岩石裂纹扩展微观机制声发射定量反演

摘要：

岩石受载内部微裂纹扩展及其震源机制反演有助于认识宏观裂纹扩展过程的非线性断裂力学行为.借助声发射监测手段,本文建立了仅涉及微裂纹张开/闭合和剪切滑移的位移不连续震源模型,通过各位置处传感器耦合质量标定及点源远场P波矩张量反演获得了含预制裂纹砂岩受载过程的震源机制解及时变响应特征,在全局坐标系下分析了微裂纹的三种断裂力学行为.结果表明:在位移不连续模型中,震源矩张量特征值与试样泊松比之间必须满足特定约束条件,该约束条件下的优化问题可采用拉格朗日乘子和Levenberg-Marquardt迭代法求解;受载砂岩裂纹扩展过程中,声发射震源以剪切滑移机制占优,微裂纹空间取向及运动方向与试样宏观主裂纹夹角平均值分别为40.9°和17.7°;对微裂纹体积分解表明岩体微观破裂机制以沿X方向I型张开为主,而沿Y方向的II型断裂滑移方向与试样全局变形方向相一致,由于试样内部晶粒分布非均质性造成了少量沿Z方向的Ⅲ型平面外微裂纹滑移行为;受载砂岩裂纹扩展过程中微裂纹模式角与震源极性值变化趋势一致、利用震源震级评估的局部应力降值与实验观测结果相吻合,这两者均表明了位移不连续模型在震源机制定量反演中的适用性.

关键词：砂岩、裂纹扩展、位移不连续模型、矩张量反演、微观机制、震源极性法

所属期刊栏目：63

分类号：P312(大地（岩石界）物理学（固体地球物理学）)

资助基金：国家自然科学基金项目;江苏省优秀青年科学基金项目;中国博士后科学基金资助面上一等资助;煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题

在线出版日期：2020-07-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共17页

页码：2627-2643