加载速率与断层倾角对断层矿震失稳影响的试验研究

作     者：刘玉春 荆刚 赵扬锋 樊艺 潘一山 LIU Yu-chun;JING Gang;ZHAO Yang-feng;FAN Yi;PAN Yi-shan

作者机构：辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学理学院辽宁阜新123000 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2022年第43卷第S01期

页      面：35-45页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0708[理学-地球物理学] 0903[农学-农业资源与环境] 0815[工学-水利工程] 0901[农学-作物学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(No.52074142,No.51974150) 辽宁省高校创新人才支持计划(No.LR2019032) 

主　　题：断层矿震 黏滑 加载速率 断层倾角 应力降 

摘      要：研究断层黏滑过程力学特征及规律,对预测断层矿震的发生具有重要的理论意义和现实意义。试验以粗晶正长花岗岩为例,采用双轴加载的方式进行直剪摩擦滑动试验,研究了不同断层倾角黏滑失稳特征,分析了不同侧压下加载速率为0.5、1.0、5.0μm/s时对断层错动黏滑失稳的影响。研究结果表明:断层黏滑失稳时临界剪应力随着加载速率的增大是先减小再增大,而应力降随着加载速率的增大呈下降趋势,低速加载、高侧压时,断层发生黏滑所需的临界剪应力最大,断层发生黏滑时产生的应力降最大。侧压增大时,临界剪应力增大,平均应力降增大,平均黏滑周期增大。加载速率越低,平均应力降越大,同一侧压下平均黏滑周期越大,侧压变化对平均黏滑周期的影响越显著。黏滑周期与加载速度之间满足负对数线性关系,且不受侧压影响。断层倾角由56°变为45°时,在相同的侧压下临界剪应力增大,平均应力降减少,平均黏滑周期增大。断层倾角为34°试样达到峰值应力时,断层发生瞬间失稳现象,随着围压的增大,发生失稳时能量的释放也越大。大倾角断层易发生断层矿震,但释放能量小、震级低,而小倾角断层不易发生断层矿震,一旦发生失稳,释放的能量大震级高。开采速度对断层矿震的发生有着直接的影响,在某一开采速度下断层矿震最易发生,且释放能量也较大,在生产中一定要避开这个开采速度。