【精品】高温高压岩石力学述评_地球科学中的岩石力学

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1、高温高压岩石力学述评——地球科学中的岩石力学国家地震局地质研究所王绳祖摘要高澱高压宕石力丰以回体地球介朋的力学疔为、变附炜枸及物理机创为主要研丸廿據.与工在岩石力爭相比段.具有高渓、高圧、徑的東、寛时城、大尺废、大变册、以及物理it应一化学畝应并存哥特克•它&左石变附、破坏、失億的研丸中.尤其注总不同温、圧号条件下的弹社一枯(«)ttHt.MH-H性转变、以及渐进失他一突发失谯的村变爭间题.关■词固体地球介质变形破坏失稳岩石力学是在研究和解决工程稳定性冋题的实践中发展起来的，并由此建立了相应的分支学科，即工程岩石力学•与此同时.人

2、们在探索地球内部结构、构造及动力学过程的科学实践中，即地球动力学与构造物理学的研究中，从不同角度发展了岩石力学，逐步形成了另一学科分支，即高温高压岩石力学。前者以地球浅表岩石工程的稳定性为主要研究对象，而后者主要针对的是地球内部更大时、空尺度和温、压范围固体介质的变形过程。工程岩石力学，通过长期的研究和大量的工程实践，获得了丰富的科学积累。它们为高温高压岩石力学的发展提供了宝贵的经验。同时，高温髙压岩石力学，则因高温、高压、宽时域和大变形等特点，拓展了对于岩石变形、破坏、失稳全过程的认识.从而有可能为工程岩石力学的进一步深入研究提

3、供借鉴和线索.1岩石力学的分支：高温高压岩石力学1.1研究对象的特珠性高温高压岩石力学.以研究固体地球介质岩石变形、破坏、失稳过程为宗旨.因此，除了一般岩石力学研究对彖的待点以外.主要还具有以下特殊性：・2・1995.N92犷山圧力与质抚亍厦<1)高温。温度随深度而增髙，从地球浅表的常温、增至地壳底部5oo〜iooor,以至深处的更岛温度。温度的升高，导致岩石和流体介质的活化，促成岩石变形破坏机制发生变化.使其易于塑性流动。(2)高圉压。围压也随深度而增高，地壳底部约达0.8〜l.OGPa,岩石圈底层和软流圈约可达3.0GPao围

4、压的增髙对岩石变形起着抑制张裂和强化摩擦的作用，从而为岩石介质的变形活化提供另一条件。(3)强约束。地球内部块体处于周围岩休的包围之中，不仅同时受轴压和围压的作用，而且其变形还受到强烈的刚度约束。地球内部的这种强约束状态对于岩石失稳型式的影响尤为明显。作者簡介王蝇祖・1933生.1955年北京F业学虎采琳豪毕业•现任SI家屯丈勺地龙研丸所研丸貝，象任中国地丈手会枸連物理专业姿贯会姿员、中国宕石力学与工収学会高31高压宕石力#专业多月会姿页、中區力学手会电球动力学直属专业UUff•丸后从辜采驴、岩石力季、屯宋、构4*«**»**动力

5、爭寻微学粗研竟.6国内、外复哀论文90余篇.因炊湖开发和fMtt路盐湖路定性研乂.1978早及仝闪林学大金两欢重大成果奖，1988早花15家畀找邊少笑二丰笑：內高X高圧岩石力学和临丈研丸.1985、1986佃)991早三次获W家地:C场料技堆少莫三*箋，)994年农四家电袁易科技进步黄二等笑・（4）宽吋域。地球内部的力学过程涉及非常宽广的时间范围.以应变率表示，其范围大致为10一2。〜10・/s・按照泉件的延续时间，缓慢的地质过程以10怙计，而微震、小震则以10-2$计。岩石变形过程中，作用时间的延长为岩石介质的活化提供条件.从而

6、促进岩石由脆性向延性过渡.（5）大尺度・研究对象涉及从晶格点阵.到板块构造，以至全球的不同空间范围.其尺度跨10一2〜］07皿的诫级•与工程岩石力学的研究对彖相比，尤其具有空间尺度大的特点。例如，大地震的震源体尺度可超过百公里，板块内部构造变形的延展范IH可达数千公里。在这种尺度条件下，应力.应变的传播问题往往不可忽视。（6）大变形。地球介质的力学运动虽然也包括弹性恢复、弹性波传播、以及其它短期作用的小变形事件，但大量的事件则表现为大变形。例如，延性剪切带糜棱岩中石英颗粒的应变竜可超过100%.随着应变墩的增大，岩石的变形行为和机

7、制都有可能发生相应的变化，出现力学性质非线性和几何非线性等问题。地球内部在环境和条件上的上述特点，导致岩石的赋存状态、力学行为和物理机制等各种不同的转变、过渡和变异，造成岩石变形过程的特殊性。例如，摩擦效应的增强,甚至超过破裂效应，破裂不一定导致岩石支承能力的降低，更不一定导致失稳，塑性流动（流动、屈服）可能成为主要的变形和破坏型式；固体一液体的相互作用增强，物理效应与化学效应并存，导致介质的相变、质变与形变的伴生等等•1.2基本概念和研究内容高温高压岩石力学以固体地球介质的力学行为、变形结构及物理机制为主要研究对象•所谓变形岩石

8、的力学行为•包括变形、破坏和失稳三个方面。岩石变形.按照有或无不可逆变形，可分为弹性的和塑性的两种基本类型。岩石不仅在不同的变形阶段内可能依次表现为弹性和塑性，而且往往由于介质中兼含弹性和塑性成分而在同一变形阶段内同时产生弹性和塑性变形。所谓岩石的