弹性能释放驱动花岗岩失稳滑动及其稳定过程的试验观测

发布时间：2020-05-20 02:49

【摘要】：从力学的角度来看,地震是断层在弹性能释放驱动下的失稳破坏问题。花岗岩是地壳结构中的主要组成材料。认识和理解花岗岩摩擦滑动失稳演化过程与特征,对于地震发生的机理、探索地震发生的前兆规律及其预测方法研究有着实际意义。尤其是弹性能释放驱动下的的失稳摩擦过程。基于此,本文着眼于花岗岩摩擦滑动失稳的过程及其演化规律的试验观测,研究弹性能释放驱动下花岗岩摩擦发生失稳滑动的基本特征及其震后稳定过程。论文设计和自制了花岗岩双剪摩擦试验装置,利用高精度、高速率的相关数据采集装置实现了岩石摩擦失稳演化过程的观测。对不同侧压条件下,控制位移单调持续加载和恒位移加载两种典型加载模式下弹性能释放驱动岩石摩擦失稳过程,进行详细的试验观测。试验观测到了单调加载下,花岗岩摩擦失稳的周期性循环过程,说明了低、高侧压条件下,分别对应的花岗岩摩擦位移弱化及强化现象。试验观测表明花岗岩失稳滑动会经历三个典型阶段。分别是失稳前加速滑动阶段、失稳滑动阶段和震后稳定阶段。对花岗岩摩擦失稳滑动后的非线性稳定过程进行了系统分析。进一步地,阐明了该稳定过程中的滑移位移可以描述为随时间演化的一种幂律关系。首次实现了恒位移加载条件岩石摩擦失稳滑动的试验观测,说明了该加载条件下弹性能释放会驱动岩石摩擦失稳滑动的自持发展。该加载条件下,失稳滑动的规模和应力降有时甚至会比单调加载的大和高。
【图文】：

关系曲线,岩石摩擦,滑动试验,经典

库伦第三定律：最大静摩擦力要大于滑动摩擦力，也就是说摩的改变会发生变化，，静摩擦系数要大于动摩擦系数。库伦二项式定律：滑动摩擦力公式为：Τ μΝ Α 代表滑动摩擦力；A 为常数，与正压力的平方根成正比；μ代作用于摩擦面上的正应力[23]。擦理论将岩石摩擦滑动面的粗糙度、粘附特性以及犁耕效应原因，认为摩擦力的的产生必须满足基本的三大条件[24]。首贴合在一起；其次，岩石摩擦接触面存在着较硬微凸体能够产生犁耕滑移；最后，岩石摩擦接触面必须有一定的粗糙度自然断裂面，伴随着摩擦滑移，岩石的断裂与粘滑现象普遍过程中，正应力是最为重要的影响因素之一[25,26]。在不同的正应面强度会出现不同的强化或者弱化现象[27,28]。

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图 2-1 岩石摩擦双剪试验示意图2.2.2.1 岩石试块固定装置岩石试块固定装置由实心钢板焊接而成，分为上下两层，中间由导轨相连接。下层钢板固定于万能试验机上，上层钢板分为两部分，分别加装凹槽用于固定岩石试块。上层钢板一侧由调节阀控制移动，调整岩石试块位置，保证岩石位于万能试验机压头中部。另外一侧加装气缸，气缸外部连接空气压缩机用于提供可变的侧压力，该空气压缩机最大可提供 0.6MPa 的压强。电子千分仪岩石固定钢板
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45

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