含障碍体滑动方向相同平行断层失稳破坏应变场、声发射分布特征的研究

通过对含障碍体滑动方向相同平行断层失稳破坏的应变场、声发射数据的处理，分析了平行断层障碍体上应变场、声发射的时空演化图象，进而分析了障碍体的破裂过程以及障碍体破坏所引起的相互作用和相互影响，即增减震关系的分析．结果表明，这种滑动方向相同的平行断层的失稳破坏是一种减震机制．      

岩石高速摩擦实验与地震物理过程

简述了最近20年来国内外岩石高速摩擦实验研究领域的进展和动态:岩石高速摩擦实验技术的发展实现了对高滑动速率、大位移的地震过程的实验模拟;其结果揭示了岩石和断层泥在地震滑动速率下的力学性状,深化了对断层滑动弱化机制、临界滑动距离、以及地震发生过程的认识和理解;实验在假玄武玻璃成因方面取得了重要进展,并提出了断层发生地震滑动可能留下的其它地质证据,可望为研究断层滑动性状与地震物理过程提供新的思路和信息.岩石高速摩擦实验今后的发展方向主要包括:发展具有加温系统和孔隙压系统的岩石高速摩擦实验装置,研究水热作用下岩石和断层泥的高速摩擦性状;室内实验和地震资料分析相结合研究断层滑动和地震机制;室内实验和野外地质调查相结合探索断层发生地震错动的地质证据等等.     

含障碍体平直断层标本变形过程中群体微破裂事件的时空演化特征

设计了含圆柱形障碍体的平直断层物理模型，在概念上可模 拟断层面上与地震孕育相关的障碍体等强固区域. 开展了中等尺度岩石标本的双轴压缩实验 ，研究标本在变形过程中群体微破裂事件的时空演化. 结果表明：(1)由于标本预置断层两 盘与障碍体之间、以及断层两盘彼此之间复杂的相互作用，使得交替活动成为含障碍体平直 断层标本变形过程中最为显著的特征； (2)含障碍体平直断层标本能够发生动力学失稳的前 提条件是障碍体在外加载荷作用下首先发生破坏，微破裂群体在障碍体破坏前后显示不同的 时空演化特征；(3)含障碍体平直断层标本失稳前的总变形量较大，弹性变形阶段微破裂累 积频次呈指数增长. 而在其后的位移弱化阶段，在障碍体及围绕障碍体的围岩区域内微破裂 事件稀少，突发失稳发生在相对平静的背景之上；(4)不同构造组合变形过程中的微破裂群 体具有明显不同的b值，b值与构造相关的区域性差异是明显的.     

基于岩石变形声发射实验结果讨论岩石失稳的可预测性

根据室内岩石变形声发射实验结果,计算了声发射序列的地震非均匀度GL值,并以此探讨了岩石破裂失稳的可预测性。在双轴压缩、等速率加载条件下,含障碍体断层、挤压雁列断层和Ⅲ型剪切断层等非连续岩石标本在临近滑动失稳前,声发射活动均出现了显著的均匀—非均匀的状态变化,表现为GL值出现持续大于1的异常变化,GL值异常的位置与破裂成核部位相重合,并与断层走向一致;改变统计窗长、窗内分割数及能级统计下限计算声发射序列的GL值,结果表明,GL值计算结果具有一定的稳定性。综合分析认为,地震非均匀度(GL值)可以较好地刻画岩石失稳前夕因破裂成核导致的声发射活动在时间分布上的状态变化,GL值持续异常是岩石失稳的显著性标志,对预测岩石失稳具有较好的指示意义。     

断层阶区对滑动行为影响的实验研究

研究断层带几何非规则体对断层活动的力学影响,对于理解断层带上的地震活动具有重要的理论和实际意义．通过中尺度标本岩石力学实验,研究了走滑断层带最常见的一种非规则体．断层阶区对滑动行为的影响．研究表明,拉张断层阶区由于强度较低而很容易发生破裂,破裂后的阶区对断层的滑动无明显阻碍作用,但阶区的微破裂对断层滑动失稳具有指示作用;含拉张阶区的断层带具有速度弱化特征,可用速率一状态摩擦定律表述．挤压阶区由于破坏强度很高,使得断层滑动较为困难,但随着应力水平的增加,阶区外断层端部拉张区的微破裂为断层在阶区未破裂之前发生粘滑失稳提供了变位条件,并因此可作为断层失稳的前兆;挤压阶区可作为断层分段的稳定标志,直到阶区完全破裂使两条断层完全连通．     

含预制软弱带的岩石破裂过程的数值模拟

考虑到岩石脆性破坏过程中介质的不均匀性之特点，对岩石样品中含预制弱介质条带的岩石样品破坏过程进行二维有限元数值模拟，并对弱介质带的破坏贯通过程、新的断层的产生和有关的地震活动进行了研究．数值模型展示了岩石从变形、微观破坏到整体破坏的全过程以及微震活动的时空分布特征．应力、应变和微震活动的时空分布形象地描绘了岩石变形的局部化和时空迁移等现象，这与实际地壳中所观测到的现象是一致的．此外，模拟结果与实验观测结果也是一致或相似的．      

应用数字散斑相关方法实验研究雁列断层变形破坏过程

以数字散斑相关方法（DSCM）为观测手段,对雁列断层结构的破坏过程进行了实验研究,观测和分析了变形破坏过程中模型表面的变形场演化过程.断层结构由一块含两条平行割缝的大理岩平板模拟,模型试件在双轴试验机上加载;DSCM观测系统在加载过程中记录试件表面的散斑图像,然后分析得到模型表面待测区域各记录时刻的位移场及应变场.全场连续的变形数据清晰地反映了雁列断层结构的变形破坏过程的各种细节.实验结果显示,变形最初集中在断层带周围,然后迁移到雁列区,最后雁列区贯通,结构发生滑动导致整个结构发生失稳破坏.对变形破坏过程中的变形场进行统计分析发现,一种描述变形局部化特征的统计指标—Cv值,可以作为一个雁列断层破坏的前兆指标.     

共轭断层系统的非线性有限元模拟与震群模型讨论

采用断层摩擦接触的非线性有限元模拟方法,对单断层与交叉断层2种断层模型分别进行数值模拟计算对比,结合中国大陆双震或震群型地震孕育发生的构造条件对共轭断层系统的孕震与发震机理进行了讨论与分析。断面滑动摩擦机制较好地解释了共轭断层由闭锁状态进入发生地震的滑动状态的过程,共轭断层系统会交替地发生失稳事件,验证了2组共轭断层系统构成的地震模型的滑动习性。其数值模拟与讨论分析结果可为共轭断层发育区的地震监测预报提供科学依据。     

基于声发射实验结果讨论大震前地震活动平静现象的机制

基于岩石变形声发射实验结果讨论了大震前地震活动平静现象的机制。在双轴压缩、等位移速率加载条件下 ,挤压型雁列断层、含宏观凹凸体断层、Ⅲ型剪切断层等非连续断层在临近滑动失稳前 ,声发射活动均出现了明显的相对平静现象 ,表现为声发射事件的发生率和应变能释放水平显著降低。与此阶段相对应 ,断层带 (特别是非连续部位上新形成的一小段断层 )发生了蠕滑和匀阻化作用 ,并使得标本的差应力开始下降。根据实验结果提出 ,大地震前断层的“蠕滑 -匀阻化”过程是造成地震活动平静现象的可能机制     

二岩体系统破坏全过程的数值模拟和实验研究

利用岩石破裂过程分析RFPA2D软件系统对不同岩性的二岩体相互作用系统受力破坏过程进行了数值模拟。并与大理岩- 花岗岩组成的双试样串联加载变形及声发射实验结果进行了比较,解释了由破裂体与非破裂体组成的岩体系统失稳破裂前一些微震前兆规律,包括微破裂迁移、变形局部化等。对于地震失稳破坏现象的研究结果表明,弹性回弹区的性质与研究失稳破裂区的性质具有同等重要性。     

Influence of confining pressure and impact loading on mechanical properties of amphibolite and sericite-quartz schist

In order to investigate the dynamic mechanical properties of amphibolite and sericite-quartz schist under confi ning pressure, two rocks are subjected to impact loadings with different strain rates and confi ning pressures by using split Hopkinson pressure bar equipment with a confi ning pressure device. Based on the experimental results, the stress-strain curves are analyzed and the effects of confi ning pressure and strain rates on the dynamic compressive strength, peak strain and failure mode are summarized. The results show that:(1) The characteristics of two rocks in the ascent stage of the stressstrain curve are basically the same, but in the descent stage, the rocks gradually show plastic deformation characteristics as the confi ning pressure increases.(2) The dynamic compressive strength and peak strain of two rocks increase as the strain rate increases and the confi ning pressure effects are obvious.(3) Due to the effect of confi ning pressure, the normal stress on the damage surface of the rock increases correspondingly, the bearing capacity of the crack friction exceeds the material cohesion and the slippage of the fractured rock is controlled, which all lead to the compression and shear failure mode of rock. The theoretical analysis and experimental methods to study the dynamic failure mode and other related characteristics of rock are useful in developing standards for engineering practice.     

Experimental Research on the Load／Unload Response Ratio （LURR） Theory

Implementing acoustic emission experiments with large rock samples, LURR (Load/Unload Response Ratio) theory was studied. The loading conditions in the experiments were designed to simulate the complicated loading process of underground rocks. The damages emerging inside the rock samples were recorded by the acoustic emission technique during the loading process. The experimental results were consistent with prediction by LURR theory. Integrating the changing processes of LURR value Y and the location process of acoustic emission events showed agreement between the variation of LURR value Y and the damage evolution inside the rocks. Furthermore, the high value of Y emerged before the complete breakdown of materials. Therefore, the damage evolution of rock specimen can be quantitatively analyzed with LURR theory, thus the failure of the rock materials and the earthquake occurrence may be predicted. The experimental results gave a further verification of LURR theory.     

圆形巷道围岩的环向应力及发生岩爆单元分布的数值模拟

利用FLAC模拟了不同水平方向压力（小于竖直方向压力）及岩石峰后不同脆性条件下的圆形巷道破坏过程。岩石服从莫尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。监测了模型中第1象限对角线上的单元环向应力分布及演化规律。根据徐林生和王兰生提出的环向应力岩爆判据,判断模型中各单元是否发生岩爆。模拟结果表明：当竖直方向压力一定时,随着水平方向压力的增加,V形坑的顶点和巷道中心的连线与模型水平轴的夹角,由小于45°向接近45°发展;同时,巷道围岩中发生破坏的单元数及发生岩爆的单元数均增加,环向应力的峰值增大。随着岩石峰后脆性的增强,剪切带趋于明显,容易汇合形成V形坑;同时,巷道围岩中发生破坏的单元数及发生岩爆的单元数均增加,环向应力的峰值向围岩内部移动。     

The application of microwave remote sensing technology in rock mechanics

Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｒｏｃｋ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓＮａｉ－ＧｕａｎｇＧＥＮＧ（耿乃光）；Ｚｈｅｎｇ－ＦａｎｇＦＡＮ（樊正芳）；Ｑｕａｎ－ＱｕａｎＪＩ（籍全权）；Ｃｈｅｎｇ－...     

冲击载荷下锚杆-围岩结构冲击失效机制的数值分析

针对冲击地压造成大量锚杆支护结构破坏问题,采用动力数值计算方法,研究冲击载荷作用下锚杆-围岩的动力耦合作用与破坏机制。结果表明:(1)冲击载荷作用下锚杆与围岩振动存在明显的"时差效应",导致锚杆与围岩非同步振动,致使锚固剂承受动态剪切作用。随着锚固长度的增加锚杆与围岩的振动呈同步趋势,削弱了振动"时差效应"引起的锚固剂剪切作用,有效避免锚杆的脱粘滑移失效;(2)随着冲击速度的增大,"时差效应"导致锚杆锚固剂承受动态剪切作用被覆盖,锚杆的破坏失效模式由脱粘或杆体屈服断裂转变为锚杆与围岩统一破坏模式;(3)当冲击载荷频率接近锚固围岩体固有频率时,冲击载荷引起锚杆与围岩共振,锚杆与围岩同步振动速度幅值显著增大,可在相对较低的冲击速度下造成锚杆与围岩整体失效。远离锚固围岩体的固有频率对锚杆-围岩动力相互作用影响较小。     

Experimental research on critical point hypothesis

According to the critical point hypothesis (CPH), energy release would accelerate in power law before occurrence of large earthquakes or failure of brittle materials. In the paper, CPH was studied by acoustic emission experiments of large-scale rock samples. Three kinds of rock samples were used in the experiments. The tri-axial loading condition was applied under different loading histories. The released elastic energy (Acoustic emission) was recorded with acoustic emission technique as microcracks emerged and developed inside the rock samples. The experimental results gave a further verification on the CPH. The elastic energy release of rock samples would accelerate before the failure even under different experimental conditions. Primary studies were also made on medium-term earthquake prediction by using accelerating energy release (AER) in the paper. Foundation item: Project of Natural Sciences Foundation of China (10232050), Project of State Key Basic Research (2002CB412706) and Project of Computer Network Information Center, Chinese Academy of Sciences (2002CB412706).     

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．     

宏观非均匀性对岩石微震序列类型和破裂方式影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统．研究了岩石介质宏观非均匀性（含裂纹）对宏观力学行为和微震序列类型的影响。通过对5种不同岩石介质结构的宏观非均匀性样本进行破裂过程的数值模拟,发现非均匀程度不同会产生不同地震序列类型,主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型。此外,对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟。结果表明,岩石介质结构的宏观非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响,而且也显著地影响试样破裂模式。随着非均匀程度的降低,主破裂呈现脆断模式,而随着非均匀程度的增加而呈现韧性破坏特征。     

加卸载响应比(LURR)理论的实验研究

利用大尺度岩石试件破坏声发射实验，对加卸载响应比(Load/Unload Response Ratio)理论进行了实验研究。实验采用的加载条件力求能够模拟地下岩石的复杂受力过程。在加载过程中，岩石试件内部出现的损伤用声发射技术进行了记录。实验数据经过分析之后所得的结论与加卸载响应比理论预测的结果相符合。把加卸载响应比值Y的变化情况与声发射事件定位的过程相对比，也可以进一步看出岩石材料内部的损伤发展过程与加卸载响应比Y值的变化具有一致性。而高Y值的异常情况出现，又是在材料发生最终破坏之前，所以，可以用加卸载响应比理论定量地分析岩石试件损伤演化情况，从而对岩石材料的破坏及地震做出预测。实验结果再一次验证了加卸载响应比理论。     

细观非均匀性对岩石破裂过程和微震序列类型影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA2D系统，研究了岩石介质细观非均匀性对宏观力学行为的影响和微震序列特征. 通过对不同均质度系数m=1.1，1.5，2，3，5的5个样本进行破裂过程的模拟，发现均质度不同会产生不同地震序列类型，主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型. 此外，对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟表明，岩石介质的非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响，而且也显著地影响试样破裂模式. 随着均质度系数的提高，主破裂呈现脆断模式. 同时介质的细观结构随机性，也对试样宏观破裂模式产生重要影响.