岩石断裂和破碎的分形研究

岩石断裂与破碎的研究一直是岩石力学的前沿领域,也是采矿、能源、水利、交通、地震等众多工程领域不可或缺的理论基础。本文系统介绍了将分形理论引进到岩石断裂和破碎研究的成果,其中包括岩石微观断裂、宏观裂纹动态扩展以及岩体破碎的块度分布,旨在从一个侧面反映分形理论在岩石力学中的应用,最后还给出了一个工程应用的例子。本文的部分结果曾发表于国际杂志上。     

幕府山—焦山断裂的空间展布和浅部构造特征研究∗

幕府山—焦山断裂为南京主城区四条主要断裂的一条,经燕子矶、栖霞山、龙潭延伸至镇江焦山,全长约 75 km,总体走向近东西向,断面倾向北,作为连贯南京—镇江两市的一条主要断裂,与两地多次较大地震均有关联,是宁镇地区一条非常重要的断裂构造。南京活断层项目已对该断裂在长江四桥以西段完成了活动性、空间展布、地震地质调查等多种工作,此次研究利用近年来南京—镇江沿江范围内针对该断裂所做最新研究成果,对该断裂全段的空间展布和浅层构造进行了进一步研究,取得了如下成果：(1)通过针对断裂布设并明确有可靠断点的 21 条人工地震测线,卫星遥感影像和地震地质调查,基本查明了幕府山—焦山断裂全段的空间展布信息,并结合物探和钻孔资料分析了该断裂在不同区域的相关特征,例如该断裂沿山脉分布段和进入长江段在断裂特征上具有较大区别;(2)分享了用人工地震勘探方法勘探该断裂时的野外施工方式及数据处理方法,并列举了详细的具有断点信息的单炮记录,为后续针对该断裂所开展的科研及工程项目提供了详实的基础资料;(3)结合震源机制解,探讨了南京 2020 年 3 月 3 日 3.0 级地震与幕府山—焦山断裂之间的关系,结果表明幕府山—焦山断裂与该地震相关性较大。研究结果对认识幕府山—焦山断裂活动性、评价其地震危险性以及城市抗震设防规划编制等具有积极意义。     

用郯庐断裂（苏北段）重力测量资料对山东苍山Ms5．2地震的监测研究

根据郯庐断裂（苏北段）苍山地震前１０年至震前一个月的重力复测资料，在系统分析郯庐断裂（苏北段）重力场变化特征的基础上，着重研究了重力异常与山东苍山Ｍｓ５．２地震对应情况。最后分析和讨论了该区未来地震趋势意见的根据和理由。     

宿松-枞阳断裂最新活动时代及未来地震危险性研究

宿松—枞阳断裂卫星影像清晰,是一条对构造、地貌、中新生代盆地有着控制意义的断裂。本文对该断裂所处的区域地震地质构造背景进行了分析,结合断裂的发育历史,选择典型剖面,对断裂的最新活动特征进行调查。根据野外地质考察和断裂沿线地震活动统计结果,对断裂未来的地震危险性进行了定量评估。分析认为,该断裂晚第四纪以来仍然有所活动,但活动强度已减弱,未来可能发生无地表位错的中强地震,最大震级综合判定为M5.5。     

辽宁省的岩溶塌陷灾害及其预测

本文在分析辽宁省已有的岩溶塌陷灾害资料的基础上，对其形成条件进行了讨论，认为可溶性岩石，复杂的断裂构造，一定厚度的覆盖层是产生岩溶塌陷的必备条件，过量抽取地下水，降雨和地震是诱发因素，文章最后对可能发生这类灾害的危险区作了预测。     

聚能药包在岩石控制爆破技术中的应用研究

聚能爆破技术是岩石控制爆破技术中有待开发的领域。根据爆炸力学、岩石断裂力学理论,从当前控制爆破面临的问题入手,对线性聚能药包(Linear shaped charge)在岩石定向断裂爆破中裂纹的产生、扩展以及主要爆破参数进行了分析研究,并利用自制线性聚能药包在巷道掘进中进行了试验。试验结果是聚能药包形成的巷道轮廓外爆震裂隙不明显,巷道断面平整,凹凸量不超过50mm,眼痕率高达96%以上,经济和社会效益明显。这些均表明聚能爆破是一种理想的定向断裂控制爆破技术。     

简讯

第九届全国岩石动力学学术会议通知中国岩石力学与工程学会岩石动力学专业委员会拟定于 2 0 0 5年 8月在三峡大学召开“第九届全国岩石动力学学术会议” ,会议主题 :“西部大开发建设中的岩石动力学问题” ,欢迎全国相关学科的专家、学者、科技工作者与工程技术人员踊跃投稿并参加会议。会议主题·岩石动力学学科发展与展望·岩石动态力学性质与本构关系·岩石和岩体中应力波的传播与衰减规律·岩石动态断裂机理与数值模拟·岩石动力学与防护工程·边坡动态稳定性分析·锚杆、锚索、土钉抗动载效应·岩石爆破与控制爆破技术·岩爆与冲击地压…     

水库诱发地震机理分析

水库诱发地震经常威胁着水库大坝的安全，酿成远比地震的直接破坏更加严重的次生灾难，因此对地震水库诱发地震应予充分重视。从水库地震能量积聚和诱发因素两个方面对水库地震的形成机理进行分析。根据摩尔一库仑破裂准则，利用库区应力摩尔圆的移动和半径的变化以及岩石破裂线的变动，分析了水库在不同断裂类型区域的诱震机制。     

极端冰雪条件下的顺层岩质边坡滑移稳定性分析

推导了典型岩石边坡在极端冰雪条件下的滑移稳定系数的表达式;通过计算分析,揭示了岩石边坡滑移稳定系数随裂隙内水深、坡高、坡角、滑面倾角等因素变化的规律及与冻深的关系,并绘制岩石边坡滑移稳定系数与边坡几何要素之间的关系图.研究表明,当考虑极端冰雪灾害影响时,岩石边坡滑移稳定系数发生较为明显的变化:随裂隙饱水程度、坡面角、主...     

五峰山—西来桥断裂浅部构造特征∗

利用浅层地震和钻孔联合剖面法对五峰山—西来桥断裂浅部构造特征进行了研究。结果表明：(1)五峰山— 西来桥断裂是一条总体走向 NW、倾向 NE、视倾角 60°,上断点埋深约 96 m 的隐伏正断层,测线控制区域最大视断距约 10 m;(2)五峰山—西来桥断裂在浅部区域走向多变,从姚桥镇西侧沿北北西向延伸至魏家沟村,然后沿北西向延伸至北港路与普照路交汇处附近,最后从大路镇东部通过;(3)综合勘探和钻探结果,初步认为五峰山—西来桥断裂最新活动时代为早更新世早期—中更新世早期。     

则木河断裂变形产物中微观粘滑与蠕滑标志的鉴别

在则木河断裂带宏观研究的基础上,结合岩石破裂实验成果,对包括1850年大震变形带在内的断裂产物进行定向原态采集、固结、制片和镜下系统观测,从复杂纷呈的变形遗迹中鉴别出微观粘滑与蠕滑标志。最后就有关问题进行了简要讨论.     

云南活断裂分布对于震害面积影响的模糊定量研究

本文以云南地震地质为背景,定义出活动断裂交汇程度作为影响地震震害面积的定量指标,并应用模糊信息处理方法,分析了云南39个历史地震资料,推导出震级、震源深度、断裂交汇程度与震害面积之间的模糊关系,然后研究震源深度为15,25公里时的震级、震害面积关系。文章结论指出:在活断裂密集的高烈度区,断裂分布情况具有影响震害面积的重要作用。此项研究结果,对高烈度区的工程抗震设防范围考虑,具有一定指导意义。     

延庆—怀来盆地地震动盆地效应研究

综合分析延庆—怀来盆地地震危险性,确定潜在发震断裂为延矾盆地北缘断裂的屈家窑—方家冲段,震级为7.0级。基于延庆—怀来盆地含地表厚沉积层的三维结构模型,设置两种破裂模式进行设定地震的地震动模拟研究盆地结构对地震动的放大效应,发现盆地浅层的沉积结构对较短周期段的地震动影响更为显著,较大的放大系数通常对应着较大的第四系厚度,最大放大系数位于延庆盆地。     

冲沟裂点在华山山前断裂古地震研究中的应用

河流水系对外部环境变化的反应非常敏感，尤其在活动构造区域，冲沟裂点能够迅速反映河流基准面的下降，作为记录断层活动的重要标志。由此，为提供通过冲沟裂点的发育特征来揭露对应断裂的活动历史的机会。该文以位于渭河盆地东南缘的华山山前断裂为例，利用宇宙成因核素10Be暴露测年技术，和断裂1 km范围内由Lidar数据获得的高精度DEM提取的冲沟裂点信息，对山前被断裂切割的冲沟中发育的一系列裂点的期次和地形参数进行了厘定。同时，依据冲沟裂点的10Be暴露年龄建立了冲沟裂点序列与华山山前断裂古地震事件之间联系。研究结果表明，以仙峪为典型代表的华山山前冲沟中普遍发育4期裂点，垂直位移分别为6.4 m，4.3 m，3.5 m 和5.1 m，均小于在冲积扇上得到的华山山前断裂的断错位移量。冲沟裂点的10Be暴露年龄显示华山山前断裂是一条复发间隔约4~ 5 ka的活动断裂，在该断裂上曾发生过至少3期地震事件，分别为公元1556 年、距今4 439~ 6 691 a和距今9 189~ 12 407 a。由此可以看出，冲沟裂点能够作为判定断裂活动的地貌证据，其暴露年龄与古地震事件发生时间大致相当。但受冲沟差异侵蚀作用的影响，由冲沟裂点记录的垂直断错位移量并不能代表断层实际的垂直位移量。     

陆缘伸展区的地震激发机制

江苏所处的中国东部被当代横贯欧亚的北西西向环球螺旋形扭转断裂带（其东段即大别—舟山断裂）分割为南部的褶皱山带隆升区和北部的沉降区。软流圈从太平洋方向面楔入北部区，使该区岩石圈减薄，陆壳向海洋伸展、离裂，产生郯庐断裂等具有直扭性质的近南北向软流（及地幔）底辟，并伴随有多层水平拆离面，所见为高导低速的水平破裂带。绝大多数地震沿着其中埋深１５ｋｍ（±５ｋｍ）的第一水平破裂带发生，使北部区成面积性地震区。结合高压物性实验所得的岩石微破裂规律（…分割—错位—嵌合—再分割…）判断得知，水平破裂带中的膨胀增厚部分的流体处在超压状态而成为储能体，在陆壳伸展运动中会突然释放能量而诱发地震。因此，根据已有实际分析认为：强震和频震区的发展的必要条件是软流楔入和陆壳伸展，而其充分条件是储能体在软流冲击和增温效应下的爆裂或突然塌缩事件。据此可根据软流运动和岩石圈结构预测未来震中，建立中、长期预报甚至短临预报的监控系统     

基于梯度塑性理论的岩石等间距破坏分析

等间距断裂属应变局部化范畴,这是传统的宏观连续介质理论无法预测和解释的。应变梯度理论是传统塑性理论的推广和完善,本文在屈服函数中引用应变梯度项分析了岩石等间距破坏问题。首先建立了平面应力状态下应变梯度塑性理论模型,通过解析岩样边界在水平压应力作用下的塑性应变场,得出其曲面的分布具有等间距规律,其网络的分布格局及幅值大小受岩样尺度、边界应力、降模量等多种因素的影响。这一结论不仅与一些文献结果相吻合,而且说明用梯度塑性理论能够近似描述等间距现象。本文对深入研究等间距断裂提供了一个新思路。     

爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究（I）

无论是矿山工程、隧道工程中钻孔爆破效率的提高、工程爆破领域爆破振动参数的预测，还是最近一系列高技术常规局部战争中粘地炸弹对地下坚固目标的破坏，在不考虑岩石中强爆炸引起的光子和电磁辐射等极端效应情况下，都亟待要求对岩石中爆炸引起的应力、变形及其它运动参数和破坏效应作出比较准确的评估。目前对此问题的研究尚只能达到大致的机理及景象的定性认识和描述，定量上的确定存在数量级的误差，尤其是爆炸和冲击的近区。误差更大。其原因在于岩石中爆炸产生的变形和破坏特征，不仅与作用时发生相应的物理及力学运动密切相关，而且强烈地受岩石自身构造缺陷水平及其变化的制约。本文概迷了爆炸作用下岩石的动力变形与破坏研究之现状。研究中考虑了岩石的构造特点及其对基本力学性状的影响，并简述了其研究的新趋向。     

一起微风振动导致引流线断裂故障的分析及预防

对一起220 kV耐张塔引流线断裂故障进行分析，包括对断裂导线外观检查、导线材料性能检测、现场运行环境分析等，得出微风振动是造成导线断裂的主要原因，而故障发生时的大风加剧了断裂过程。针对此次故障，给出了具体的改造方案。     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

烧香河断裂人工地震资料研究

研究了烧香河断裂附近的浅层人工地震资料，并结合其他有关资料，认为该断裂南部为中生代沉积盆地构造。同时，提出了烧香河断裂在新大地构造分区中的重要意义。