含转折非连通断层岩石破坏过程的试验研究.pdf

《含转折非连通断层岩石破坏过程的试验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第28卷第4期木工程与管理学报V01．28NO．42011年12月JournalofCivilEngineeringandManagementDee．20l1含转折非连通断层岩石破坏过程的试验研究包林海，马少鹏，王建新(1．中国地震局地壳应力研究所，北京100085；2．北京理工大学宇航学院，北京100081)摘要：以数字散斑相关方法(DSCM)为手段，对含有转折非连通断层岩石破坏过程进行了试验研究。研究r岩石破坏过程中的试件表面的变形场演化过程。通过DSCM系统观测加载过程中的散斑图像，分析得到各个时刻的位移场及应变场，

2、试验结果反映了转折非连通断层变形破坏的整个过程。结果表明，变形最初集中在岩石的弱性结构面上，并且变形破坏过程也受弱性面控制，裂纹尖端为应力集中程度最高的区域，新裂纹从这里产生并扩展，最后导致整个结构的破坏。利用变形场统计指标C值分析发现，该值在岩石均匀变形阶段变化较为缓慢，在岩石破坏前迅速上升，因此，可以利用C值对岩石破坏进行预测。关键词：数字散斑相关方法；岩石破坏；断层；变形场中图分类号：TU454文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)04-0058—03据统计，世界上90％以上的地震是由于断层适合岩石破

3、坏过程的试验研究。活动而引起的。在大多数情况下这些地震的发生并不是某一独立断层活动的结果，而是由两条或1试验者两条以上的断层组合作用。断层问相互作用在断裂带的形成起着重要作用，它对地震活动及地如图1所示，试件尺寸为150mm×150mm震破裂的扩展有明显的控制作用。因此，研究复×45mm，在图示位置制作两条穿透裂缝，裂缝用杂断层组合的变形破坏特征有重要的理论和实际石膏填充，两裂缝之间的角度为30度，加载方式意义。由于岩石材料的非均匀性、非连续性以如图所示。及断层组合的复杂性，现有的解析方法还缺少有效的手段对此过程进行研究。

4、因此，目前有关岩石破坏过程的研究，主要还是依赖于室内实验。一些学者也基于各种实验方法比较系统地研究了含雁列断层岩石的破坏过程’。在岩石破坏过程中，对变形的观测和分析是一种有效的研究手段，特别是对于含断层组合的复杂结构，需要对其变形场的演化进行分析才能较好研究其图1试件模型／IllIn破坏过程。本文采用数字散斑相关方法(Digital试验是在WAW．2000型岩石试验机上进行SpeckleCon'elationMethod，DSCM)对全场变形进的。试验机加载速度为0．4mm／min，程序控制一行测量。台BaslerA641

5、f数字CCD相机采集样本表面图像数字散斑相关方法是一种基于试件表面散斑并存贮到计算机中，试验结束后用DSCM进行分图像分析获得被测表面变形场的测量方法，其基析得到变形场。图像采集控制系统和试验机加载本原理是匹配物体表面不同状态下的数字化散斑控制系统在试验开始前进行时钟同步，试验中采图像上的几何点，跟踪点的运动从而获得物体表集每一幅图像时记录该图像的采集时刻，试验后面变形信息。该方法具有全场、非接触、高精度以可根据图像的采集时刻与加载曲线对应得到其在及易操作等特点。因此，数字散斑相关方法十分收稿Et期：2011．o6-o3修

6、回日期：2011-09-13作者简介：包林海(1982)，男，内蒙古阿尔LU人，助理研究员，硕士，研究方向为实验力学(Email：hailinbao@126．corn)基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务专项(ZDJ2010-13)第4期包林海等：含转折非连通断层岩石破坏过程的试验研究·59·加载曲线上的位置。取采集图像中第3幅作为参2．2变形场的统计特征考图像，分别取不同载荷阶段第29、100、230、从上面的实验结果中可以看出，岩石加载的820、1320幅散斑图作为目标图像，目标图像在加不同阶段，试件表面的应变场

7、有不同的分布特征，载曲线对应的位置如图2所示。因此，要选择一种合适的统计指标对不同时刻的应变场进行区分和识别。同时，在岩石破坏过程的变形场演化中，应变局部化是整个演化过程中最重要的阶段和现象，研究变形局部化的发生、发展有助于从理论上阐述岩石的破坏。在以往的研究中，有研究者用变异系数C对变形结果进行统计分析：位移／mc=S(1)图2载荷一位移曲线其中2结果及分析厂——————一S=S(X)=√(瓦一)(2)■2．1变形场的演化分析为变形场中每个点的变形量，而DSCM处理后可以得到试件表面观测区域在整个试验过程中的位移场和应变

8、场演化结果。本=_lX(3)n’文只列出了试件表面最大剪应变场的演化过程，是的均值。一般情况下，局部化变形场的变异如图3所示。从图中可以看出，在加载初期，试件系数大于未发生变形局部化的变形场的变异系表面没有出现应变集中带，继续加载时，在裂缝的数。也就是说，C越大表明变形在空间分布越集尖端先出现应变集中现