PMMA材料粘滑剪切破壞機理的實驗研究.pdf

1、粘滑失穩(wěn)機理的研究對于淺緣地震的發(fā)生機制以及工程實踐和科學研究中很多其他與粘滑有關的力學問題的理解具有重大意義。本文重點針對粘滑動態(tài)過程中的粘滯階段和滑動階段這兩個階段展開研究工作，通過PMMA材料預制斷層摩擦面，利用特定的粘滑實驗系統(tǒng)，采用多通道高頻采集系統(tǒng)來實現(xiàn)對粘滑動態(tài)過程的實時捕捉，高速記錄的剪應力和滑移位移清楚地表明了粘滑破壞的成核及傳播過程和局部破壞時的滑移弱化過程。通過粘滑過程中沿斷層面應力場、位移場的演化規(guī)律，描述了Ⅱ型

2、破裂條件下粘滑的失穩(wěn)機制：啟裂于成核區(qū)的破裂，再向外擴展，最終貫穿斷層摩擦面從而發(fā)生失穩(wěn)。從成核區(qū)破裂開始，破裂速度有一個明顯的加速過程，最終破裂速度加速至剪切波速水平或者超過剪切波速。
　　當裂紋破裂長度超過臨界裂紋長度時，動態(tài)破裂開始。依據(jù)臨界破裂長度，將斷層劃分為成核區(qū)與動態(tài)破裂區(qū)。裂紋尖端附近的局部破裂過程是一個滑移弱化的過程，利用剪應力、滑移位移、滑移速度、滑移加速度之間的相互關系，揭露了裂紋尖端附近的局部破裂過程的動態(tài)

3、特征，建立了成核位置附近與動態(tài)破裂區(qū)的局部破裂本構模型。
　　此外，預制斷層面粗糙度不同的三組試件組（試件組Ⅰ，最大靜摩擦系數(shù)μs1＝0.50；試件組Ⅱ，最大靜摩擦系數(shù)μs2＝0.38；試件組Ⅲ，最大靜摩擦系數(shù)μs3＝0.31），分別作用2MPa-4MPa的軸壓，研究了正應力、斷層粗糙度對粘滑剪切破壞特征的影響。試驗結(jié)果表明：
　?、俅蠖鄶?shù)情況下，隨著軸壓的增加，臨界裂紋長度越小，裂紋尖端傳播速度加速過程更短，加速更快，更快

4、進入穩(wěn)定破裂階段，能達到的終端速度也更大；斷層面越光滑（μs越小），臨界裂紋長度也越小，裂紋加速到動態(tài)破裂區(qū)段的過程越短，加速越快，且穩(wěn)定破裂時的終端速度越大。
　?、诨迫趸倪^程中出現(xiàn)的局部應力降可以分為兩種：局部動態(tài)應力降（Δτd＝τ0-τγ）和局部破壞應力降（Δτb＝τp-τγ）。軸壓越大，局部動態(tài)應力降和局部破壞應力越大；斷層面越光滑，局部動態(tài)應力降和局部破壞應力降越大。
　　③軸壓不影響局部破壞過程中的臨界滑移弱

5、化位移；而斷層面越光滑，臨界滑移弱化位移越小。
　?、芫植繑嗔涯茈S著軸壓的增加而增加，而斷層面越光滑，斷裂能越小。本文的主要創(chuàng)新點：
　?、籴槍φ郴杏^程局部各位置變形小、相對位移小的特點，采用金屬應變片斜跨兩試塊的方式測量相對位移。
　?、诖蟪叽绲脑嚰?，由于記錄距離遠及受影響的因素較多，對于粘滑孕育成核及傳播過程缺乏分辨率。本文利用小尺寸的PMMA材料試件，捕捉到了粘滑過程中由成核到動態(tài)破裂的全過程，并揭露了裂紋尖

6、端附近的局部破裂過程的動態(tài)特征，成核位置附近與動態(tài)破裂區(qū)均有四個明顯不同的階段，建立了成核位置附近與動態(tài)破裂區(qū)的局部破裂本構模型。
　　③選取斷層面粗糙度不同的三組PMMA試件組，分別作用在不同的軸壓下，系統(tǒng)性研究了軸壓、斷層粗糙度對粘滑過程的影響，并首次研究了軸壓、斷層粗糙度對粘滑剪切破壞過程中裂紋尖端擴展加速過程、局部破壞應力降和臨界裂紋長度的影響，研究了最大靜摩擦系數(shù)與粘滑相關參數(shù)間的函數(shù)關系。
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