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1.
用双剪法对济南辉长岩和点苍山大理岩进行了摩擦滑动实验.实验中的应力变化方式有两种.A 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定值,然后保持正应力不变,并增加剪应力使断层发生粘滑;B 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定的值,保持正应力不变,并增加剪应力到断层发生粘滑前的某一应力状态,再保持剪应力不变,减小正应力直到粘滑发生.实验表明,B 型实验中岩石的摩擦强度高于 A 型实验.A 型实验中粘滑发生前有声发射率增加的前兆,B 型实验中粘滑发生前看不到声发射率的明显增加.由实验得到一个启示,即闭锁断层的开锁可能采取两种形式:一种是冲开闭锁,即以剪应力的增加使断层发生错动;另一种是解开闭锁,即以正应力的减小使断层发生错动.断层的粘滑采取哪种形式,由断层带的应力变化途径决定. 相似文献
2.
均匀和非均匀断层滑动失稳成核过程的实验研究 总被引：6，自引：0，他引：6
基于均匀和非均匀断层摩擦滑动中应变、断层位移的实验测量结果,分析了粘滑失稳的成核过程。研究表明,在加载点速度恒定的条件下,均匀断层上粘滑的成核过程具有微弱的滑动弱化特征,断层上较小尺度“弱段”的存在使得粘滑成核过程中滑动弱化现象更明显,而较大尺度“弱段”的存在则改变了粘滑的成核过程,表现出局部加速滑动——断层带上剪应力快速增加的特征,更符合速率-状态摩擦定律。断层闭锁期间,剪应力的增加引起断层附近的横向弹性膨胀,这种弹性膨胀在失稳时的回跳引起断层面上正应力的瞬时增加,从而成为使断层迅速闭锁、强度恢复的重要因素。 相似文献
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利用双轴伺服控制加载装置,采用3块花岗闪长岩标本组成的含有2个滑动面的直剪结构,开展了摩擦滑动实验。实验中通过在剪切方向上叠加正弦波状的位移扰动,研究了剪应力扰动对断层粘滑失稳的影响。研究表明,在恒定的正应力和位移速率下,标本表现出较为规则的粘滑;当在剪切方向叠加位移扰动后,随扰动振幅的增加,粘滑发生时间与扰动的相关性增大,粘滑的应力降和时间间隔的分布趋于离散,其中扰动能产生明显影响的临界振幅大致为0.05MPa;粘滑应力降和时间间隔随扰动振幅增大而逐渐离散的现象在较高正应力下更为明显,而相同扰动振幅下粘滑失稳发生时间与扰动的相关性也随正应力增加而增大;扰动周期对摩擦性状的影响不明显。研究结果意味着,地震引起的同震剪应力的变化不仅会引起邻近断层上地震发生时间的变化,也可能引起地震强度的变化 相似文献
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应用双剪法对滇西地震实验场岩石的摩擦滑动特性进行了研究。实验的岩石有花岗岩、玄武岩、正长岩和片麻岩。实验的正应力为10—40MPa。实验表明,花岗岩、玄武岩和正长岩三种岩石,当正应力为10MPa时发生稳滑,当正应力超过10MPa时发生粘滑。稳滑与粘滑过程均出现位移强化现象。片麻岩当正应力为10MPa时发生稳滑,当正应力超过10MPa时样品未滑动而发生破裂。摩擦强度值比Byerlee定律的值稍低。与济南辉长岩相比,滇西三种岩石粘滑发生时的平均应力降较低,平均错距较小,平均重复周期较短。花岗岩粘滑前声发射率明显增加,玄武岩与正长岩粘滑前声发射率变化不明显。 相似文献
6.
利用双向伺服控制装置,对含有与最大主压应力σ1呈45°夹角的预切面的花岗闪长岩标本进行了摩擦实验,结果表明,在σ1方向位移速率恒定、侧向应力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的增加而呈线性增加。但当σ2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的变化,应力降大小和粘滑间隔的离散度均显著提高,特别是应力降可能会大幅度增加。与σ1扰动的实验结果相比,σ2扰动对断层粘滑的影响更为显著,这主要归因于正应力变化使滑动面的非均匀性加剧 相似文献
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断层阶区对滑动行为影响的实验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
研究断层带几何非规则体对断层活动的力学影响,对于理解断层带上的地震活动具有重要的理论和实际意义．通过中尺度标本岩石力学实验,研究了走滑断层带最常见的一种非规则体．断层阶区对滑动行为的影响．研究表明,拉张断层阶区由于强度较低而很容易发生破裂,破裂后的阶区对断层的滑动无明显阻碍作用,但阶区的微破裂对断层滑动失稳具有指示作用;含拉张阶区的断层带具有速度弱化特征,可用速率一状态摩擦定律表述．挤压阶区由于破坏强度很高,使得断层滑动较为困难,但随着应力水平的增加,阶区外断层端部拉张区的微破裂为断层在阶区未破裂之前发生粘滑失稳提供了变位条件,并因此可作为断层失稳的前兆;挤压阶区可作为断层分段的稳定标志,直到阶区完全破裂使两条断层完全连通． 相似文献
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众所周知.岩石的摩擦滑动有两种方式,一种是粘滑,另外一种是稳滑.当发生粘滑时,应力突然下降并伴随有急剧的能量释放.从1966年 Brace 等人指出粘滑可能是导致浅源地震的原因以来,粘滑作为一种震源机制已引起地震学家的普遍关注.但是,粘滑的研究还有许多问题,如粘滑发生的条件,围压对粘滑及其应力降的影响,特别是室内粘滑实验应力降远高于天然地震应力降这一问题,到目前还没有解决(陈顒,1988).本文建立了一个岩石摩擦的自锁模型,这一模型能够反映围压与粘滑之间的关系.分析结果表明,天然地震应力降低于室内粘滑实验应力降是由围压刚度引起的. 相似文献
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断层走滑包括粘滑和蠕滑,前者是伴有强震发生的快速运动,后者则是一种缓慢的无震稳滑运动,这２种运动常随时间交替出现,共同构成了断层的基本运动方式,在利用断层滑动速率讨论大震重复率的问题中,人们最关心的问题则是如何从总滑动量中分辨和划分出其中包包含的粘滑和蠕滑量,特别是对蠕滑量的划分,因为它直接影响大震重复率的正确性,笔者在野外考察的基础上,对昌马活动断鲜明的位移量进行了分级,确定出昌马断裂带全新以来 相似文献
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本文提出了或许能解释在同一孕震区经常观测到的地震多次发生的模型。这种地震序列或震群可能包含在空间上相距几十公里、在时间上相隔几天至数月的一些事件。本模型考虑了一条埋在弹性半空间内的长垂直走滑断层。断层的强度和滑动类型(地震或无震)是非均匀的,并受到缓慢增加的周围剪切应力的作用。我们假设,断层面的一部分存在有稳定无震滑动的条件,并伴有非稳定的凹凸体。假设产生该序列中的一次地震的凹凸体破裂,引起了远离断层、靠近另一凹凸体区域的地震滑动的开始和加速。后一凹凸体可能破裂而产生震级相似的另一次地震的条件,是作为周围应力速率、凹凸体强度、无震滑动的总量以及无震滑动面积的函数研究的。发现无震滑动对第二次地震的提前发生可能起了很显著的作用。 相似文献
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We present a thermodynamically-based formulation for mechanical modeling of faulting processes in the seismogenic brittle crust using a continuum damage–breakage rheology. The model combines previous results of a continuum damage framework for brittle solids with continuum breakage mechanics for granular flow. The formulation accounts for the density of distributed cracking and other internal flaws in damaged rocks with a scalar damage parameter, and addresses the grain size distribution of a granular phase in a failure slip zone with a breakage parameter. The stress–strain relation and kinetics of the damage and breakage processes are governed by the total energy function of the system, which combines the energy of the damaged solid with the energy of the granular material. A dynamic brittle instability is associated with a critical level of damage in the solid, leading to loss of convexity of the solid energy function and transition to a granular phase associated with lower energy level. A non-local formulation provides an intrinsic length scale associated with the internal damage structure, which leads to a finite length scale for damage localization that eliminates the unrealistic singular localization of local models. Shear heating during deformation can lead to a secondary finite-width internal localization. The formulation provides a framework for studying multiple aspects of brittle deformation, including potential feedback between evolving elastic moduli and properties of the slip localization zone and subsequent rupture behavior. The model has a more general transition from slow deformation to dynamic rupture than that associated with frictional sliding on a single pre-existing failure zone, and gives time and length scales for the onset of the dynamic fracturing process. Several features including the existence of finite localization width and transition from slow to rapid dynamic slip are illustrated using numerical simulations. A configuration having an existing narrow slip zone with localized damage produces for appropriate loading conditions an overall cyclic stick–slip motion. The simulated frictional response includes transitions from friction coefficient of ~0.7 at low slip velocity to dynamic friction below 0.4 at slip rates above ~0.1 m/s, followed by rapidly increasing friction for slip rates above ~1 m/s, consistent with laboratory observations. 相似文献
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Stick–Slip and the Transition to Steady Sliding in a 2D Granular Medium and a Fixed Particle Lattice
We report an experimental study of the stick–slip to steady sliding behavior of a solid object pulled, via a spring, across
2D granular substrates of photoelastic disks that are either fixed in a solid lattice (granular solid) or unconstrained, forming
a granular bed. We observe a progression of friction regimes with increasing sliding speed, including single-slip, double-slip,
and mixed stick–slip regimes, steady sliding, and inertial oscillations. For the case of the granular bed, we report a detailed
analysis of frictional behavior for the low speed stick–slip regime, including spring and elastic energy dependencies during
the stick and slip portions of the motion. For the case of the granular solid, we explore friction in the presence and absence
of externally applied vibrations, and compare it with sliding on a granular bed, which is intrinsically disordered. We observe
that external vibration reduces transition values for both the single-slip to double-slip transition and the stick–slip to
steady sliding transition. Moreover, we observe that the effect of packing disorder on granular friction seems similar to
the effect of vibration-induced disorder, a result that, to our knowledge, has not been reported previously in the experimental
literature. 相似文献
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为更好地理解层状硅酸盐对断层强度、滑动速度依赖性及地震活动特征的影响,利用双轴摩擦实验对含白云母岩盐断层带在干燥及含水条件下摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥条件下含白云母岩盐断层带在0.1 ～ 100μm/s的速度范围内表现为黏滑和速度弱化,增大σ2会使断层带从速度弱化向速度强化转化,速度依赖性转换出现在0.1 μm/s,其中断层滑动表现为稳滑或应力释放时间较长的黏滑事件;含水条件下含白云母岩盐断层带在0.05 ～0.01μm/s的速度范围内表现为速度强化,0.1 ～10μm/s的速度范围内表现为速度弱化,50～100μm/s的速度范围内又转换为速度强化行为.含白云母岩盐断层带在干燥条件下一次黏滑伴随一个或一丛声发射事件,而在含水条件下与稳滑相对应,滑动过程中并未记录到声发射事件.显微结构观察表明,速度弱化域的主要变形机制是岩盐颗粒的脆性破裂和局部化的滑动;干燥条件下,速度强化域的主要变形机制是岩盐颗粒的均匀破裂;含水条件下2个速度强化域对应不同的微观机制,高速域的速度强化受控于岩盐颗粒在白云母相互连结形成的网状结构上的滑动及其均匀碎裂作用,而低速域的速度强化还受岩盐的压溶作用控制.通过与岩盐断层带摩擦实验结果对比可知,白云母的存在对于燥岩盐断层带摩擦滑动方式和速度依赖性没有显著影响,而在含水条件下白云母的存在使得岩盐断层带滑动趋于稳定.实验结果为分析含层状硅酸盐断层的强度和稳定性提供了依据.此外,在速度依赖性转换域上观察到的应力缓慢释放的现象进一步证实了在岩盐断层带摩擦滑动过程中观察到的现象,这对慢地震机制研究具有参考意义. 相似文献
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在不同含水条件下研究了光面、含脆性物质夹层和含延性物质夹层 3类断层的摩擦滑动行为 ,认为水对断层滑动稳定性和摩擦滑动的速度依赖性有重要影响。建立了含有岩性、围压 (深度 )和含水量 3因素的断层活动稳定性的模式 ,认为脆性断层更多地表现为速度弱化 ,少量水的存在易于出现黏滑 ,高孔隙压时会表现为稳滑 ;半脆性或半延性的断层在少量水或较低孔隙压的情况下会表现出速度弱化 ,也就可能出现黏滑 ,但孔隙压较高后 ,会表现出速度强化 ,滑动也就会是稳定的 ;延性断层多为速度强化 ,不出现黏滑。提出水的进入降低了系统的稳定性 ,水的存在增加了系统的稳定性。这是考虑水或一般流体对岩体或断层活动稳定性影响时需要考虑的两个方面 相似文献
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The linear and nonlinear stabilities of the single degree of freedom spring-slider system which accords to the revised rate- and state-dependent friction law (RSF) (Nagata et al. J Geophys Res 117 (B2):B2314, 2012) are analyzed. The revised ageing law obtained by Nagata et al. (J Geophys Res 117 (B2):B2314, 2012) incorporates the effects of changes in shear stress. Numerical simulations on the cyclic stick–slip motions of the system are developed and compared with the results of the systems according to the original ageing law or the slip law. From the insight of the stability analyses and numerical simulations, it is found that the revised ageing law integrates the “healing effect” feature of the original ageing law and the dynamic slip features of the slip law. In the stick–slip cycles, the velocity decreases with non-constant states during the dynamic overshoot for the revised ageing law, which is different from both the original ageing law and the slip law. Although the revised ageing law concluded from the low velocity friction experiments cannot account for the earthquake-like high velocity friction experiments, it can be used in earthquake nucleation with low velocity. The stability analyses and the results of numerical simulations are helpful to understanding the implications of the revised ageing law. 相似文献
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断层带摩擦稳定性转换及其对应的微破裂特征对于地震成核条件和慢地震机理研究具有重要的意义.本文利用双轴实验装置研究了硬石膏断层带摩擦稳定性的转换及其对应的应变变化、微破裂特征,并分析了实验标本的微观结构.实验结果表明,σ2和加载点速度对断层滑动稳定性具有显著影响.在低σ2条件下,硬石膏断层带出现不稳定滑动,变形以局部化的脆性破裂和摩擦为主;随σ2的增加,断层由不稳定滑动向稳定滑动转换,断层带变形方式逐渐转变为分布式的破裂.在低σ2条件下,硬石膏断层带在较低加载点速度下表现为速度强化且滑动稳定,在中等加载点速度下表现为速度弱化并伴有准周期性的黏滑,在较高加载点速度下又有转向速度强化的趋势,σ2的提高使得速度弱化的范围逐渐减少,滑动趋于稳定.上述两次转换对应不同的微破裂特征,在较高速度下从速度弱化转换为速度强化时,断层滑动伴有能量较小但频度很高的微破裂活动,而在较低速度下从速度弱化转换为速度强化时,断层滑动伴有间歇性的微破裂,这与断层带的微观结构特征有较好的对应关系,表明其转换机制是不同的. 相似文献
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Time-dependent friction and the mechanics of stick-slip 总被引：21，自引：0，他引：21
James H. Dieterich 《Pure and Applied Geophysics》1978,116(4-5):790-806
Time-dependent increase of static friction is characteristic of rock friction undera variety of experimental circumstances. Data presented here show an analogous velocity-dependent effect. A theor of friction is proposed that establishes a common basis for static and sliding friction. Creep at points of contact causes increases in friction that are proportional to the logarithm of the time that the population of points of contact exist. For static friction that time is the time of stationary contact. For sliding friction the time of contact is determined by the critical displacement required to change the population of contacts and the slip velocity. An analysis of a one-dimensional spring and slider system shows that experimental observations establishing the transition from stable sliding to stick-slip to be a function of normal stress, stiffness and surface finish are a consequence of time-dependent friction. 相似文献
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目前有两种最常用的岩石摩擦本构关系,其主要区别在于是否与静接触时间有关。对这两种本构关系的基本性质进行了对比研究,得出如下结论：（１）在匀速滑动的稳态附近,两种本构关系趋向一致;（２）在正应力恒定条件下,两种本构关系的主要差异在于克服摩擦力所需能量的大小。与静接触时间相关的本构关系在粘滑中需消耗较大的能量来克服摩擦阻力,在粘滑的减速段,这种本构关系可达到的最低速率比另一种本构关系低１０个数量级;（３）在正应力变化条件下,与静接触时间相关的本构关系基本继承了正应力恒定条件下的行为特征,而另一种本构关系在剪应力－速度相平面上却出现了一个长尾巴,使最低滑动速率降到比正应力恒定时的值低１０多个数量级 相似文献