突发应变扰动——一种新的破裂前兆的实验研究

采用新的仪器系统多功能高频地震仪记录岩样上多点应变在破裂孕育过程中的变化．结果发现：在岩石主破裂前，各点应变除趋势性特征变化外，同时出现突发扰动．突发应变扰动有可能作为大震短临前兆的一种．

加载破裂和卸载破裂的焦散阴影区动态特征的实验研究

以实时全息干涉计量方法和焦散阴影光学法 ,用有机玻璃试样直观、形象地研究加载过程和卸载过程破裂时的应力 (应变 )场、塑性区或成核区 (阴影区 )不同地动态特征变化 .结果发现 ,在低应力时 ,预制裂缝端点先出现应变核 (条纹密集区 ) ,进而形成焦散阴影区 .这些核和阴影区会随荷载增加变大 ,随卸载而减小 .在一定的压力范围内重复加载卸载 (循环加载 ) ,焦散阴影区则反复增大缩小 ;但在高应力时 ,尤其在将出现大破裂时 ,加载和卸载的焦散阴影区变化是不可逆的 ,其变化也完全不同 .加载破裂时的焦散阴影区由慢到快迅速扩展 ;而卸载时的焦散阴影区则扩展较慢 。

含硬包体试样破裂特征的实验研究

初步研究了含硬包体试样在双轴加压时试样的最终破裂形式及硬包体的变化状况.岩样破裂形式侧向以压剪裂为主,表面出现两类:一类为走滑伴以逆冲断裂;另一类为冲断裂.当岩样内的硬包体与试样为硬接触时,则硬包体有的破裂,有的未破;为软接触时,则主破裂绕过硬包体.最后,分析了在一定条件下,岩样内的硬包体形成应力集中、屈服。

倾斜扰动——一种可能的有效地震前兆

依据小地震时的倾斜记录和岩石破裂时的应变扰动记录提出 ,岩石破裂和微小地震可能引起倾斜扰动 ,这种扰动将可能是大地震的有效前兆。然而 ,如何区分干扰和前兆扰动还需仔细研究。

试论岩石破裂和破坏的差异对地震模拟及前兆研究的影响

本文分析讨论了实验地震学研究中很少论及的岩石破裂和破坏的很大差异.指出仅以岩石破坏实验模拟地震特别是前兆研究存在诸多不足.建议以岩石破裂来模拟地震特别是前兆研究.由此可给出较为完整的地震活动图像.岩石破坏前兆已研究的相当多,但大破裂前则未必出现如破坏那样的前兆.大破裂前兆特征比破坏前兆更能反映地震前兆的复杂性.其识别更难,更符合实际.同时议及以岩样的整体黏滑模拟地震研究特别是前兆研究的不足.建议加强对局部现象——大破裂(或黏滑)的前兆特征、预测方法的深入仔细研究.

远场和超远场前兆的模拟实验研究

在岩石试件、传压块体 (包括岩石和钢块 )和压机架上布设应变观测点 ,观测研究它们在岩石试样破裂孕育过程中的变化特征。结果发现 ,岩样临破坏前除岩样上各个测点都出现异常变化外 ,同时较远处的测力元件、传压块体和压机架上的应变也出现了突变或扰动前兆异常。岩石试样外部测点的应变特征变化在极临近主破裂时才有反映。而岩样上的测点除极临近主破裂时有突变和扰动外在离主破裂较早时已有反映。岩石试样外的测点距岩样约 2 5～ 90cm ,约为破裂尺度的 3～ 10 (多 )倍。这表明在孕震区以外很远的地方都可能出现前兆异常。并初步探讨了形成远场前兆的原因。

含硬包体试样微破裂图象演变过程的实验研究

含硬包体试样在双轴加压下的微破裂图象为：加压初期，微破裂先在试样周围活动，中部形成空区；随σ１增加，微破裂空区逐步变小；σ１再增加，微破裂在原空区内活跃，而原活跃区的微破裂则减少；临近主破裂时，微破裂逐步形成条带；条带上的微破裂来回跳跃；微破裂空间分维Ｄｓ从小到大，临近主破裂前转为降低．这些特征在以往破裂实验中很少提到，但与强震前地震活动图象的长期活动特征有一定的相似性．

负坡段加卸载响应比的物理意义及预测效能

根据实验结果 ,用应变能研究岩石在极值应力后主破裂前 (负坡段 )加卸载响应比可能出现奇异点或负值的变化特征 ,并且说明其普遍性 .以应变 (能 )及 P波走时为响应 ,分别得出加卸载响应比的倒数在岩石破裂孕育过程中的变化形态 .结果表明 :在逼近主破裂时 ,加卸载响应比的倒数急剧下降后出现极小值 (甚至为负值 ) .

岩石破坏前的短临应变前兆研究

采用新型应变仪观测岩样在破裂孕育过程中岩样表面测点的应变变化 ,结果除了长趋势变化、破坏前几秒的特征变化外 。

真三轴压机刚度对岩石破裂声发射的影响及与地震活动性的联系

本文叙述了岩石特征刚度与压机刚度比R对岩石破裂及声发射的影响.结果表明:当R>0.20时,岩样产生突发断裂;当R<0.20时,岩样产生缓裂.突发断裂时,声发射率随时间的变化形式为峰值—平稳低值—上升至极大值(密集)—回降至极小值(平静)—(再升)—破裂.并且R愈小,平静期愈长;R愈大,平静期愈短.而R>1.50时,断裂前没有平静期.缓裂时,声发射率的变化形式为(应力增至大于50％破裂应力后)平稳低(高)值—上升(下降)至极大(极小)值并持续之—破裂.

真三轴压缩时几种岩样微破裂定位的初步结果

实验用盈江花岗岩、蝴蝶泉斜花岗岩及龙陵花岗岩在真三轴压机上压缩(σ_1>σ_2>σ_3)直至岩样破裂.采用8通道高速微破裂数据采集分析系统对岩石破裂孕育过程中的微破裂时空分布做了初步分析.结果表明:在声发射变化的第Ⅰ阶段,微破裂较多;第Ⅱ阶段微破裂较少.但都分布紊乱且遍布整个岩样.当应力继续上升达声发射变化的第Ⅲ阶段,微破裂再次增多并逐步形成空区,只在主破裂前很短时间才形成条带分布.

岩石在破裂孕育过程中声发射变化特征的物理机制研究

根据声发射原理，并假设岩石中颗粒断裂的总几率符合Ｗｅｉｂｕｌｌ型极值函数，由此导出声发射总数Ｎ与应变能Ｗ，材料断裂构造形状参数ｍ，试样几何尺寸Ｂ及颗粒总数Ｌ的关系。对同一材料的同一试件而言，ｍ对Ｎ的变化形态有显著影响，而应变能的大小则对Ｎ的大小有显著影响，并同时导出声发射率与上述变量及能率的关系。同样，的变化形态受ｍ的制约，的大小则与应变能的大小及能率大小有关。进一步推导还表明，在岩石主破裂前，前兆时间ｔ和的变化不仅与极值应力前后的应变硬化及应变软化程度有关，且与环境刚度（压机刚度）及岩石自身的力学性质有关。摸拟了几条理论曲线，它与实验结果非常一致。

川滇菱形地块的应变能积累释放周期和强震预测

将川滇菱形地块分为两个地块,分别以形变确定应变速率、深部速度构造确定弹性模量、联合地块体积确定地块应变能积累与时间的关系,结合历史强震研究应变能积累释放周期以及该周期内的强震活动,进而研究应变能积累释放与强震活动的关系.结果表明,地块应变能积累释放存在周期性并可预测强震震级.在应变能积累前期,没有强震(M≥7.0)发生;随着时间增加,应变能继续增加,地块上先后发生几次强震,但每次强震震级均小于预测震级,即一次强震只释放了一部分能量;而后应变能积累继续增加,直到一、二次特大强震(M≥7.5)发生,将绝大部分应变能释放.至此,老的周期结束,新的周期开始.应变能积累从小到大直到最后完全释放的周期性导致了地震的平静活跃周期,地震活跃期比平静期长得多.本文认为,大区域地理范围因其含有多个地块,不宜讨论其地震平静活跃周期,而对于小范围单次强震也不宜讨论其复发周期.虽然活跃期中的强震从时间上看并无任何规律,但利用活动地块应变能的积累释放曲线所预测的震级与实际震级很接近.本文结果对于地震安全性评价工作可能有重要意义.

应变能积累在地震安全性评价中的应用探讨

理论及实验研究显示,震源区的位置和最大震级不仅可能与构造和历史有关,更重要的是与应力状态包括其方向、大小、增加速率、集中位置等以及岩体自身性质,包括其强度、杨氏模量、应变大小及增长速率、裂缝(断层)大小和数量等有关,同时与作用方式有关.综合考虑各种因素,探讨了利用应变能积累确定强震位置和震级的方法:首先对利用形变空间特征变化判断强震震源区位置的方法进行了讨论;接着着重提出估算应变能的初步方法:一是由地表裂缝最大错距和裂缝(断层)长度比估算地震释放能量;二是由新构造运动分区块体体积、年平均应变速率及杨氏模量估算块体应变能积累;进而依据能量估算地震震级;最后以实例论述了应变能积累过程及特点对地震安全性评价的重要作用.

Y形块体交界处多点大破裂的模拟实验研究

采用有机玻璃试样，在其上用激光刻划出雁列式断层组成的Y形块体边界。用特殊加载方式，使夹在Y形上部中间的块体能相对于两边向下移动。用实时全息干涉计量方法（激光）、焦散阴影光学和微破裂（声发射）信息采集分析技术研究块体交界处多点大破裂的特征。结果显示：随着加载，在切缝端点处的条纹逐步变密，进而形成有明显边界的阴影区。这些阴影区会随荷载增加变大，随卸载而减小。荷载再增大，相邻两切缝端点处的阴影区会连成一片。这些阴影区为强烈应变或应力集中区，即应变核或应力核。微破裂定位资料同时证实：阴影区达到足够大后会有破裂发生，并且先变大并达到额定值（如破裂强度）的阴影区先发生破裂。荷载再增大，多个阴影区先后达到额定值，以后，大破裂在各个阴影区交替发生。

组合坚固体应变扰动及波速异常的破裂前兆特征研究

研究了高、低强度３段拼合岩石样品在单轴压缩和双轴单面直接剪切时的破裂特征及突发应变扰动与波速异常的破裂前兆。从分别置于高、低强度段上的应变变化看，在整个样品破裂前，低强度段（弱岩）先出现突发扰动，高强度段（强岩）后出现突发扰动。从分别穿过高、低强度段上的波速变化看，低强度段波速先出现下降，高强度段后出现下降。主破裂后明显的裂缝贯穿整个拼合岩样。进而讨论了坚固体孕震模式（主破裂前）的突发性应变前兆与波速异常的时空特征。

岩石破裂声发射m值和岩石力学性质

实验测定了多种岩石在破裂应力的50％时杨氏模量E和声发射的m值。结果表明:m值和E有很好的线性关系m=1.39+1.44E×10^(-11)P_a^(-1)。同时观测数种岩石破裂孕育过程中的E和m值。结果表明:在加载初期,E和m值都较低。随着压力增加,E和m值也增加。在破裂应力的35％至75％时,E和m值大致平稳。破裂前,岩石应力—应变曲线的斜率E和声发射的m值均明显下降。但E值下降滞后于m值。建议利用m值评定场地岩石力学性质及其稳定性。

波列振幅衰减测桩法的研究与应用(Ⅰ)——单桩竖向承载力的测定

通过研究打桩公式法和应力波动法(如CASE法),作者提出:用重锤或小型火箭筒一次冲击桩顶,用桩顶附近的检波器记录振波图和检测静、动位移,通过实测冲击能(总能量)转换系数、波动和振动各自消耗的能量等各物理量,测定计算单桩竖向承载力.利用振波图计算力(P)和位移(S)动态关系曲线、确定屈服点,并利用静载荷试验检验动测结果和确定动静PS曲线的相关常数,进而确定与承载力相应的沉降量.

多种岩石的Qp、Qs、Qc

本文采用脉冲传播谱振幅比法、能量法、尾波法分别测多种岩样的Ｐ波Ｑ值、Ｓ波Ｑ值及尾波Ｑ值。结果表明，能量法所得Ｑｐ、Ｑｓ较小。谱振幅比法所得Ｑｐ一般居中，Ｑｓ较大。尾波Ｑｃ有的偏大，有的偏小。谱振幅比法及尾波法都表明，不同岩石的振幅谱不同，主频不同。尾波Ｑｃ值与（岩石）尾波振幅谱特征及峰值频率有关。对于宽带谱，大于峰值频率时Ｑｃ随频率增大而减小，小于峰值频率时Ｑｃ随频率减小而减小。对于窄带谱，与主频相应的Ｑｃ最小。

用振幅衰减系数和卓越频率衰减系数测定Q值的探讨

云南地区小震活动频繁,为充分利用这些小震所提供的信息,我们讨论了小震地震波振幅衰减系数和卓越频率衰减系数的变化,并探讨了这两个系数和Q值的关系。