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断层同震滑动的实验模拟——岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展 被引量：12
1
作者 姚路 马胜利 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2013年第2期607-623,共17页
岩石摩擦实验是断层力学和震源物理实验研究中主要的手段之一.传统低速率的岩石摩擦实验与以之为基础建立的速率状态变量摩擦本构关系理论体系,对于认识断层摩擦滑动稳定性和地震成核等地震成因机制问题具有重要意义.近20年来,断层力学... 岩石摩擦实验是断层力学和震源物理实验研究中主要的手段之一.传统低速率的岩石摩擦实验与以之为基础建立的速率状态变量摩擦本构关系理论体系,对于认识断层摩擦滑动稳定性和地震成核等地震成因机制问题具有重要意义.近20年来,断层力学领域兴起了用于模拟断层同震动态滑动的岩石高速摩擦实验.这种新的实验模拟方法揭示出断层同震滑动存在明显的摩擦生热效应,断层的力学性状主要表现为显著的滑移弱化和速度弱化,断层带物质在断层高速滑移过程中经历了各种复杂的物理化学变化.这些研究成果对于认识和评估断层同震弱化机制、断层带强度、地震能量分配、断层破裂模式、断层愈合等问题均具有重要启示.本文对岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展进行了总结,提出了目前的前沿性问题和值得开展的工作. 展开更多
关键词 高速摩擦实验 滑移弱化 速度弱化 滑动弱化距离 摩擦生热
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块系岩体滑移失稳中低摩擦效应的理论与试验研究 被引量：14
2
作者 蒋海明 李杰 王明洋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1405-1412,共8页
深部岩体具有块状层次结构,深部动载造成岩块发生相互间的振动脱离产生低摩擦效应,从而极易诱发原先处于平衡状态的岩体的动力变形破坏。在前人研究基础上,将块系岩体振动简化为等效质量-黏弹性模型,引入岩石摩擦滑移速率弱化模式,最终... 深部岩体具有块状层次结构,深部动载造成岩块发生相互间的振动脱离产生低摩擦效应,从而极易诱发原先处于平衡状态的岩体的动力变形破坏。在前人研究基础上,将块系岩体振动简化为等效质量-黏弹性模型,引入岩石摩擦滑移速率弱化模式,最终得到块系岩体滑移失稳计算模型。通过计算分析块系岩体自身特性及外荷载特性对岩块间低摩擦效应的影响。理论计算表明:水平静力及外扰动保持不变,增大岩块间弹性系数或者减小黏性系数,更容易引发岩体低摩擦滑移。随着冲击扰动、水平拉力幅值的增加,岩块的水平残余位移量值增加,当它们幅值超过一临界值时,岩块发生自持续滑移失稳运动。冲击扰动诱发岩块间不可逆位移、动力滑移失稳的临界能量与剪切力水平密切相关,在较大的剪切内力条件下,极其微弱的动力扰动即可诱发较大的岩块间不可逆位移甚至岩块的动力滑移失稳,随着剪切内力的减小,诱发岩块滑移失稳的能量阈值不断增大,当剪切内力低于岩块动摩擦强度时,单次冲击扰动只能诱发岩块间的不可逆位移。初步开展扰动诱发含初应力紫砂岩块体滑移试验,试验结果与理论计算基本符合,证明该模型的可行性。 展开更多
关键词 块系岩体 低摩擦效应 速率弱化 滑移失稳
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热水条件下花岗质糜棱岩的摩擦滑动实验研究 被引量：6
3
作者 任凤文 何昌荣 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期877-883,共7页
为了探讨大陆地壳断层深部的力学性质,我们选择了采自红河断裂带的糜棱岩作为实验样品,进行热水条件下的高温高压摩擦滑动实验.实验在一个以气体为介质的高温高压三轴实验系统中进行.实验条件是:有效正应力为200MPa;孔隙水压为30MPa(在... 为了探讨大陆地壳断层深部的力学性质,我们选择了采自红河断裂带的糜棱岩作为实验样品,进行热水条件下的高温高压摩擦滑动实验.实验在一个以气体为介质的高温高压三轴实验系统中进行.实验条件是:有效正应力为200MPa;孔隙水压为30MPa(在400℃到600℃之间为超临界水条件);温度为100℃到600℃;轴向加载的速率范围从0.04μm/s到0.2μm/s再到1μm/s.实验结果表明:(1)当温度小于300℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而增大;当温度大于300℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而减小.这种趋势和以往花岗岩的摩擦滑动数据基本一致;(2)糜棱岩在200℃和400℃时表现为速度弱化,其余温度下为速度强化;(3)糜棱岩与已有花岗岩的摩擦滑动数据并不完全一致;(4)花岗质糜棱岩速度弱化向速度强化转变的温度在430℃附近,以此我们可以推测:在变形机制为摩擦滑动的深部条件下,地震成核的深度范围可以比以往的估计更深. 展开更多
关键词 糜棱岩 摩擦系数 速度依赖性 速度弱化 地震成核
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颗粒断层黏滑运动特征及水对其影响的试验研究 被引量：3
4
作者 吕征 杨强 王守光 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期2636-2645,共10页
研究模拟断层黏滑运动中断层剪切位移、厚度和摩擦因数的演化特征对于理解地震周期的全过程有深刻的意义。采用钠钙细研磨球型玻璃珠,研究模拟断层在双直剪仪器下产生的黏滑现象。结果表明,每个黏滑周期中,断层首先经历一段弹性加载,之... 研究模拟断层黏滑运动中断层剪切位移、厚度和摩擦因数的演化特征对于理解地震周期的全过程有深刻的意义。采用钠钙细研磨球型玻璃珠,研究模拟断层在双直剪仪器下产生的黏滑现象。结果表明,每个黏滑周期中,断层首先经历一段弹性加载,之后加载逐渐转变为非弹性,直到摩擦因数达到临界值,断层发生滑动破坏,并在破坏之后开始进入下一黏滑周期。研究采用变速度步方法,在同一试验中采用3～300μm/s的速度步,得出该模拟断层的速率和状态相关摩擦参数A-B为-0.005～-0.006,确为速度弱化。研究采用50%和100%的环境湿度进行对比试验,结果表明较高湿度对黏滑幅度和重现时间存在等比放大的作用,即湿度越高,黏滑段摩擦因数的增落幅值越大,黏滑周期越长。研究对进入稳定蠕滑状态的断层进行蒸馏水注入试验,发现对于处在黏滑与蠕滑临界态的颗粒断层,水的注入可以将断层滑动模式由稳定的蠕滑改变为非稳定的黏滑。 展开更多
关键词 土力学 颗粒材料 双直剪试验 黏滑运动 速度弱化 湿度
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斜长石在下地壳温度及较低有效压力条件下的摩擦滑动 被引量：1
5
作者 姚胜楠 何昌荣 《地震地质》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期290-302,共13页
近年来圣安德烈斯断层在下地壳深度上震颤的发现使其力学性质引起了更多的关注。文中对斜长石断层泥在低正应力条件下的摩擦滑动性质进行了实验。实验条件为有效正应力100MPa,采用围压控制,温度100~600℃,孔隙水压30MPa。通过对比有效... 近年来圣安德烈斯断层在下地壳深度上震颤的发现使其力学性质引起了更多的关注。文中对斜长石断层泥在低正应力条件下的摩擦滑动性质进行了实验。实验条件为有效正应力100MPa,采用围压控制,温度100~600℃,孔隙水压30MPa。通过对比有效正应力为200MPa,其他条件都相同时的实验结果发现,斜长石的摩擦滑动力学行为基本一致,仅在本构参数a值随温度的变化规律上略有差异,但在整个温度范围均呈速度弱化。由此可见,有效正应力的降低对斜长石的摩擦滑动行为影响不大,因而在下地壳可以产生不稳定滑动的结论仍然成立。 展开更多
关键词 较低正应力 斜长石 速度弱化 不稳定滑动 下地壳
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普通角闪石的速率依赖性及其对俯冲带慢滑移机制的启示 被引量：1
6
作者 刘洋 何昌荣 《地震地质》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1267-1281,共15页
为了解俯冲带中常见含水矿物角闪石在水热条件下的摩擦滑动行为,以普通角闪石作为模拟断层泥样品的材料,在温度为101~607℃、围压为136MPa的条件下进行了速率阶跃滑动试验,孔隙压力为30MPa,轴向载荷速率为0.04~1.0μm/s。实验结果表明... 为了解俯冲带中常见含水矿物角闪石在水热条件下的摩擦滑动行为,以普通角闪石作为模拟断层泥样品的材料,在温度为101~607℃、围压为136MPa的条件下进行了速率阶跃滑动试验,孔隙压力为30MPa,轴向载荷速率为0.04~1.0μm/s。实验结果表明摩擦系数为0.70~0.72,与温度无系统性关系。在303℃、505℃和607℃时均发生了速度弱化行为,b-a<0.0014,b/a值为1.06~1.18。速率与状态摩擦本构关系中的b值随着温度升高而从0.0013升至0.0102,呈上升趋势,表明在摩擦接触点激活了Arrhenius型蠕变。普通角闪石的速度弱化程度很弱,这种微弱的速度弱化特性可能导致在闭锁的孕震带下方的俯冲界面下倾部分上发生慢滑移事件,例如日本西南部、卡斯卡迪亚北部和墨西哥的情况。 展开更多
关键词 普通角闪石 慢滑移 速度弱化 俯冲带
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热水条件下透辉石的摩擦本构特征 被引量：1
7
作者 田平 何昌荣 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期4440-4450,共11页
为了研究下地壳主要造岩矿物之一的辉石在摩擦滑动中的力学性质,本文选择辉石中的透辉石作为实验样品,在约200 MPa有效正应力(30 MPa孔隙水压)及100~600℃的热水条件下进行了速度阶跃摩擦滑动实验,在滑动开始后将剪切滑动速率在0.122μm... 为了研究下地壳主要造岩矿物之一的辉石在摩擦滑动中的力学性质,本文选择辉石中的透辉石作为实验样品,在约200 MPa有效正应力(30 MPa孔隙水压)及100~600℃的热水条件下进行了速度阶跃摩擦滑动实验,在滑动开始后将剪切滑动速率在0.122μm·s^-1和1.22μm·s^-1之间进行切换来确定摩擦滑动对速度变化的响应.通过实验发现:透辉石在102~200℃表现为速度强化,随着温度升高,在约215℃附近从速度强化转变为速度弱化.在310℃以上,速度弱化的程度受温度的影响不大,而且摩擦本构参数a值和b值随温度的变化趋势相同.对变形样品的显微观测发现,与其速度强化行为相对应的微观变形主要以数条平行的R1剪切为主,卸样时造成的裂纹集中在R1剪切内部,形态长而曲折;与其速度弱化行为相对应的断层泥内部,剪切带变窄且数量明显增加,在内部互相连接,在边界附近多发育B剪切,卸样时形成的裂纹大量存在于B剪切带与R1剪切附近,形态短且平直. 展开更多
关键词 透辉石 摩擦滑动特征 摩擦本构参数 速度弱化 断层泥剪切带
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巴颜喀拉块体地壳结构多样性探测 被引量：21
8
作者 嘉世旭 林吉焱 +2 位作者 郭文斌 赵楠 邱勇 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期2226-2238,共13页
青藏高原内部地壳岩性的改造、岩性随深度变化及形变构造是探索研究地壳增厚、物质运动问题的关键.巴颜喀拉块体位于青藏高原中北部,地域广袤,通过对块体内中、东部不同区域的深地震广角反射/折射震相的综合分析,利用反射率理论地震图... 青藏高原内部地壳岩性的改造、岩性随深度变化及形变构造是探索研究地壳增厚、物质运动问题的关键.巴颜喀拉块体位于青藏高原中北部,地域广袤,通过对块体内中、东部不同区域的深地震广角反射/折射震相的综合分析,利用反射率理论地震图方法对不同性质震相走时及振幅特征进行细致的模拟计算,进一步研究巴颜喀拉块体内部不同区域地壳精细结构.结果显示:巴颜喀拉块体地壳厚度50~60 km、整体向西逐渐增厚,结晶地壳平均速度6.07~6.18 km·s^(-1)、岩层速度大幅降低,壳内多强反射界面结构、但不同区域差异明显;东部若尔盖盆地地壳介质速度整体低速、壳幔边界较为清晰;中部玉树一玛多段下部地壳发现约6.8 km·s^(-1)的"高速度"介质结构,壳幔边界不清、被改造为2~4 km厚的高速度梯度层,显示了巴颜喀拉块体内部地壳增厚、介质岩性结构被改造的差异性.地壳内部多组强反射、低视速度走时震相揭示了介质岩性的低速破碎、弱化蠕变以及可能的壳内解耦构造.局部地区下地壳的高视速度震相特征显示了青藏高原地壳改造增厚大背景下可能存在稳定的"原始地壳"结构残留或是与上地幔物质的浸入交流.巴颜喀拉块体内不同区域地壳增厚、岩性结构、结晶基底及壳幔边界性质被改造的多样性为深入认识青藏高原地壳形变及动力学过程带来新的启迪. 展开更多
关键词 巴颜喀拉块体 深地震测深 地壳精细结构 壳内介质低速弱化 地壳结构多样性
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青海共和盆地固定支架式光伏阵列对阵内风场的影响 被引量：6
9
作者 杨若婷 牛清河 +3 位作者 屈建军 谢胜波 王彦奎 马超 《中国沙漠》 CSCD 北大核心 2022年第5期114-121,共8页
青海省共和盆地是中国最大的新能源基地之一,大规模光伏设施的建设对区域生态环境必然产生较大的影响。通过在光伏阵列内外建立风况观测断面,架设5套5梯度的自动气象站,实施同步监测,对不同风向条件下光伏阵列对阵内风场的影响进行观测... 青海省共和盆地是中国最大的新能源基地之一,大规模光伏设施的建设对区域生态环境必然产生较大的影响。通过在光伏阵列内外建立风况观测断面,架设5套5梯度的自动气象站,实施同步监测,对不同风向条件下光伏阵列对阵内风场的影响进行观测研究。结果表明:(1)光伏阵列具有导向作用,使风向以顺光伏组串长轴方向的偏西风和偏东风为主。当旷野风向与光伏组串长轴方向夹角β≥45°时,光伏阵列内出现围绕光伏串的横向绕流,阵列内存在明显的双风向,且β越大,双风向特征越明显。(2)光伏阵列整体具有减速作用,且减速率随高度呈指数递增关系,但20 cm高度风速减弱作用具有很大的不确定性,甚至出现增强风速的作用。减速率随风向的变化呈三峰三谷的区间分布特征,三峰三谷区间的极大值出现在β=45°或β=67.5°处,极小值多出现在β=22.5°处。(3)受光伏组串北高南低的结构和光伏阵列内风程长度的影响,光伏阵列内风向和风速变化存在非对称性特征。光伏阵列对阵内风场的影响,一方面有利于光伏面板除尘,另一方面会增加阵内地表就地起尘的潜在风险。光伏场建设应更加注重光伏阵列内生态保护和修复,提高地表植被覆盖度,减少起尘量,提高发电效率。 展开更多
关键词 光伏阵列 风向条件 导向作用 减速作用 非对称性 共和盆地
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考虑强度速率衰减效应的地震滑坡SPH-FEM模拟
10
作者 魏星 程世涛 +1 位作者 谢相焱 陈睿 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1753-1761,共9页
基于SPH和FEM耦合的数值计算方法,引入滑动面摩擦强度的速率衰减模型,提出了一种能够模拟地震诱发滑坡破坏过程的数值模拟方法。基于所提数值方法模拟了唐家山地震滑坡,模拟结果与现场勘查结果及室内试验现象较为一致。基于模拟的滑动... 基于SPH和FEM耦合的数值计算方法,引入滑动面摩擦强度的速率衰减模型,提出了一种能够模拟地震诱发滑坡破坏过程的数值模拟方法。基于所提数值方法模拟了唐家山地震滑坡,模拟结果与现场勘查结果及室内试验现象较为一致。基于模拟的滑动面上摩擦系数的演化过程,将唐家山滑坡的发生分为4个阶段:启动阶段、摩擦衰减阶段、低摩擦滑移阶段和逐步稳定阶段。模拟结果表明速度增加和摩擦强度衰减的相互促进,是触发滑体的高速运动的根本原因。提出采用滑体上作用的动摩擦力fd和动下滑力Td的比值R作为判别指标用于判断大型滑坡的启动,当首次出现R小于1时认为滑动面发生整体贯通并出现失稳启动。基于滑动面不同位置摩擦系数的演化,揭示了滑坡启动中滑动面摩擦强度衰减和滑动面的渐进贯通过程,解释了地震作用与滑动面摩擦参数速率衰减效应共同作用触发大型滑坡发生破坏的内在机理。 展开更多
关键词 大型滑坡 滑动面 摩擦强度 速度衰减效应 SPH-FEM耦合方法
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