岩石结构粘滑动态过程的实验研究

发布时间：2017-06-30 13:11

  本文关键词：岩石结构粘滑动态过程的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：岩石结构粘滑可在实验室中近似地再现地震发生过程,通过观测岩石结构粘滑发生过程中各种物理、力学量的变化,可深入研究地震的先兆特征,探索地震的发生机理。但是,现有的实验方法和系统难以获得高速且高分辨率的变形场信息,导致研究中对临滑前损伤的演化过程,以及滑动启动位置和传播方式等重要细节缺乏清楚了解。因此无法深入认识粘滑形成机理和失稳破坏规律。论文首先建立了岩石结构粘滑动态过程变形的图像测量系统,以双高速相机拼接的方式保证了图像的采集速度和空间分辨率的要求。针对测量时双相机间存在启动时差导致图像数据无法在时间轴上精确对准的问题,系统地研究了高速相机之间启动时差的量级和分布规律,同时发展了相机启动时差校正的方法。为进一步提高测量结果的分辨能力,论文发展了基于应变场统计的损伤演化分析方法和基于位移场统计的高速裂纹尖端定位方法。上述两种变形场“后处理”方法的提出不仅通过“以数量换质量”的做法进一步提高了图像测量的分辨率,而且为深入和定量分析粘滑动态过程中的损伤演化和裂纹扩展规律提供了有效的分析手段。在观测系统和数据分析方法研究的基础上,论文对岩石结构粘滑动态过程的变形行为进行了系统的实验研究和深入分析。通过对粘滑过程中的全场损伤因子的统计分析,发现滑动前的损伤积累过程复杂,先后经历缓增-突增-缓增三个过程。通过对动态失稳过程中断层两侧错动量的分析发现粘滑的滑动是由界面一点开始并快速传播至整个界面的过程。进一步分析滑动细节,发现粘滑的滑动过程存在复杂的速度结构,滑动构造的围压等对滑动的速度结构有重要影响。为了深入认识粘滑过程的损伤和破坏机理,论文将考虑界面微观结构的弹簧滑块模型引入岩石结构粘滑动态过程的研究中,基于实验参数和数据建立了考虑界面微观结构非均匀性和相互作用的岩石结构粘滑数值分析模型。通过对数值计算结果的分析发现,粘滑过程中断层的宏观失稳滑动是由断层界面局部微观凹凸体的破坏沿界面快速连锁式传播导致的。同时分析了岩石结构粘滑动态过程中沿断层的速度分布,推断滑动沿断层依次启动过程的力学实质是断层界面对破坏波的响应。本文通过系统的实验研究,并结合数值结果的分析,定量总结了粘滑过程中的损伤演化和裂纹扩展规律,进一步加深了对岩石结构粘滑失稳过程的认识,对深入研究地震发生过程及机理进行了探索。
【关键词】：粘滑 动态过程 图像测量 损伤 滑动失稳
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-16
• 1.1.1 地震与粘滑11-13
• 1.1.2 粘滑的实验研究13-16
• 1.2 国内外研究进展16-23
• 1.2.1 岩石结构粘滑的研究16-19
• 1.2.2 数字图像相关方法用于岩石破坏实验研究19-23
• 1.3 本文的主要内容23-25
• 第2章 岩石结构粘滑动态过程变形观测的高速图像测量系统25-45
• 2.1 高速图像测量系统的设计思路25-32
• 2.1.1 岩石结构粘滑动态过程对观测系统的要求25-28
• 2.1.2 基于双相机拼接的观测系统方案设计28-32
• 2.2 高速图像测量系统中相机启动时差测量及分析32-40
• 2.2.1 高速相机间启动时差的测量32-36
• 2.2.2 高速相机间启动时差的分析36-40
• 2.3 高速图像测量系统的实现40-44
• 2.3.1 高速图像测量系统实现40-41
• 2.3.2 相机启动时差校正方案41-43
• 2.3.3 相机空间偏差校正方案43-44
• 2.4 本章小结44-45
• 第3章 岩石结构粘滑动态过程破坏特征的变形场统计分析方法45-72
• 3.1 变形场统计分析的必要性45-50
• 3.1.1 粘滑变形测量对图像测量分辨率要求45-48
• 3.1.2 基于统计的破坏指标选择方案48-50
• 3.2 基于应变场统计的损伤演化分析方法50-59
• 3.2.1 应变场统计识别损伤的原理50-52
• 3.2.2 损伤演化变形场统计方法的验证52-58
• 3.2.3 岩石结构粘滑动态过程损伤演化分析流程58-59
• 3.3 基于位移场统计的裂纹定位方法59-70
• 3.3.1 位移场统计定位裂纹尖端的原理59-63
• 3.3.2 裂纹定位位移场统计方法的验证63-70
• 3.3.3 岩石结构粘滑动态过程裂纹扩展分析流程70
• 3.4 本章小结70-72
• 第4章 岩石结构粘滑动态过程损伤演化和失稳滑动规律实验研究72-94
• 4.1 实验布置及实验过程72-79
• 4.1.1 岩石结构粘滑试件及实验装置72-75
• 4.1.2 实验过程及结果75-79
• 4.2 粘滑动态失稳过程中应变及损伤演化特征分析79-85
• 4.2.1 岩石结构粘滑动态失稳过程中应变集中特征分析79-80
• 4.2.2 岩石结构粘滑动态失稳过程中损伤演化特征分析80-85
• 4.3 粘滑动态失稳过程中裂纹传播及滑动特征分析85-92
• 4.3.1 岩石结构粘滑动态失稳过程中裂纹传播特征分析85-88
• 4.3.2 岩石结构粘滑动态失稳过程中滑动特征分析88-92
• 4.4 本章小结92-94
• 第5章 岩石结构粘滑动态过程损伤及失稳滑动机理分析94-114
• 5.1 粘滑数值模拟的弹簧滑块模型94-99
• 5.1.1 弹簧滑块模型的思想94-96
• 5.1.2 弹簧滑块模型控制方程及求解96-99
• 5.2 岩石结构粘滑实验弹簧滑块模型建立99-107
• 5.2.1 模型主要参数确定99-105
• 5.2.2 弹簧滑块模型实现及验证105-107
• 5.3 岩石结构粘滑动态过程机理分析107-112
• 5.3.1 失稳产生的机理分析107-110
• 5.3.2 滑动过程的机理分析110-112
• 5.4 本章小结及讨论112-114
• 结论与展望114-116
• 参考文献116-121
• 攻读学位期间研究成果清单121-122
• 致谢122-123
• 作者简介123

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈铁民,陶振宇;岩石粘滑及天然地震应力降[J];地震学报;1992年S1期

2 王怀文,亢一澜,谢和平;数字散斑相关方法与应用研究进展[J];力学进展;2005年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刚宪约;曳引电梯系统动态理论及动力学参数优化方法研究[D];浙江大学;2005年

  本文关键词：岩石结构粘滑动态过程的实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：502030