含石英类断层泥的岩石结构面（节理、裂隙、断层）通常处于摩擦滑动状态中。由于潮汐、构造地震、人类活动（如采矿、地下爆炸、地热开采等）产生的变化正应力总是会干扰这些不连续面，并表现出多种摩擦模式。了解岩含石英断层泥节理动态摩擦行为对评估构造断层稳定性和相关地质灾害的防治至关重要。鉴于此，中山大学党文刚团队利用自主研发的动态剪切仪，对在恒定法向荷载和动态法向荷载作用下的充填岩石节理进行了一系列滑动-保持-滑动试验。研究了正应力振荡幅值、正应力振荡周期和应力水平对其摩擦特性的影响。相关成果以“Frictional behavior of quartz gouge during slide-hold-slide considering normal stress oscillation”为题发表在International Journal of Coal Science & Technology，https://doi.org/10.1007/s40789-023-00592-7或点击文末“阅读原文”）。
首次使用具有动态荷载功能的三向加载设备，以实现断层泥动态双面剪切。在周期振荡法向应力作用下，断层泥摩擦松弛过程中剪切应力呈周期性变化，并会影响后续断层重启后的愈合行为。
实验结果表明，法向载荷振荡幅值对含断层泥节理面的摩擦松弛和愈合模式有显著影响。然而，法向荷载的震荡频率对摩擦行为影响较小。此外，在松弛阶段，剪切加载速率与法向加载速率成正比。
在松弛阶段，石英断层泥的蠕变滑移受动态荷载的影响不大。然而动态法向应力会显著影响断层泥的摩擦“先兆滑移”，并且断层重启后摩擦更难进入稳态。
图1 动态双剪实验设计
图2 石英断层泥在保持-滑动-保持过程中的剪应力变化
在现有研究的基础上，可继续考虑断层泥矿物组成对摩擦特性的影响。在升级实验条件后，也可以考虑温度、流体压力与动态应力间的多场耦合作用。
党文刚，中山大学“百人计划”副教授，硕士生导师，德国弗莱贝格工业大学博士/博士后，新加坡南洋理工大学Research Fellow。主要从事岩石力学实验和数值模拟研究，包括地下空间、地热开采、采矿工程相关的岩石力学问题，岩石节理面动态剪切，岩体裂隙剪切-渗流等。研究成果以第一作者或通讯作者在国际权威杂志发表学术论文40余篇，为40多个国际SCI刊物的特约审稿人。担任岩石力学与工程协会第九届青年委员会委员，岩石破碎委员会委员，国际测量协会会刊Measurement编委，International Journal of Coal Science & Technology科学编辑等。获中山大学第九届教师教学大赛工科组一等奖、中山大学第十届教学成果一等奖。
引用格式： Tao, K., Dang, W. Frictional behavior of quartz gouge during slide-hold-slide considering normal stress oscillation. Int J Coal Sci Technol 10, 34 (2023). https://doi.org/10.1007/s40789-023-00592-7
