线与温度时程曲线大体呈负相关. 在有、无列车两种工况下路基竖向位移分布都是由道砟中心向路基内部逐渐减小, 但数值明显不同; 由列车荷载引起的最大竖向附加变形发生在路基顶面中心点, 在10月15日、1月15日、4月15日, 变形量分别为-4.94 mm、-3.24 mm、-2.56 mm. 对于路基底面中心点和地基浅层中心点, 由列车荷载引起的附加应力在10月15日最大、1月15日次之、4月15日最小, 附加应力最大达到19.48 kPa; 列车荷载主要影响路基上部土体应力分布, 对下部土体应力分布影响较小.     

一种控制直剪蠕变试验剪应力的简易装置

土的蠕变是指土在保持应力不变的条件下,应变随时间延长而增加的现象。研究土的蠕变性质对于确定土的长期强度有重要意义,土的蠕变研究也是近几年的研究热点。然而,土的蠕变试验周期特别长,因此简便、易行又有一定可信度的蠕变试验仪器,对于土蠕变性质的研究有较大的推动意义。直剪蠕变试验是研究确定土的蠕变性质的一种最简单、最直观的试验方法。但由于该试验只是控制剪切力不变,剪切过程中,试样受剪面积逐渐减小,剪应力持续增大,整个过程并不是蠕变。通过在传统仪器上附加一个简单装置,利用液体的浮力来控制试验剪切力,从而使得试样在剪切过程中的剪应力不变。在对仪器进行相应改进后,做了对比试验,检验该装置对剪应力的控制效果,试验结果表明,该简易装置可在一定程度上控制剪应力。     

深部泥岩渗透率测试方法及数据适用性分析

针对深部地层同一种泥岩,先后采用常规渗透测试、变围压渗透测试和三轴压缩下瞬态法3种方法开展渗透率的测试研究。试验发现,3种方法下泥岩的渗透率差别极大,其中常规渗透测试所得的渗透率高出后两种方法3~5个数量级;变围压法在围压大于5 MPa后与三轴压缩下的瞬态法所测得的渗透率值较为接近;瞬态法下泥岩渗透率随偏应力增加而缓慢 降低,偏应力高达30 MPa时仍未出现扩容现象。测试显示泥岩的渗透率具有强烈的压力敏感性,其内在原因是较高围压下裂隙闭合、孔隙压紧、孔喉连通性减小,进而导致渗透率下降,而制样、烘干处理等对渗透率也有一定影响。基于试验结果与泥岩所处实际地层应力状态,提出可采用变围压法开展油气储集层的盖层的渗透率及其演化规律研究,而三轴压缩下瞬态法则更适用于能源储库盖层及核废料处置室围岩的渗透规律研究;常规渗透方法所得数据的应用则须商榷。研究结论对研究深部泥岩的渗透特性和密封性能有一定参考价值。     

大断面厚顶煤巷道顶板冒落破坏的上限分析

根据大断面厚顶煤巷道顶板的破坏特性,考虑了顶板围岩应力水平与支护荷载的影响,利用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,构造出厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机构。基于塑性力学中的上限分析方法,结合变分原理,推导得到了大跨度厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机制,并以赵楼煤矿某巷道现场实践为例,分析了不同计算参数对顶板冒落破坏机制的影响。计算研究表明：随着岩体经验参数A、抗拉强度、抗压强度及支护荷载的增加,冒落体尺寸随之增大,而当岩体经验参数B、围岩应力及岩体重度增加时,冒落体尺寸则随之减小;冒落体尺寸代表了巷道顶板安全性能的大小,其尺寸越大,表明使巷道顶板发生冒落破坏所需外力功越多,顶板安全性能也越高;岩体经验参数B、围岩应力水平与支护荷载对顶板围岩破裂机制影响较为显著,参数B决定了冒落体的破裂形状,随着参数B的增加,冒落破裂迹线的曲率不断减小;增大支护阻力是提高顶板稳定性的有效途径,其研究结果可为大断面厚顶煤巷道支护设计提供一定的理论依据。     

石碑塬滑坡黄土液化特征及其影响因素研究

石碑塬滑坡是1920年海原地震触发的大型黄土流滑,认识其破坏特征与发生机制对于黄土边坡长距离液化失稳机制的研究非常重要。对石碑塬黄土滑坡的调查和研究表明,饱和黄土或高含水率黄土具有很高的液化势和流态破坏势,在强震作用下,饱和黄土易发生液化或流滑。对石碑塬滑坡的7组原状黄土样品进行振动三轴剪切试验,并结合其微观特征分析,探讨了循环振动荷载作用下的饱和黄土孔隙水压力-应变增长模型,分析了振动液化过程中液化应力比与黄土粒度组成、土体微观结构参数及饱和度之间的关系。结果表明：黏粒含量越低,振动作用下饱和黄土孔隙水压力响应越快,液化应力比越低;黄土孔隙比越大,孔隙结构分形维数越大,液化应力比越低,振动液化后黄土孔隙分形维数降低,结构较液化之前更为致密;饱和度对黄土粒间胶结物质的赋存状态及黄土结构强度影响很大,同一土体饱和度越高,溶滤于孔隙水中的离子浓度越高,土体粒间接触点（或胶结点）越容易发生断裂,使得黄土结构强度降低,液化应力比降低。