剪切速率、断面粗糙度、正应力对粘滑行为影响的试验研究

论文摘要

地震是地球表层或表层下的振动所造成的地面震动,地震以其非凡的力量,在改造地球面貌的同时也给人类的生产、生活带来了深重的灾难（特别是浅源地震）。然而,关于地震的成因长久以来未得到科学的解释,从现代力学的观点来看地震缘自于岩层的突然失稳。粘滑这种原本用于描述金属摩擦非平稳滑动的现象,自上世纪60年代被作为浅源地震的机理而提出以后,便引起了研究者们的极大兴趣,并在解释地震现象方面取得了极大的成功。正如准周期的室内粘滑现象一样,自然界的构造地震也常常重复的在同一断层上产生,然而在这些活断层的漫长演化历史中,它们往往会经历变化的加载条件,例如,变化的构造运动速率,变化的地应力条件,而断层本身的摩擦特性也会发生变化。探究这些内外变化的条件如何影响断层的运动模式、地震的间隔、地震的应力降等,对于地震长期预报和工程抗震都意义重大。在本文中,作者通过三种断层粗糙度下的剪切速率及正应力阶梯加载直剪试验,调查了剪切速率、粗糙度及正应力水平对于粘滑的影响,试验表明:（1）剪切速率是影响粘滑时间间隔的一个重要参数,一般而言,粘滑的产生间隔会随着剪切速率的增加而减小,它们之间的关系可以通过一个幂指数关系来拟合。同时,剪切速率会通过影响粘滑间隔来影响粘滑的应力降,并展现了出了以下两种趋势:1.在剪切速率恒定时,粘滑的应力降会随着粘滑间隔的增加而准线性地增加;2.所有阶梯步的整体数据表明,剪应力降的幅度与粘滑时间间隔的对数成比例。粘滑的应力降随剪切速率增加而减小的现象,被用来推测摩擦系统存在一个临界剪切速率,在达到该速率以后摩擦系统将会发生滑动的转变,即由粘滑过渡到稳滑。（2）在本研究调查的断面粗糙度范围内,我们发现断层的粗糙度会显著地影响摩擦系统的滑动模式、粘滑的空间频率及摩擦降。具体来说,本研究中两个更光滑的系统在滑动时会产生规则粘滑,而粗糙的系统在正应力不太高时会以混沌粘滑的方式滑动。混沌粘滑也是一种非平稳滑动,但其剪应力-时间曲线充满着高频小幅的波动。另外,最光滑的系统会较次粗糙的系统在相同的滑移距离内产生更多的粘滑。以上两个现象表明,断面粗糙度会影响地震能量的累积,且在相同的加载条件下,光滑的系统地震能更容易累积。最后,试验表明,粘滑的空间频率与摩擦降是互相制约的,表现为粘滑的空间频率越大,摩擦降越小,而两者的之间的关系可以通过反比例函数来近似拟合。（3）正应力会影响滑动模式及应力降的大小。最粗糙的断层系统在低正应力时发生混沌粘滑,而在高正应力时表现为规则粘滑,通过该现象说明,正应力越大,越有利于产生粘滑。试验表明,剪应力降随正应力增加而非线性地增加。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何毅

导师: 周小平,徐洪

关键词: 粘滑,应力降,粗糙度,剪切速率,正应力

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 重庆大学

分类号: P315

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.001425

总页数: 83

文件大小: 2853k

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