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室内岩石力学试验表明,若采用普通试验机(柔性试验机)加载,岩样在峰值强度点发生猛烈破坏,即失稳发生在峰值强度点d(图1);若采用刚性或伺服控制试验机加载,通常失稳点(I)滞后于峰值强度点(P)(图2)。
1--完全柔性加载(如堆载);2-非完全柔性加载
图1柔性加载条件下岩石应力-应变曲线
图2 伺服控制加载条件下岩石应力-应变曲线
那么,对孕育大地震的震源体而言,失稳点与峰值强度点的关系究竟如何呢?回答该问题,得看看震源体是受柔性加载还是刚性加载。
如图3所示,断层中的锁固段(震源体)是高强介质,其强度和刚度均远大于断层带中的相对软弱介质。断层中的相对软弱介质起应力传递作用,而锁固段是承受应力集中的载体,这相当于柔性试验机(断层带中的软弱部位)对岩样(锁固段)加载,属于柔性加载,所以实际震源体失稳点与峰值强度点重合,即大地震发生在峰值强度点。
实际情况是不是如此呢?确实这样。例如,我们对唐山和汶川大地震的分析表明,当锁固段被加载至峰值强度点,尽管失稳时间滞后,但应变增量(P点至I点)几乎为0,即可视为两点重合。关于时间滞后的原因,我们认为可能归于剪切破裂的粘滞性。
上述分析说明,把室内岩石力学试验结果用于实际地质体灾变失稳研究时,必须注意两者的异同,否则有可能陷入迷途。
目前国内外实验室做岩石力学试验时,很少采用柔性试验机加载,久而久之,诸多学者就忽视了上述问题。
有不少大牛研究岩石亚失稳(P点到I点)问题,为避免走弯路,这里提醒下:(1)欲知I点,必先确定P点,否则研究成果不可能走出实验室;(2)若用于地震预测,应清楚P点和I点是重合的,即失稳发生在P点。
图3 断层及其锁固段示意图
这几年和圈内外不少大牛有过学术交流,有一点体会和心得,即开拓视野才可能另辟蹊径,深度思考才可能解开谜团。以此,与大家共勉。
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