平直走滑断层亚失稳状态的位移协同化特征——基于数字图像相关方法的实验研究

亚失稳阶段是断层临近失稳的最后阶段,识别断层亚失稳状态,对评估断裂区内的断层失稳危险性具有重要意义．含平直走滑断层的岩石样品在卧式双轴伺服控制压机上加载产生黏滑,同时用高速相机以1000帧S_的速度记录样品变形,失稳过程中的数字图像,然后采用数字图像相关分析方法计算样品表面变形场,并通过定义表征断层位移累计值相对离散程度的协同化系数来描述断层失稳过程的协同化特征,结果表明：（1）局部预滑区进入亚失稳阶段之前,扩展速率非常缓慢;进入亚失稳I阶段后,扩展速率有所增加,但仍很缓慢,属于准静态扩展;在亚失稳II阶段,在占整个亚失稳阶段～1．5％的时间段内,断层先是以～0．9mS。的速率扩展,继而快速贯通整个观测区域,此时断层已转为准动态扩展．（2）在亚失稳I阶段断层位移协同化系数降为进入亚失稳前的一半,在亚失稳II阶段这一系数再降为进入亚失稳前的四分之一．这一系数持续下降意味着断层位移协同化作用的加强,亦可作为断层进入亚失稳阶段的特征之一．（3）此外,在断层失稳滑动阶段,观测区内断层出现三次整体滑动：初始滑动,快速滑动和调整滑动．断层在三次滑动之间存在两次短暂的停顿过程．     

三维裂纹布置角度对砂浆材料强度的影响

利用伺服控制试验系统及声发射设备对含有单椭圆裂纹的非均质砂浆材料进行物理试验,获得了单轴加载作用下不同布置角度的三维内部裂纹试样的全应力-应变曲线和声发射数据。找到了声发射数据与应力-应变曲线的对应关系。根据对应关系,判断出试样的起裂应力及破坏应力。分析了裂纹布置角度对材料强度的影响,分析表明：裂纹与加载方向为45º夹角时最难破坏,与加载方向成60º夹角时最容易破坏。此外,裂纹尖端起裂应力为试样极限强度的86.07 %～87.42 %。     

倾斜椭圆形裂纹的三维始裂状态

基于断裂力学理论,采用最大拉应力准则分析了压剪和拉剪应力状态下倾斜椭圆形裂纹的三维始裂状态.研究结果表明:(1)椭圆形裂纹的三维始裂位置受周边应力场的影响:在拉剪状态下,原生裂纹的始裂位置始终在裂纹短轴端部,而与原生裂纹的几何形状(b/a)和材料泊松比(v)无关,而在压剪状态下则受b/a和v的共同影响,并随b/a和v的...     

岩盐断层带黏滑及稳滑过程中声发射活动特征的初步分析

本文利用双轴摩擦实验对含水条件下岩盐断层带摩擦滑动性状进行了实验研究, 观测和分析了摩擦滑动过程中的声发射活动, 并利用扫描电镜分析了断层带的微观变形结构.结果表明, 含水岩盐断层带在伴随黏滑的速度弱化域和伴随稳定滑动的速度强化域, 摩擦过程中均产生了大量声发射事件; 黏滑过程与稳滑过程中的小声发射事件存在共同之处, 即两者均表现为能级低; 但黏滑过程中的小声发射事件的优势频率既有低频(10 kHz左右)和中频(100 kHz左右), 也有高频(370 kHz左右), 而在稳定滑动过程中, 小声发射事件的优势频率仅有低频和中频, 缺少高频事件.这种差异与两者变形主导机制的不同密切相关.在断层黏滑循环中, 接近摩擦峰值时声发射发生率明显增加, 但高频事件减少、中频和低频事件增加; 进入亚失稳阶段后, 声发射只有低频和中频信号, 几乎不再出现高频信号.这种差异与断层带变形方式的变化密切相关.

     

声发射矩张量反演

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发射波长,且声发射由微破裂产生,声发射源的尺度很小时,P波矩张量反演可采用远场近似.本文首先针对声发射的特点,实现根据远场P波反演声发射矩张量的算法,并通过人工声发射实验对算法的正确性和可靠性进行了检验.最后,用声发射矩张量反演方法对花岗岩单轴压缩实验的声发射源特征进行了分析.结果表明：对于纯剪切破裂模式,声发射矩张量反演可得断层面;对于非纯剪切破裂模式,如纵向挤压导致的横向张性劈裂,由于存在多解性不能得到断层面,但可通过矩张量的迹区分破裂模式.     

平直走滑断层亚失稳状态的位移场协同化特征——基于岩石数字图像变形相关分析方法

亚失稳阶段在断层的粘滑过程中是非常短暂的时段,并有可能导致断层的快速失稳,故识别断层亚失稳状态,对评估断裂区内的地震危险性具有重要意义.实验选择平直走滑断层的粘滑事件作为研究对象,研究亚失稳过程中位移场的时空响应特征,进而探索亚失稳状态的变形场标志.     

平直断层失稳前应变场演化特征的实验研究

了解与认识地震发生前一段时间内断层的应力应变等物理场的演化过程及其变化特征对于识别断层的状态信息与地震的孕育与发生机理十分重要.断层上何时何地进入亚失稳状态的识别对于预测可能发生的失稳事件尤其关键.     

不同荷载作用下拉破裂的声发射特征研究

采用类岩石材料研究了不同加载条件下的张拉裂纹的破裂过程,并利用声发射(AE)测试技术分析了劈拉试样和三点弯曲试样在断裂过程中裂纹的萌生、起裂、扩展和破裂全过程的声发射特征。试验结果表明,声发射的阶段性突发特征反映了张拉裂纹阶段性扩展的力学机制。但是,在不同的加载条件下,张拉破裂的声发射特征有所差异：在弯拉应力作用下,试样拉破裂的声发射特征表现可分为声发射数的渐进增长、快速增长、突发式增长和逐渐下降4个阶段;而在劈拉应力作用下,试样破裂的声发射特征可分为声发射数缓慢增长、声发射数突发和声发射数的稳定发展3个阶段。在弯拉应力作用下,裂纹的萌生和聚集阶段的声发射特征明显,但在劈拉应力作用下几乎观察不到其声发射特征变化。不同破裂模式下的声发射特征值得进一步研究。     

5°拐折断层在黏滑过程中物理场演化与交替活动的实验研究

在实验室利用96通道应变记录采集系统和分布式多通道瞬态信号采集系统,观测了预切5.拐折断层的标本在变形失稳过程中应变场和声发射事件的时空演化.实验在双轴伺服加载系统上进行.在Y方向按位移控制方式加载,位移速率先后取0.5μm/s、1μm/s、0.5μm/s和0.1μm/s.观测得到:1)标本沿断层发生周期性的黏滑失稳,...     

岩石加载变形过程中超声尾波与声发射变化的实验

文中采用尺寸为50mm×50mm×150mm的花岗闪长岩、大理岩以及砂岩3种不同的岩石样品,开展了超声尾波和声发射同步观测研究。结果显示:1)尾波变化与声发射演化过程存在良好的对应关系,声发射频度增加时尾波的变化随之改变,尤其是声发射频度增加的早期阶段尾波便出现变化。这预示了分析尾波可获得岩石早期的损伤信息。2)不同变形阶段,尾波变化的物理机制不同。加载初期,尾波变化存在明显的散射体改变特征;随后,在线弹性变形阶段则以波速变化为主;加载后期,散射体的改变增加,且与波速变化共存,散射体的改变效应与岩石微破裂的程度有关。3)随着载荷的增加,波速增加的幅度总体呈逐渐减小的趋势,这与通过直达波获得的认识基本一致。4)岩石变形过程中产生的微破裂会改变尾波变化的物理机制,散射体效应将显著增强。同时,声发射波形将对超声尾波造成干扰,因此在仅利用尾波资料分析岩石损伤时需要关注相关的问题。总之,超声尾波变化和声发射均可反映岩石内部的损伤情况,且不同的变形阶段尾波的变化机制不同,二者的联合观测可起到相互验证的作用,有利于提高观测结果的可靠性。