岩石三轴压缩实验的强度特性及应用

结合实例对岩石三轴实验数据的一些主要特点和适合应用的领域进行了探讨。结果为:①岩石的三轴抗压、抗剪强度随围压(或深度)的增大而增大。低围压时,呈线性增大;当围压超过某一值后,变为增长率逐渐下降的非线性增大;至更高围压后,抗压强度与围压的应力差、抗剪强度将趋于某一常数。②岩石的单轴强度是强度中的极小值。工程应用中应采用三轴强度,以降低造价、避免浪费。③在现有的各种岩石力学实验方法中,三轴实验得出的凝聚力C和内摩擦角Φ相对最准确。④岩石三轴实验数据在与地学相关的领域内有着广泛的用途。     

岩石突发失稳序列的实验研究

根据三轴压缩条件下岩石试件变形过程中多次重复发生的粘滑失稳事件，着重研究了突发失稳序列的演变特征及其影响因素。研究表明，随着错动量的增大，突发失稳的临界差应力和应力降呈现“正坡”、“负坡”和“平缓跳动”等阶段性变化，而应力降比率则渐趋减小；其变化原因主要与错动面的密接和凹凸程度、碎屑厚度、粒度、以及试件受力和刚度约束条件的改变等因素有关。突发失稳序列的变化特征，有可能为预测后续地震强弱变化的趋势提供依据     

岩石错动面上阶梯形凸起的破裂过程与失稳型式研究

本文介绍了三轴压缩下花岗岩试件内阶梯形错动面凸起部位破裂过程和失稳型式的实验。结果显示,当差应力量值(σ_1—σ_3)达到0.15—0.17(σ_1—σ_3)。(试件发生首次粘滑时的峰值应力)时,在阶梯形凸起的底部发生宏观破裂,其应力—位移关系呈线性变化,且破裂随应力量值的增加而继续扩展。在(σ_1-σ_3)≥0.3(σ_1-σ_3)c时,发生破裂贯通,凸起被剪断。断裂面上次级凹凸体发育。当(σ_1-σ_3)(?)(σ_1-σ_3)c时,原阶梯形错动面被铲平,其后沿该面发生了伴随大应力降和强烈振动的突发性失稳。上述结果表明,在断层滑动过程中,断层面上的凹凸体破裂直至被铲平的过程仅能导致微震、前震和声发射等事件的发生,而主震则系由平直断裂的粘滑引起的。     

岩石失稳破裂前激发极化效应的初步研究

本文介绍了在压应力作用下观测岩石失稳破裂前激发极化效应的实验方法和主要结果。重点研究了沉积砂岩、矿化灰岩和部分橄榄岩的激发极化特征及其变化规律,讨论了岩石的脆柔性质与破裂前兆的关系。实验结果表明:(1)在压应力作用下,岩石的激发极化效应十分明显,规律性强,变化幅度大;(2)随着压应力的增大,极化率出现以下降为主的有规律性的变化,其幅度可达百分之几到百分之几十;(3)普遍记录到了岩石失稳破裂前的极化率前兆特征——加速下降和急剧上升,其变化形态与岩石的脆柔性质有关。最后,本文对岩石激发极化压应力效应的机理及其在地震预报研究中的应用作了初步探讨。     

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,并以此探讨岩石破裂失稳的可预测性.     

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。     

岩石错动面的凹凸不平及两种突发失稳

岩石具有两种不同机制的突发失稳型式,即低压和高压突发失稳。二者的基本区别在于错动过程的“非匀阻”和“匀阻”。错动面的凹凸不平是造成非匀阻和影响失稳型式的重要因素之一。根据不同的机制和运动方程,建立了各种失稳型式的相应判据,其中反映了环境刚度、接触刚度及非匀阻系数的影响。浅源强震主要是一种高压突发失稳的过程。本文强调,除强度条件外,强震的发生还必须具备环境刚度条件、匀阻条件以及其它的必要条件     

在真三轴压缩条件下片麻岩破裂孕育过程中弹性波的特征变化

片麻岩在真三轴压缩至主破裂的孕育过程中，沿σ３方向（与主破裂面斜交）的弹性波有显著的特征变化；Ｐ波、Ｓ波的初至波走时变化呈现略高～平稳～高值～（回降）的形式，走时比呈现平稳～低值～回升的变化特征。振幅呈现低值～平稳高值～下降～（低值）变化形态，振幅比呈现相对稳定～甚高值～回降变化形态。波列振幅衰减系数呈现稳定值～低值～回升变化形态。微裂隙的开闭和Ｐ，Ｓ波的非同步变化及相对变化量的不同是上述特征变化的主要原因     

三轴压缩下两类砂岩变形破坏的实验研究

本文讨论了围压高达700MPa的条件下,发生实验变形的长石砂岩和石英砂岩的变形模式和变形机制。完整长石砂岩的脆延过渡带在200—400MPa,完整石英砂岩的脆延过渡带在250—350MPa,长石砂岩在600MPa围压以上出现高压脆化现象;两类切口岩石的稳滑粘滑过渡界限分别是200MPa和150MPa。不同的变形模式主要起因于程度不同的碎裂机制。文中还对矿物成分的影响、脆性行为之延伸等有关问题进行了简要讨论     

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     

真三轴压缩下大理岩试件中弹性波传播特性的实验研究

在σ_1>σ_2>σ_3的真三轴压缩试验机上进行了弹性波在大理岩试件中传播时沿σ_2(x方向)和σ_3(y方向)的走时、幅值及衰减特性的实验研究。随着载荷应力增加,在x方向上,P波第一个波峰的走时t减小,幅值A减小;在y方向则相反。大约从破坏应力的95%开始,两个方向上t又都迅速增加,A减小,波列振幅衰减系数K也减小,这是真三轴压缩情况下的一种破裂前兆变化特征。Ⅰ型应力途径t开始迅速增加时的差应力值低于Ⅱ型     

不同应力途径三轴压缩下岩石的声发射

在不同加载方式的三轴实验中,观测了济南辉长岩和北京昌平花岗岩的声发射(围压达1.3千巴).当最大主应力增加使岩样破坏时(A型),平均声发射率逐渐增加,离破裂强度约几百巴时声发射急剧增多.而当岩石处于一定的高应力状态,通过减小围压使岩样破坏时(B型),声发射的急剧增加仅出现在离破裂差应力20-30巴的情况下,而且这种破裂过程声发射总数只有 A 型的1/3左右.在 B 型加载情况下,从应力场的球张量部分(流体静压力)来看,是一个卸载过程,而从偏张量部分来看,是一个加载过程.这种卸载过程的存在很可能是造成声发射不同特征的主要原因.     

在三轴压缩下大理岩循环加载实验的初步研究

在围压10、50、100和200MPa,应变率5×10-5/s和室温条件下,采用山东掖县大理岩岩样,在800t高温高压伺服三轴流变仪上进行了连续加载和循环加载实验.对岩样的残余强度和弹性模量的变化等问题进行了初步研究.得出:在低围压下（<100MPa）,残余强度与超过极限强度后的循环加载次数有关;超过极限强度后加载弹性模量随着非弹性应变的增加而减小,并趋于一个极限值.在高围压下（≥100MPa）,残余强度几乎与超过极限强度后的循环加载次数无关;超过极限强度或者产生应变强化后加载弹性模量几乎不随非弹性应变的增加而减小.     

在三轴压缩下大理岩循环加载实验的初步研究

在围压10、50、100和200MPa,应变率5×10^-5/s和室温条件下,采用山东掖县大理岩岩样,在800t高温高压伺服三轴流变仪上进行了连续加载和循环加载实验.对岩样的残余强度和弹性模量的变化等问题进行了初步研究.得出:在低围压下（<100MPa）,残余强度与超过极限强度后的循环加载次数有关;超过极限强度后加载弹性模量随着非弹性应变的增加而减小,并趋于一个极限值.在高围压下（≥100MPa）,残余强度几乎与超过极限强度后的循环加载次数无关;超过极限强度或者产生应变强化后加载弹性模量几乎不随非弹性应变的增加而减小.     

单轴压力下岩石破裂的初步研究

用几种不同加载方式对岩石样品进行了单轴压力实验。以恒定应变率(约为10-5)对样品加载时,岩石的破裂过程大致可分成四个阶段:孔隙压缩阶段、弹性变形阶段、体积膨胀阶段和临震阶级。后二个阶段显著的特点是岩石开始表现出非弹性的体积应变并在主破裂前急剧增大,它与微破裂累积总数二者存在着同步的变化。在重复加载时,发现岩石的微破裂过程具有不可逆的性质,这种现象似乎可以用来说明同一地区短期内发生的两次地震的地震序列的不同,指出运用历史地震资料时应注意该地区应力变化的历史情况。     

单轴压力下岩石破裂的初步研究

用几种不同加载方式对岩石样品进行了单轴压力实验。以恒定应变率(约为10^-5)对样品加载时,岩石的破裂过程大致可分成四个阶段:孔隙压缩阶段、弹性变形阶段、体积膨胀阶段和临震阶级。后二个阶段显著的特点是岩石开始表现出非弹性的体积应变并在主破裂前急剧增大,它与微破裂累积总数二者存在着同步的变化。在重复加载时,发现岩石的微破裂过程具有不可逆的性质,这种现象似乎可以用来说明同一地区短期内发生的两次地震的地震序列的不同,指出运用历史地震资料时应注意该地区应力变化的历史情况。     

单轴压缩下砂岩的P波动力学特征的实验研究

本文详细介绍了在单轴压缩下砂岩的P波动力学特征的实验结果。有关的动力学特征参数包括:振幅、振动持续时间、振幅谱、尾波走时持续时间及衰减系数α。观测了水对这些参数的影响。主要实验结果如下: 1.扩容后压力的增加将使通过岩石标本的P波最大振幅和振动持续时间增加。2.压力的增加将使P波振幅谱中的低频分量增加。3.水对P波动力学特征的影响是十分显著的,它将使P波振幅减小,振幅谱中的高频分量减少。4.压力的增加将使P波尾波持续数时间增长,衰减系数α减小。主要实验结果和理论分析、野外观测结果比较一致。这对于探讨地震波动力学特征的前兆异常是有益的     

三轴压缩下软弱面对岩石破裂的影响

将岩石标本分为三组,分别锯至直径的1/3、2/3及完全切断。每组的切口与轴向的交角分别取20°,30°,40°和50°。然后用环氧树脂将切断的标本粘合,将锯开的切口填充,形成人为软弱面。将上述标本及完整岩石标本分别在0.79千巴及3.03千巴的围压、10~(-5)/秒的常应变率下进行实验,发现: (1)在部分切口的标本中,明显由两个紧接的主要破裂过程组成,第一个是软弱面的破裂,第二个是岩石标本中新的破裂。(2)全切口标本中破裂面完全沿软弱面发展;2/3切口标本中,大多数破裂面沿软弱面发展,但在3.03千巴围压下,切口与轴向成20°,50°角的标本中,主要破裂面取与软弱面共轭的方位;1/3切口标本中,破裂面较复杂,但都交汇在切口端点,且取向大都在软弱面共轭方位,但夹角较小。(3)切口对标本破裂强度有明显影响,切口越大,强度越低;切口的角度对全切口标本及2/3切口标本的强度也有明显影响,在30°左右强度最小,而对1/3切口标本的强度没有影响。结合上述结果对地震断裂与软弱面的关系进行了讨论。