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《中国地震局地质研究所》 2006年
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应力扰动对断层摩擦影响的实验研究

崔永权  
【摘要】: 地壳运动在时间和空间上具有明显的非线性特征,这种非线性力学作用无疑会对构造变形及其相关现象产生重要的影响。实验研究应力扰动对断层摩擦性状的影响,有助于理解应力扰动对地震发生机理的影响。本文利用利用双轴伺服控制加载装置,对含45°预切面的花岗闪长岩标本进行了摩擦实验,研究了应力扰动对摩擦行为的影响,其中重点研究了σ2扰动的影响。获得的主要结果和认识如下: (1)实验结果表明,在σ1方向上叠加位移扰动对标本的摩擦行没有明显影响,且粘滑事件的发生时间与扰动的相关性较弱。但在σ2上叠加应力扰动后,标本的摩擦行为发生了明显变化,粘滑应力降大小和周期出现离散化,粘滑事件的发生时间与扰动相关性很强,而且这种影响随σ2扰动幅度的增加而增强。统计表明,在σ1方向位移速率恒定、σ2恒定的条件下,粘滑间隔随滑动面上正应力的增加而增加,粘滑应力降也随滑动面上正应力增加线性增加。但当σ2上叠加了高频小振幅的正弦波扰动时,这种相关性发生了明显变化,应力降大小和粘滑间隔的离散度均显著提高。表明σ2的扰动主要是通过改变滑动面上的正应力对摩擦行为施加影响。 (2)引入应力系数CS并与摩擦系数μ进行比较,分析了粘滑间隔离散化的机制。应力扰动产生应力系数的扰动,而应力系数的扰动影响粘滑发生的时刻,进而产生粘滑间隔离散化的现象。由此也可以解释σ2扰动的影响要比σ1扰动的影响大得多的原因。从应变场分析出发讨论了粘滑应力降离散化的机制。分析表明,σ2的扰动加剧了滑动面附近应变分布的非均匀性,扰动条件下发生的大小应力降事件分别对应断层带整体和局部的应变释放。因此,扰动造成应变分布的非均匀性是应力降离散化的原因。标本中声发射事件的空间分布也证明了应变分布的非均匀性。 (3)根据我们的实验结果以及与前人关于σ1扰动的实验结果对比,可以推断,断层面上正应力变化比剪应力变化对断层失稳的影响更大。这意味着,在断层相互作用的研究中,不仅应分析同震库仑应力变化对地震活动的影响,更应关注断层面上正应力变化可能产生的影响。
【学位授予单位】:中国地震局地质研究所
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:P542

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