灰岩平板试件变形破坏过程的实验观测研究

利用扫描电镜实时观测系统,研究了带预制割缝灰岩平板试件受单轴压缩时微裂纹的萌生、扩展和连通过程。实验所用灰岩平板试件尺寸为25 mm×13 mm×1.1 mm,试件中心预制一直径为3.0 mm的圆孔或一长轴与外载方向成不同角度(30°,45°或60°)的割缝,割缝长约6 mm,宽约1 mm。在扫描电镜的观察下,灰岩试样受到准静态单轴压缩。用照相的方法记录了试件受力产生变形和微裂纹扩展过程中的表面图像。将实验观测的微裂纹扩展结果与大理岩和砂岩中的裂纹扩展过程进行对比,发现次生裂纹的萌生部位与大理岩和砂岩中比较一致,但灰岩中的裂纹发育较单一。用NOLM程序中的低抗拉应变软化本构模型对实验结果进行了有限元模拟计算,将计算结果与实验观测结果进行对比,两者吻合较好。

多矿物岩石流变性的有限元计算

本文利用有限元计算方法从单矿物的流变关系式来确定其组合而成的岩石整体的流变规律。建立了三维不可压缩流体的粘弹性有限元模型,计算模型的骨架矿物橄榄石为立方体,填充矿物尖晶石分别取为立方体、单一球体和多个球体,模拟双矿物在三轴压缩实验条件下的蠕变变形过程。首先,本文验证了使用有限元方法数值模拟双矿物在三轴压缩实验下的蠕变变形的可行性。其次,计算研究了当填充矿物为弱矿物时几何外形对整体流变强度的影响,结果表明,填充矿物的几何外形为立方体时比球体时对整体的流变强度有更大的影响。当填充矿物体积不同时,随着填充矿物体积的增加,填充矿物对整体流变强度的影响也不断加大。最后利用三维模型得到的双矿物整体的流变强度结果,归纳出了填充矿物尖晶石占体积5％,10％,15％,20％时和骨架矿物橄榄石构成的双矿物岩石的蠕变关系式。与Tullis利用平面应变模型归纳出的双矿物经验流变关系式比较,发现Tullis的经验流变公式存在较大的误差,而本文得到的双矿物蠕变公式与理论结果更好地符合本文结果为研究地幔多矿物岩石流变规律提供了新的途径。

锗橄榄石-尖晶石扭转大变形实验研究

对(Mg,Ni)_2GeO_4尖晶石-橄榄石集合体进行了高温高压扭转大变形实验研究。试验在一台高分辨率的气体介质试验机上进行,试验温度为1473K,围压为300MPa,应变率为10^(-4)～10^(-5)S^(-1),剪切应力为80～250MPa,剪切应变为30％～700％。将变形后试件沿轴向切开进行了显微结构分析,确定了两相成分的比值。利用EBSD方法分别对变形前后试件中的橄榄石和尖晶石中的晶格最优取向(LPO)进行了测定,由微结构的差异确定了变形机制及两相材料的相对强度。

受单轴压缩大理岩填充割缝周围的微裂纹生长

在扫描电镜实时观测下,进行了受单轴压缩大理岩填充割缝周围的微裂纹生长的实验观测研究。实验所用岩石材料为房山大理岩,试件为平板状,中心予制穿透试件的割缝,用水泥砂浆充填,割缝的长轴与外加单轴压缩方向分别成30°,45°和60°夹角。对试件中填充割缝周围的微裂纹的萌生、扩展连通和闭合等过程进行了显微照相及分析,结果表明,微裂纹首先呈剪切破裂带状发育,随外载的增加而连通形成断裂带。将实验结果与以往未填充割缝实验结果对比发现:割缝填充后微裂纹萌生所需的载荷水平明显提高;同时,微裂纹的起裂点向割缝端部移动,微裂纹的多重发育也更加明显。

影响橄榄石集合体蠕变性质物化因素的研究进展

综述了高温高压条件下岩石和矿物流变性的实验研究结果 ,总结了影响橄榄石集合体流变性能的各种物理和化学因素 .岩石和矿物在高温高压条件下变形的微观机制主要有 2种 :扩散蠕变和位错蠕变 .橄榄石集合体在扩散蠕变机制作用下 ,应变率 ε和差应力之间的关系为线性 ;在位错蠕变机制作用下 ,差应力指数n约等于 3.在相同差应力作用下 ,温度、熔融组分与橄榄石集合体的应变率是正相关的 .含水条件下 ,橄榄石集合体的强度显著降低 .颗粒度对差应力和应变率的影响比较复杂 ,低应变率和小颗粒度对应的差应力指数约等于 1 ;高应变率和粗糙颗粒度时 ,n为 3左右 .