The Experimental Simulation of Rocks on Load/Unload Response Ratio for Earthquake Prediction

The load/unload experiments on rock failure under pressure have been carried out in Material Test System (MTS) in the Laboratory for Non-linear Mechanics of Continuous Media (LNM), Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, and load/unload response ratio (LURR) values with strain as response (i.e. inverse elastic constant as response rate) have been obtained. The experimental results are in accordance with theoretical results and those in real earthquakes: LURR rises just before rock failure. So LURR can be used as the precursor of rock failure and earthquake prediction.

加卸载响应比与损伤变量关系研究

首先介绍加卸载响应比的2个基本参量,并从损伤力学的基本理论出发,引入损伤变量,结合加卸载响应比方法的思想,推导用损伤和应变定义的加卸载响应比,并以Weibull分布作为随机分布函数,建立且分析损伤变量与加卸载响应比之间的联系,并进一步考察Weibull指数对两者关系的影响。然后利用岩石破坏声发射实验的数据,用声发射数密度描述岩石试件的损伤演化过程,并由此根据损伤和应变定义的加卸载响应比,结合实验过程中的损伤和应变,计算花岗岩试件的加卸载响应比曲线,并与用Benioff应变作响应量计算的加卸载响应比曲线进行比较,发现两者具有相当程度的一致性,两者的加卸载响应比值都经历了出现异常→升高到最大值→急剧回落→岩石试件破裂或失稳,这一规律与实际地震震例中加卸载响应比的演化趋势是一致的,同时也说明在实际地震预测中用Benioff应变作为响应量来计算加卸载响应比是合理的。最后介绍意大利那不勒斯大学完成的二层楼房的加卸载实验,且对实验结果进行分析。建立的加卸载响应比与损伤变量的关系,不仅为加卸载响应比用来定量研究脆性介质的损伤程度提供更为坚实的基础,而且也可能为评估大型建筑的损伤和预测工程事故开辟新道路。

地震条件下损伤-愈合模型的初步研究

脆性介质的损伤与破坏是力学中极为复杂、极具挑战性的难题之一,而地震是一类典型脆性介质的突发破裂或失稳。在地震等灾变发生前都会出现一定的前兆现象,地震之后地壳介质又会缓慢愈合,地壳介质的损伤愈合过程对地震预测具有重要的研究意义。首先介绍V.Lyakhovsky等提出的损伤流变模型,且结合岩石破坏声发射实验数据分析该模型的特点;进一步基于损伤力学,从Helmholtz自由能出发,并考虑地质材料的可愈合效应,建立一维损伤-愈合模型,采用数值计算的方法得到地质材料的损伤-愈合模式。用常数加载率的线性载荷叠加一个正弦扰动来模拟固体潮引力,模拟计算该加载条件下材料的损伤-愈合过程;同时也考察了整个损伤愈合演化过程中加卸载响应比值的变化情况,发现在灾变发生之前加卸载响应比值会出现明显异常、回落的现象。再次验证了加卸载响应比作为一种重要的前兆现象,能够定量地刻画介质的损伤演化过程,这也为加卸载响应比方法提供了更为坚实的物理基础。

地震预测的加卸载响应比岩石实验模拟

我们在中科院力学所非线性连续介质力学开放实验室（ＬＮＭ）材料试验机（ＭＴＳ）上做了岩石压缩破坏的加卸载实验，得到了以应变为响应（即弹性常数的倒数为响应率）的加卸载响应比。实验结果与理论以及实际地震中的加卸载响应比相一致，即加卸载响应比在临近破坏前上升。故此，加卸载响应比可以被用做岩石破坏及地震预测的前兆。

加卸载响应比方法在结构灾变预测中的应用

加卸载响应比方法为非均匀脆性介质的灾变评估提供了新的思路,即用加载与卸载响应的差别来定量刻画介质的损伤程度。为了验证加卸载响应比方法应用于结构失效分析的有效性,首先运用加卸载响应比方法对意大利那不勒斯大学完成的1个2层楼房的加卸载实验进行分析,结果表明:在临近结构破坏之前加卸载响应比时间序列确实出现了异常明显的升高及回落;进而引入岩石破裂声发射实验进行研究,发现采用轴向应变做响应量计算得到的加卸载响应比时间序列与楼房结构的响应比曲线在演化趋势上非常一致。进一步比较声发射能量率和宏观应做为响应得到的加卸载响应比时间序列,发现两者有着较为同步的稳定、异常、升高至峰值、急剧回落的演化过程。为了明确加卸载响应比与结构内部损伤的联系,基于损伤力学方法从理论上对此进行了分析,很明显加卸载响应比值在一定程度上可以反推结构的损伤程度,其演化可以为大型结构健康评估和工程灾变分析提供有益的参考及借鉴。