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岩石加速破裂行为的物理自相似律

杨百存; 秦四清; 薛雷; 陈骇然; 吴晓娲; 张珂 地球物理学报 2017年第05期

摘要:掌握岩石变形破坏过程中体积膨胀点至峰值强度点之间加速破裂行为的演化规律,是实现地质灾害物理预测的关键.本文考虑裂纹张开和闭合两种情况,基于断裂力学建立了三轴应力作用下裂纹扩展临界尺度与等效应力的关系.对微元体破坏概率,分别采用以等效应力表达的Weibull分布函数和裂纹尺度分形函数,通过对比导出了形状参数m与裂纹分布分维Df关系的表达式.一个有趣的发现是,岩石峰值强度点与体积膨胀点应变比仅与m或Df有关.对岩石蠕变或准蠕变破坏,合理的m值范围为[1.0,4.0],在此范围内应变比近似为常数1.48,该常数是描述不同尺度岩石加速破裂规律的物理自相似常数.实例分析表明,基于岩石加速破裂规律构建的多锁固段脆性破裂理论,其适用性广,尤其在崩滑和大地震预测领域,具有良好应用前景.此外,本文给出了b值与m值定量关系,以解释b值的物理意义,并探讨将其用于地震预测的可行性.

关键词:等效应力岩石加速破裂行为物理自相似多锁固段脆性破裂

单位:中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室; 北京100029; 中国科学院大学; 北京100049

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