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岩石破坏等间距现象研究

黄梅  
【摘要】:等间距断裂如节理、矿区断裂、海洋断裂、地震网络等作为一种有节律的地质分布现象广泛存在,而且小至节理大至地壳断裂的空间网络结构大体一致,这其中必定包含有迄今尚未发觉的深刻意义,并且可能是由同一机理或有本质联系的机理所控制。因此研究结构面等距性的规律十分重要,它不仅是我们将地质信息合理地抽象为地质模型及力学模型的依据,也是岩体力学理论得以建立和发展完善的力学基础,而且理解了等间距断裂产生的条件、影响因素及机理,还可以预测受断裂控制的矿体分布及对大尺度的岩石破裂地震这种现象做出预测。本文试图在这方面作一尝试性的探讨。 首先通过平面应力状态下加载速率对岩石破坏形态影响的实验,观察到加载速率的变化能够引起张拉形断裂向剪切形断裂的转化。而地震的发生通常认为是岩体剪切断裂的过程,而导致岩体剪切断裂的原因是地球内部贮存的应变能突然释放引起的动态加载的结果。因此完全有理由推断在动态加载条件下即地震力作用时,地壳岩石有可能发生剪切断裂并形成近似而有节律的等间距现象。 其次通过局部区域范围内地表岩层在双侧向等应力作用下变形破坏规律的相似材料模拟实验研究,提出了水平压力是导致岩层先出现屈曲变形而后发生剪张破裂形成等距结构面的力学原因。 然后应用板的屈曲理论及褶皱与断裂的关系分析了岩石在不同围压下对X型剪切节理间距的影响,并应用屈曲褶皱控制断裂的概念对地表岩层相似模拟实验现象及地震网络的形成机理进行了深入分析,初步认识地震活动具有的块体性即等间隔活动的特点可能受着地壳屈曲的控制。 最后应用梯度塑性理论在宏观范围内从应变局部化的角度提出了水平压缩应力(应变)的波动传播可能是导致岩层先出现屈曲变形而后发生剪张破裂并伴随共轭延性剪切局部化破裂带现象的力学原因,并建立了平面应力状态下岩石梯度塑性理论模型。通过对塑性应变场的解析分析可推知塑性应变曲面的分布具有等间距分布规律,其网络的分布格局及幅值大小与围压、岩样尺度、弹性模量E、降模量λ、材料内部参数l有关。这一分析结果与相关文献试验结论一致。说明应用梯度塑性理论不仅能够近似描述等间距现象,而且可以把大尺度地


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