石灰岩局部化变形的图像特征

根据室内单轴压缩试验视频图像对石灰岩局部化变形的数字特征进行分析。原始视频在岩石单轴抗压试验时摄得,根据试验荷载-时间关系曲线得到加载阶段的视频图像并转化为计算机易于识别的视频格式,利用粒子图像测速技术得到石灰岩试样表面任意时刻任意位置的位移大小,分析不同荷载作用下既有裂纹端点的变化过程及新生裂隙的萌生和扩展过程,选取单帧图像纹理参数作为石灰岩不同变形状态的数字特征参数,分别使用灰度直方图和灰度共生矩阵得到石灰岩图像数字特征参数随时间的变化过程。结果表明,既有裂隙端点和新生裂隙的局部化变形现象非常明显;可以将平稳变形阶段和急剧变形阶段间的分界点作为局部化变形的起始点并据此作为局部化变形的启动条件;图像纹理特征参数能够较好反映不同荷载阶段的变形状态,可以用于预报局部化变形的起始时刻。由于图像特征反映岩石的变形破坏过程,该方法将为研究岩体地区局部化变形和地质灾害的细观机制提供一条新的研究途径。

三点弯曲荷载下砂岩变形局部化特征

岩石在应力作用下发生变形和破坏过程中,塑性应变在小范围内聚集,其变形呈局部化特征。利用数字散斑技术结合局部化破坏理论,分析不同跨距条件下砂岩三点弯曲实验过程中变形场局部化特征,以及裂纹开裂和扩展的动态变化规律。结果表明:砂岩试件纵深延展方向,上部区域加载初期发生压缩变形,下部区域加载至断裂过程中一直发生拉伸变形,试件横向延展方向,加载线两侧对称特征点变形具有相似特征,距离加载线越近,应变增加速率及峰值应变越大;水平方向主应变集中区在一定范围内变化,应变集中区域不断移动,试件发生初始断裂后,破裂带以外区域发生的弹性变形逐步恢复,破裂带以外区域主应变逐渐变小;试件起裂位置均与加载中心线呈一定的偏移,裂纹扩展方向逐渐趋近于加载中心线纵深方向。

汶川8.0级地震地表变形局部化样式与建筑物破坏特征关系初步研究

本文以汶川地震地表形变带的实地测量数据为基础,结合沿实测地震地表变形剖面建筑物破坏情况的调查与测量,分析了不同地震地表变形类型及其建筑物破坏特征,定量化地讨论了地表变形梯度与建筑物破坏程度间的关系。提出无论地震地表变形表现为何种类型的断层陡坎,地表破裂、强变形局部化在宽10-30m的地表破裂带内;建筑物受损情况最直接的影响是建筑物所处地点的地表变形梯度,地表变形梯度大于0.1的地段,建筑物均完全被摧毁;地表变形梯度在0.07-0.1间的地段,建筑物遭受严重损坏,

基于三点弯曲试验砂岩局部化特征的数值模拟

为研究砂岩断裂破坏过程中的局部化特征,利用FLAC^(3D)数值模拟软件,结合局部变形破坏理论,建立三点弯曲数值模型,通过设置不同位置的特征点,分析应力场、能量场演化规律以及跨距的影响。结果表明,特征点位置根据应力变化可划分为上近场、下近场、中场和远场四个区域。上近场区域和下近场区域主要以压应力为主,中场区域以拉应力为主,应力呈小幅度增加,远场区域应力增长缓慢且数值较低。随着载荷的增加,能量密度持续增加,且与位置有关,距离加载线越近的位置能量越大,反之能量越小。跨距为150~180 mm条件下,水平方向应力场基本一致,跨距对水平方向应力场影响不明显,各阶段不同跨距下的能量场分布相似,但小跨距时能量更大。

基于层级化匹配的视图变形算法

为了提高基础矩阵的准确性和改善视图变形的视觉效果,提出一种基于层级化匹配的视图变形算法。首先对左右视图进行SIFT特征提取并使用传统的基于欧式距离的匹配算法进行粗匹配,然后使用基于局部结构的图匹配算法对粗匹配得到的匹配点对进行细匹配,最后使用细匹配得到的匹配结果计算基础矩阵,并通过视图变形算法合成虚拟视图。实验结果表明,少量的误匹配点对对视图变形的视觉效果有较大的影响,同时所提出的层级化匹配方法能够提高匹配的准确率,使计算得到的基础矩阵更加准确、虚拟视图的视觉效果获得了改善。

昆仑山地震(Mw7．8)破裂行为、变形局部化特征及其构造内涵讨论

地震地表破裂是地壳弹性应变转化为永久性构造变形的表现形式.2001年昆仑山地震在东昆仑断裂带库赛湖段产生的地表破裂带整体长426km,由西部剪切走滑破裂段、中部张剪切破裂段和东部剪切走滑破裂段等3个相对独立的地表破裂段组成,即昆仑山地震由震级为Mw=6.8,Mw=6.2和Mw≤7.8的3次地震破裂事件组成,其中东段Mw≤7.8级地震为昆仑山地震主震,由4次更次级地震事件组成.野外测量表明,不同段落上单条地表破裂宽度一般介于数米至15m,最大不超过30m;组合地表破裂带的宽度主要取决于几何结构,特别是次级地表破裂带斜列区的宽度,具有变形局部化的基本特征.结合东昆仑断裂带第四纪地质速率与GPS监测应变速率一致性,2001年昆仑山地震地表破裂局部化特征说明,青藏高原北部巴颜喀拉与祁连-柴达木两大块体间的构造变形主要表现为东昆仑断裂带宽度有限的剪切走滑错动,东昆仑山断裂带南北两侧块体具有整体运动特征.地震破裂局部化特征对确定重大工程、居民住宅和生命线工程等免遭走滑断层同震地表错动引起直接破坏的避让带宽度具有十分重要现实意义.

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 .

岩石介质细观非均匀性对宏观破裂过程的影响

运用岩石破裂过程分析系统 ,研究了岩石介质非均匀性对宏观力学行为的影响。通过对均质度系数m =1.5的 10个样本破裂过程的模拟 ,发现样本的宏观力学行为在变形初期只有微弱的统计涨落 ,但在失稳阶段表现出显著的样本个性行为。对 8种不同均质度系数的 80个样本破裂过程的模拟结果表明 ,岩石介质的非均匀性对岩样宏观强度和变形非线性行为有显著影响 ,而且也显著影响试样破裂模式。随着均质度系数的提高 ,宏观强度呈现指数规律上升 ,宏观变形的线性规律增强 ,主破裂呈脆断模式。

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RFPA2D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。

川西地区地壳形变特征及其对汶川8.0级地震成因的启示

四川西部地区是构造运动强烈，强地震多发区。自公元前26年有破坏性地震记载以来，共记录6～6．9级地震48次，7～7．9级地震18次。平均每10-15年1次，主要集中在活动块体的边界断裂带上。川西地区的强震受NW向、NE向和近SN向活动断裂所控制，明显地表现出变形局部化的基本构造特征。NE向断裂兼有挤压逆冲分量和右旋剪切分量，NW向断裂以左旋剪切为主，近SN向断裂具有剪切和挤压双重特性，

活动断层避让距离确定的理论基础与应用实例

活动断层避让是活动断层探测走向减灾应用的最后“1公里”,也是地震链生灾害风险源的阻断技术。地震现场考察和实验研究表明,只要离开活动断层迹线一定的有限距离就能够保证建(构)筑物免遭活动断层同震破裂和错动引起的灾难性毁坏。因此,活动断层的避让工作是活动断层探测和准确定位的最终目标之一。从活动断层避让相关定义和术语出发,系统论述不同类型活动断层地震破裂局部化宽度特征、倾滑断层地表破裂/灾害的上盘效应及其同震破裂和错动对建(构)筑物的剪切和撕裂作用控制了毁坏带空间展布等特征,这些特征构成了活动断层避让理论;在此基础上着重讨论了活动断层避让标准的适用范围、活动断层管制区划定依据和范围,建设场址区避让活动断层所需的定位精度要求,活动断层管制区内一般建(构)筑物避让活动断层距离基本值(D0),可以作为近于直立走滑断层和倾滑断层下盘避让的最小距离;倾滑断层中倾角约60°正断层上盘的避让距离为避让距离基本值(D0)的2倍左右,而倾角约为30°的逆断层上盘避让距离为避让距离基本值(D0)的3~4倍;特殊建(构)筑物有别于一般建(构)筑物,它们的安全直接影响到社会安定和国家的兴衰,因此,专门给出了分类避让距离,保证这些建(构)筑物在地震期间不会引发严重的次生灾害;最后简明扼要地介绍了国内外活动断层避让的相关法律法规和避让实例。活动断层避让作为一种科学有效的地震灾害阻断技术,不仅可以有效地解决建(构)筑物的抗断问题:如何避让?避让多少?还可为保障国家经济社会可持续发展和“一带一路”基础设施建设的地震安全提供创新性技术支撑。

活动断层研究进展及其科学前沿问题讨论

回顾了我国城市活动断层探测工程、活动断层大比例尺填图计划、我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价等项目的立项过程和主体研究内容,结合近20余年大地震现场地表破裂带的科学考察成果,阐述了强噪声弱信号条件下隐伏活动断层探测定位技术、断层活动性定量鉴定技术、地震危害性评价理论与方法、全过程多源数据管理技术和活动断层探测技术标准体系建设等多方面取得的显著进展;提出了青藏高原隆升变形动力学新模型、活动断层级联破裂机理与大地震成因理论、地震局部化破裂特征与避让理论和高震级地震地质判识标志及其在高震级地震危险区划分中应用等,形成了活动断层滑动习性与避让、震害预防和地震监测预测的新理论、新方法和新理念,并对活动断层探测和研究中活动性定量参数不确定性、相邻段落级联破裂条件与特大地震震级预测、地震地质标志定量化演化特征、基于三维活动断层模型的强震动模拟与地震灾害预测、重大工程跨活动断层的抗断等亟需解决的科学问题和技术难题进行了讨论;最后指出我国需要继续加强活动断层探测与填图工作及其成果的管理,保持城市活动断层探测和大比例尺填图以及深浅构造关系勘探等方面的国际领先优势,引领国际震害预防和有物理意义地震监测预报发展方向。

岩石的脆-延转换——最新实验和理论进展

从脆性破裂到塑性流动的破坏模式转换,对了解震源机制、地壳强度及野外尺度上的变形方式具有重要的意义.最近在高质量力学数据采集、微观变形结构的系统观察和压缩条件下岩石破坏的理论模拟研究方面的进展,使我们能进一步认识脆-延转换的物理和力学机制.通过测量强度的温压敏感性和对破坏模式的观察,可识别一些岩石脆-延转换的力学特性.然而,在高温高压下,对硅质岩石的半脆性流动或不同的孔隙流体、应变率及颗粒粒径对强度和流变的影响等方面比较全面的研究,还几乎没有.从脆性破裂到半脆性流动、从半脆性流动到全塑性流动,它们的转换强度和压力呈明显的线性关系.但这种关系的物理基础还没有很好地建立起来.微观结构的定性观察结果提供了有关各种变形机制的运行条件、应变分区的估计和裂纹成核机制的确定等方面的信息.最近对微观结构的定量研究,对半脆性域变形的微观机制起到了重要的约束作用.但在认识上仍存在很大的差距.

孔隙岩石变形破坏机制及其影响因素研究

岩石局部化变形在地壳中普遍存在,其通常是各类地质运动、自然和工程次生灾害的主要原因。岩石变形响应在低围压时往往表现出脆性特征,而在高围压时进入延性状态,但孔隙空间的附加变形可能会引起局部化压缩破坏、并降低其输运性质,进而影响火山活动、油气开发和原位流态化采矿等。然而,孔隙岩石的微观结构性质和所处应力环境尤其复杂,该现象对于理解其本征力学行为造成诸多困扰。为此,本文将基于室内试验和数值模拟方法探讨孔隙岩石变形问题,以更好地揭示其微观机制和潜在的影响因素。(1)通过不同孔隙率岩石的循环加卸载试验,描绘其损伤演化规律和宏微观破裂特征,由此建立基于微观结构的孔隙岩石数值模型,并验证其合理性和反映脆延性转化的一般规律。室内试验发现,不同压缩机制下的岩石变形均表现出非线性,其损伤始终在不断发展、而变形参数具有明显的应力依赖性;岩石破坏是一渐进过程,微破裂活动主要集中在宏观破裂面附近,而孔隙空间和围压往往会促进局部的颗粒破碎活动。数值模拟表明,基于矿物颗粒和宏观孔隙的数值模型,可反映岩石脆延性转化过程中的微破裂活动和能量演化规律;变形局部化过程往往伴随着剧烈的微破裂活动和能量释放,而压缩带的形成通常需要较高的孔隙率、围压和压缩变形;提高围压水平通常会促进剪切破裂和颗粒内破裂,而增加孔隙率有助于提高拉伸破裂和颗粒间破裂的相对比例。(2)通过调整矿物和胶结状态、矿物颗粒尺寸、宏微观孔隙结构和孔隙率等内部因素,分析不同压缩机制下微破裂活动和能量组分的变化规律,以探讨岩石微观结构对其变形破坏机制的影响。数值模拟表明,孔隙率是岩石变形响应的主要控制因素,但其微破裂活动和能量释放过程通常受到矿物粒径分布、矿物和胶结强度、宏观孔隙相对尺寸、微观孔隙比例等内部因素的作用;在高围压环境下,细粒岩石倾向于均匀的碎屑作用,而矿物和胶结状态对岩石破坏形态的作用较小;宏观孔隙是压缩带产生的必要条件,而增加宏观孔隙尺寸和微观孔隙比例均可促进压缩带的发展。(3)通过引入宏观非均质结构、边界条件和钻孔空间等外部因素,分析不同压缩机制下微破裂事件和颗粒破碎活动的发展规律,以研究非均质应力场对其变形破坏过程的作用。数值模拟表明,刚性和摩擦边界对孔隙岩石高压响应的影响较小,而宏观孔隙结构往往起控制作用,其中边缘孔隙是局部化变形的起始区域,但非均质结构所引起的应力重分布会影响局部化变形的发展过程;含孔岩石受压时的破裂范围通常位于切向应力的高水平区域,其具体特征与边界压力、钻孔尺寸和岩石微观结构有关;在考虑钻孔过程时,围岩破裂表现出明显的应力环境依赖性,其强度和规模均可能高于含孔岩石的受压响应;扩孔过程往往会加剧微破裂活动,但围岩破裂形态在钻孔边缘的露头取决于其初始阶段。

单轴加载下煤样失稳破坏的多参量前兆特征

建立了多参量监测系统,包括声发射、介电常数、应变场和表面温度场等监测手段,来研究在单轴压缩条件下,变形局部化演化过程中煤样失稳破坏的多参量前兆特征.研究发现:在煤样劈裂破坏过程中,变形局部化带的演化经历了3个阶段:在第Ⅰ阶段中,变形局部化相对滑动分量占据主导;第Ⅱ阶段中,相对拉伸分量快速增加;第Ⅲ阶段中,相对拉伸分量和相对滑动分量均急剧增大.样品表面温度场前兆特征发生在第Ⅱ阶段,介电常数前兆特征发生在第Ⅲ阶段,声发射前兆特征发生在第Ⅰ和第Ⅱ阶段.

含天然硬性结构面大理岩破裂过程与机制研究

以2种不同矿物含量的天然硬性结构面大理岩为研究对象,采用数字图像相关方法实时跟踪整个破坏过程中岩石表面的变形场演化,研究单轴压缩条件下大理岩试样中天然硬性结构面的起裂、扩展和贯通直至破坏的整个过程,结合电镜扫描技术,系统探讨其变形与强度特征以及硬岩破坏的硬性结构面控制效应。结果表明:结构面的矿物成分含量影响着岩石的整体力学性质,当结构面与母岩矿物成分含量相差较大时,试样整体强度降低且变形相对较小;而当结构面与母岩矿物含量接近时,硬性结构面的产状对大理岩破裂过程起控制作用,且并非所有的硬性结构面都会对大理岩的变形破坏产生影响;采用位移场和应变场演化相结合,可以更好的描述加载全程硬性结构面从弱非连续到强非连续的变形破坏过程;大部分岩样在加载初期,其变形场并没有由于硬性结构面的存在而产生明显的位移非连续特征,硬性结构面在破坏前变形较小,破坏在短时间内发生,造成能量急剧释放,该研究有助于解释硬性结构面控制型岩爆发生的力学机制。