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。     

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。     

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…     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

深部构造对吉林省东部火山与深震活动影响

通过岩石化学分析手段及地球物理数值模拟方法,分析深部构造对长白山火山岩浆起源和深源地震发震机制的影响,认为长白山火山岩浆起源于地幔源区,并与太平洋板块深部俯冲有关;西太平洋板块深部脱水,产生陆内火山岩浆;俯冲板块的深部脱水产生的裂隙(断裂)可能是长白山区深源地震发震原因,且深源地震与火山作用有一定关联性。     

基于岩腔后退的危岩断裂破坏分析——以重庆市万州区太白岩危岩为例∗

硬质岩体危岩的突发性破坏本质是岩体的脆性断裂破坏。以重庆市万州区太白岩危岩为例,将危岩后缘卸荷裂隙的扩展贯通简化为半无限大板的边缘裂纹断裂问题,建立了卸荷结构面接触与非接触的裂纹断裂力学模型,推导了 I 型裂纹、II 型裂纹应力强度因子以及联合应力强度因子表达式,并基于数值模拟手段提出了危岩结构面正应力与剪应力确定方法。万州太白岩危岩 W10 断裂破坏分析结果表明：危岩崩塌失稳受控于岩腔的深度,岩腔深度加大,后缘卸荷裂隙扩展,其力学机制根据岩腔深度变化表现为拉破坏和拉剪破坏;对于危岩 W10, 裂纹联合应力强度因子随岩腔深度的增大表现出先增加后降低再增大的趋势,I 型裂纹断裂应力强度因子具有与联合应力强度因子相同的变化特征;岩腔深度 3~6 m 以及 9~10 m 内,危岩裂纹主要为拉应力集中状态;岩腔深度 6~9 m 时,危岩裂纹处于拉剪应力状态;当岩腔深度为 3.8 m 时,危岩 W10 发生拉剪断裂破坏,断裂扩展角为 29.5°。     

热储岩层单条裂隙换热概念模型的解及相关讨论

在地热开采工程中,单条裂隙换热的概念模型分析是裂隙岩体换热研究中的基本问题。借鉴已有的平面二维域内单条裂隙和平行裂隙概念模型,针对地热井与周围岩体换热问题,推导了轴对称二维坐标下管状裂隙换热模型在Laplace域内的解析解。数值逆变换后得到的时域内温度解与有限元模拟给出的解吻合良好,从而验证了该解的正确性。围绕概念模型相关假定,讨论了忽略岩体纵向导热系数、忽略水岩界面两侧温差等假设的合理性。数值模拟结果表明,裂隙水换热问题可忽略水的导热性。当研究问题尺度在百米及以上时,水岩界面温差可以忽略。忽略岩石基质纵向导热性将无法考虑周围岩石的热补给,会造成计算开采温度10%以内的相对误差。所建议的分析方法和计算结果可为有关问题的设计分析提供参考。     

岩石冻融损伤机理研究进展及展望∗

岩石冻融损伤机理的研究对寒区公路、铁路等工程建设具有重要意义。通过文献调研发现,岩石冻融损伤机理研究主要包括岩石冻融损伤的影响因素、冻融损伤的劣化模式、冻融岩石的细观结构和力学性质这 4 方面的内容。对以上 4 方面的国内外研究现状进行综述,总结归纳出岩石的冻融损伤机理,并提出了当前研究的难点与不足。最后依据岩石冻融损伤机理研究的难点与不足,提出未来的研究工作可以从以下几方面开展：开展冻融循环周期对岩石损伤影响的试验研究;探究裂隙或节理的初始饱和度对岩石冻融损伤的影响规律;建立冻融作用下岩石未冻水含量的计算模型及岩石的多相多场耦合模型;进行多因素综合作用和不同应力环境下冻融岩石力学性质的试验研究,重点研究岩石动力学特性的变化规律及动态本构模型的建立。     

试用α径迹探测郯庐断裂带江苏段的活动性

<正> 前言α径迹法是一种确定土层α射线强度的新技术,通过埋设在不同空间的测片上留下的痕迹密度差异,分析断裂构造的展布位置及活动程度。早在六十年代中叶地质工作者就开始利用裂变径迹来测定地质年代,地下氡气含量,研究岩石放射性在土壤里的分布规律。继后,径迹探测技术又被广泛地应用于核科学,地球物理学,地质找矿及找水等领域。八十年代,