水热条件下含橄榄石大洋玄武岩的摩擦特性实验研究

玄武岩作为大洋地壳上的主要成分,研究其摩擦特性是更好地探究逆冲板块边界上大地震等力学行为机理的基础.为了研究少量橄榄石矿物是否会影响玄武岩的摩擦特性,本研究选用了国际大洋钻探计划(IODP)349航次获取的玄武岩样品,其中含有少量的橄榄石矿物.本次研究的实验温度范围为100~600℃,施加的有效正压力和孔隙水压分别为150 MPa和100 MPa.实验中玄武岩样品在300~400℃的温度条件下表现出不稳定的准静态震荡现象,并且在高温条件下(T>400℃)其剪切强度表现出显著的位移弱化现象,即摩擦系数随着剪切位移的进行而持续减小.在3 mm的剪切位移范围内,摩擦系数的变化范围为0.7~0.55.通过初步的微观剪切变形研究,我们推测橄榄石在摩擦实验过程中对一种弱矿物的生成可能起到了催化作用,但生成的弱矿物含量不足以显著地弱化断层泥的摩擦强度.同时微观构造分析也发现,随着温度的升高,断层泥的剪切构造由局部剪切向整体弥散性剪切变形转变,同时伴随着孔隙度的显著降低,因此我们认为剪切强度的位移弱化现象与流体参与下的颗粒间的压溶过程的逐步增强有关.

水热条件下蛇纹石矿物的摩擦特性

蛇纹石矿物大量存在于俯冲带中,其独特的物理化学性质会对俯冲带动力学产生显著影响。开展蛇纹石矿物的摩擦实验研究有助于理解俯冲带中含蛇纹石断层的摩擦滑动稳定性及解释俯冲带断层的复杂错动行为。目前,实验室对于蛇纹石矿物的研究已取得了很多成果。文中基于前人的研究工作,对以下2个方面进行了综述:1)蛇纹石矿物的稳定赋存状态及蛇纹石矿物之间的相互转换关系;2)控制蛇纹石矿物摩擦强度及滑动稳定性的因素,主要包括温度、孔隙流体及有效正应力的大小。研究表明,温度的升高可显著增大纤蛇纹石和利蛇纹石的摩擦强度。但对于叶蛇纹石而言,在较低的流体压力条件下,其摩擦强度表现出温度强化特征,而在较高的流体压力条件下却表现出温度弱化特征。蛇纹石矿物的摩擦强度均表现出显著的压力依赖性,其中纤蛇纹石的摩擦强度表现出更高的压力敏感性。在俯冲带地幔楔条件下叶蛇纹石可大量赋存。前人研究发现叶蛇纹石在较低的流体压力条件下随着温度升高会发生脱水反应,进而表现出不稳定的速度弱化现象;而在高压流体条件下,叶蛇纹石在低剪切变形速率下会表现出速度弱化现象,叶蛇纹石的摩擦滑动稳定性随剪切滑移速率的变化能够更好地解释俯冲带慢滑移现象。

两种支挡结构的实测和计算土压力

对一座锚拉式桩板墙和一座楔形钢筋混凝土块拉筋加筋土挡墙,将原型观测、有限元计算、理论计算得到的土压力进行分析和比较,所得结论可供设计类似支挡结构时计算土压力参考。

新型预应力锚拉式桩板墙的三维有限元计算分析

在平均坡角为30°的山区岩坡上,要求在40m宽的平台铺设三线铁轨,经过重力挡墙及架桥等方案比较,选择了新型预应力锚拉式桩板墙的结构。对该结构进行了室内地质力学模型试验,现场原位观测,二、三维有限元分析及地基约束系数法分析。对一个三维有限元程序进行了改进,计算了墙面桩的位移、内力和变形,锚固段的位移和应力,填土的土压力,锚索的拉力等。与其他方法相比,所介绍的计算结果更具合理性,为工程设计施工提供了可靠数据,也可供相关工程借鉴。

高温高压条件下辉长岩的摩擦强度及其速率依赖性

在干燥条件下对辉长岩的摩擦本构参数进行了实验研究。结果表明 :1 )辉长岩模拟断层泥的摩擦速度依赖性参数 (a -b)基本为正或者接近于没有速度依赖性 ,表明在干燥条件下不具备不稳定滑动的成核条件 ,对下地壳地震成核的可能性有参考意义 ;2 )摩擦强度在干燥条件下与Byerlee定律高度一致 ,表明在下地壳的高温环境下Byerlee定律仍可给出适当的强度估计 ,至少在干燥条件下如此 ;3)Byerlee定律给出的剪应力强度与正应力的关系中有一个截距 ,但是本研究中关于模拟断层泥的结果却没有明显的截距 。

断层滑动速率变化对滑动稳定性的影响

在与主压应力方向斜交的断层上，正应力与剪应力之间存在线性相关关系，以此为基础导出了小扰动条件下决定稳定性的临界刚度与滑动速率的关系。由于这一关系具有临界刚度随滑动速率增加而减小的特点，因此速率增加可能导致周期性粘滑向稳定滑动转化，而速率减小可能使本来稳定的滑动转化为周期性粘滑过程。在这种斜交断层中，速率增加虽然可能抑制周期性粘滑，但是稳滑时超过一定限度的速率增加会导致一次性不稳定滑动。三轴摩擦实验提供了关于粘滑与稳滑可相互转化的支持证据。

锚拉式桩板墙的三维有限元计算分析

对一个三维有限元程序进行了改进 ,计算了 6种工况下桩板墙墙面桩的位移、弯矩 ,锚固段的位移和接触应力 ,填土的土压力 ,锚索的拉力等。研究结果表明 :墙面桩的位移和弯矩均随填土高度及锚索拉力而变化 ;墙面桩锚固段位移和接触应力受地上段的影响 ,但均在较稳定可靠的范围以内 ;填土压力随填土高度、桩板位移、锚索拉力的变化而变化 ,基本符合传统土压力分布规律 ,但有一些不同之处 ;锚索拉力随填土高度增加而增加 ,设计的预拉力及最终锚拉力均在合理范围之内。计算结果与二维有限元、原位观测结果等其它方法相比有较好的合理性和可比性 ,为工程设计施工提供了可靠数据 ,也可供相关工程借鉴。

动模量和阻尼的动三轴试验研究

使用电磁式动三轴仪进行应变１０－６～１０－２的动模量阻尼试验研究，考查了几个影响因素，建议了一种简便可靠的最大动模量阻尼比的求取方法，对数据分析和成果表达中的一些问题进行了讨论。

日本东北大地震——大自然给人类上的又一课

作者介绍了2011年3月11日日本东北地区太平洋沿岸近海的M9.0特大地震的震后研究情况,日本列岛M8.0以上大地震发生的地球动力学背景、地理环境,大地震在东北太平洋沿岸地区、关东地区、东海道地区的活动历史以及对下一次东海地震发生时间的最新研究进展。最后总结了地震中长期预测的现状及相关基础研究应努力的方向,提出了在工程应用研究中应该避免的错误工作思路。

邓肯-张模型参数变化对计算结果的影响

邓肯 -张非线弹性模型共有 8个参数 ,依据试验数据并按比例分别增减每个参数后 ,用有限元法计算一座土坝的应力应变等。每个参数的增减变化 ,都将引起应力应变的相应变化 ,有的成倍变化。本文结果对模型参数测试、计算取值。

两种摩擦本构关系的对比研究

目前有两种最常用的岩石摩擦本构关系，其主要区别在于是否与静接触时间有关。对这两种本构关系的基本性质进行了对比研究，得出如下结论：（１）在匀速滑动的稳态附近，两种本构关系趋向一致；（２）在正应力恒定条件下，两种本构关系的主要差异在于克服摩擦力所需能量的大小。与静接触时间相关的本构关系在粘滑中需消耗较大的能量来克服摩擦阻力，在粘滑的减速段，这种本构关系可达到的最低速率比另一种本构关系低１０个数量级；（３）在正应力变化条件下，与静接触时间相关的本构关系基本继承了正应力恒定条件下的行为特征，而另一种本构关系在剪应力－速度相平面上却出现了一个长尾巴，使最低滑动速率降到比正应力恒定时的值低１０多个数量级。

龙门山断裂带沉积岩和天然断层泥的摩擦滑动性质与启示

对采自四川龙门山断裂带(LFZ)地震发生区段的样品进行摩擦滑动实验研究,得到一系列实验结果。实验样品包括用富含黏土的完整泥岩和砂岩制备的模拟断层泥、由富含方解石的灰岩制备的模拟断层泥和一种天然断层泥。其中,天然断层泥是通过人工探槽方法采自于穿过泥岩和砂岩层的地表破裂中。富含黏土矿物的样品主要由伊利石和石英组成。在实验中,将1 mm厚的断层泥夹于具有倾斜锯切面的围岩之间,在三轴实验系统中对其进行剪切变形实验,实验条件与龙门山断裂带2 km深处的条件相一致。实验温度范围为25℃～150℃,同时为了研究摩擦强度的速度依赖性,对剪切位移的速度实施1.22～0.122μm/s的阶跃式变化。分析结果表明,天然断层泥比原岩的泥岩和砂岩更富含伊利石,而且强度比原岩弱得多。天然断层泥的稳态摩擦系数约为0.4,而原岩则约为0.6。另外,灰岩断层泥的摩擦系数为0.6～0.7。除了灰岩,所有样品均表现为稳定、速度强化的滑动行为。灰岩在25℃～50℃表现为速度强化,但是在100℃～150℃时表现为准静态的振荡,在150℃时显示速度弱化行为。运用此次实验结果讨论沉积岩在类似于汶川地震这样的地震事件中所起的作用,指出该区域富含黏土的沉积层可能对从深部扩展而来的破裂扩展有阻尼作用,而灰岩则有可能会加速破裂的传播,同时产生明显的应力降。

断层上的地震成核过程与前兆模拟研究

为了把握断层上地震的前兆规律 ,对连续介质中断层面上的地震成核过程进行了数值模拟研究。摩擦采用了速率及状态依赖性本构关系 ,并考虑了正应力变化的影响。结果表明 ,在成核的后期阶段 :①最大位移速率单调加速增加 ;②滑动热点 (最大滑动速率处 )在后期阶段开始自发性迁移 ,且在空间上连续 ;③当最大滑动速率达到可以明显探测的量级时 (高于加载速率一个数量级以上 ) ,倒计时间为 2 0小时或更长一些 ,这时的速率变化可作为临震预测标志 ;④平均滑动速率与倒计时间的关系在临震阶段呈对数线性趋势 ,由此可推测微震活动增长率与倒计时间同样存在对数线性关系 ;⑤正应力的变化对上述时间尺度有延长作用 ,使之大致增加到原数值的 2倍。

新型预应力锚拉式桩板墙的弹性约束地基系数法

预应力锚拉式桩板墙是在桩板墙及锚拉抗滑桩基础上发展起来的一种新型支挡结构。基于结构矩阵方法,结合工作特点,考虑了锚索的弹性约束、填土土压力随位移的变化关系、锁口处位移和内力的连续条件,计入了桩锚固段变形对桩位移和内力的影响,分别导出了锚固段及受荷段的刚度矩阵,编制了相应的计算程序,计算了墙面桩的位移、弯矩、锚固段应力及应变、锚索拉力等。所得结果与其他方法相比,有较好的规律性和可比性,可供相关工程参考和借鉴。

用负刚度及变刚度方法研究粘滑

通过负刚度实验，得到了３００ＭＰａ围压条件下花岗岩锯切面和石英岩剪切破裂面的剪应力－滑动曲线。突发滑动的持续时间从一般位移控制条件下的几毫秒延长到０．５ｓ左右。并在普通函数记录仪上对滑动过程曲线作了全过程的记录。又将压机刚度降为任意设定值，可得到应力降与刚度相关而滑动距离基本不变的结果。这一结果与速度依赖性摩擦本构律及滑动弱化本构律所估计的结果不同，它类似于滑动面几何约束控制的滑动依赖性本构关系。

研究岩石破裂等弱化行为的力－位移组合控制方法

本文介绍了一种用力和位移的线性组合控制岩石试验的新方法。该方法已在一台自制的伺服实验系统上和一台ＭＴＳ实验系统上得到了实现。用这种方法能够简便地求出通常难以求出的具有Ⅱ类特性岩石的全应力─应变曲线，而且能够变化出如广义应力松驰等其它实验类型，从而能够对时间依赖性进行深入的研究。由于其易于采用的特点，它在研究岩石破裂乃至摩擦等弱化过程方面有着广泛的应用前景。

动三轴试验的压缩和挤压伸长特性

使用动三轴仪在轴向压缩和伸长条件下固结，振动时产生轴向压缩、挤压伸长状态，试验研究了这些条件下砂性土的强度液化特性，孔压变化规律。

周期荷载作用下的模量阻尼特性

在动三轴仪上使用自制的高灵敏度应变计量测到应变ε_d=10^(-6)～10^(-2)的模量阻尼,提出了最大动模量的确定方法。

土坝安全鉴定及病害处理中的一些问题

1998年4月．玉溪河管理处对百丈水库大坝进行了安全鉴定。本文通过安全鉴定成果．分析了土坝病害原因，并结合近年对类似工程所做的工作，讨论大坝安全鉴定中的一些问题，以及某些病害处理方法等。

南昆线锚拉式桩板墙的弹性约束地基系数法

预应力锚拉式桩板墙是桩板墙及锚拉抗滑桩基础上发展起来的一种新型支挡结构。基于结构矩阵方法,结合工程特点,考虑了锚索的弹性约束、填土土压力随位移的变化关系、锁口处位移和内力的连续条件,计入了桩锚固段变形对桩位移和内力的影响,分别导出了锚固段及受荷段的刚度矩阵,编制了相应的计算程序,计算了墙面桩的位移、弯矩、锚固段应力应变、锚索拉力等。所得结果与其它方法相比,有较好的规律性和可比性,可供相关工程参考和借鉴。