论非均匀断层滑动弱化速率的标定

尝试用二维断层模型来描述断层在不稳定开始时滑动弱化速率的定标律。断层由一系列受滑动摩擦力作用变弱的片区组成，这些片区被牢固的障碍体所分隔。第一组断层包含不同尺度总滑动长度相同的片区的平均分布，而第二组断层由各种分形康托尔集合组成。破裂的整体活动性质由指数增长率λ来描述。对无限均匀的断层，系数λ由摩擦定律的弱化速率控制。在非均匀断层系中我们估算每一个断层的弱化速率，因为一个断层系的指数增长率λ与均匀断层是一致的。利用这种均匀断层的破裂过程，我们根据不同尺度均匀性断层和给定的系数λ来计算弱片区上的弱化速率。对于大尺度的破裂，弱化速率与尺度无关，长片区的开始过程类似于无限断层的破裂情况。本文考虑的是小尺度和所有不同几何形状的破裂，弱化速率记为α=β0^*／a，其中a为破裂尺度或者单个断层长度的一半，β0^*≈1．158。本文计算了滑动弱化距离Dc的值，在此基础上讨论了计算结果的物理含义，并给出了这个参数与尺度相关的可能解释。

正应力和含水率对花岗岩断层泥摩擦特性和声发射特征的影响

正应力和含水率的扰动可能诱发断层不稳定滑动。文中对采自新丰江水库附近断裂带的花岗岩样品开展了速率阶跃(1~100μm/s)和滑动-保持-滑动(10~3 000s)摩擦实验,且全程进行了声发射观测,研究了不同有效正应力(0.5~20MPa)和含水率(0%~25%)对花岗岩断层泥摩擦特性的影响。实验结果表明,花岗岩断层泥随有效正应力增大由速率弱化(5MPa以下)向速率强化转变,应力降减小;随着含水率升高,速率强化程度减弱,当含水率为25%时出现速率弱化行为,应力降增大。速率弱化样品的声发射数据以拉张微裂纹发育为主,显微结构中出现大角度张性断裂带,推测可能是水的化学弱化作用导致。实验结果可能对理解新丰江水库诱发地震提供新的认识:低有效正应力下的速率弱化行为可能致使水库诱发地震,而高含水率下的微弱速率弱化行为有利于慢滑移地震事件的产生。

块系岩体滑移失稳中低摩擦效应的理论与试验研究

深部岩体具有块状层次结构,深部动载造成岩块发生相互间的振动脱离产生低摩擦效应,从而极易诱发原先处于平衡状态的岩体的动力变形破坏。在前人研究基础上,将块系岩体振动简化为等效质量-黏弹性模型,引入岩石摩擦滑移速率弱化模式,最终得到块系岩体滑移失稳计算模型。通过计算分析块系岩体自身特性及外荷载特性对岩块间低摩擦效应的影响。理论计算表明:水平静力及外扰动保持不变,增大岩块间弹性系数或者减小黏性系数,更容易引发岩体低摩擦滑移。随着冲击扰动、水平拉力幅值的增加,岩块的水平残余位移量值增加,当它们幅值超过一临界值时,岩块发生自持续滑移失稳运动。冲击扰动诱发岩块间不可逆位移、动力滑移失稳的临界能量与剪切力水平密切相关,在较大的剪切内力条件下,极其微弱的动力扰动即可诱发较大的岩块间不可逆位移甚至岩块的动力滑移失稳,随着剪切内力的减小,诱发岩块滑移失稳的能量阈值不断增大,当剪切内力低于岩块动摩擦强度时,单次冲击扰动只能诱发岩块间的不可逆位移。初步开展扰动诱发含初应力紫砂岩块体滑移试验,试验结果与理论计算基本符合,证明该模型的可行性。