中山大学党文刚副教授团队研究了循环法向应力下平面岩石断裂面的滑移演化。相关成果以“Experimental study on the slip evolution of planar fractures subjected to cyclic normal stress”为题发表在International Journal of Coal Science & Technology,https://link.springer.com/article/10.1007/s40789-023-00654-w或点击文末“阅读原文”）。
岩体不连续面主导着岩体的稳定性，这些不连续面的摩擦滑动现象十分常见。黏滑和稳定滑动是既存断裂面的两种滑动行为模式。在过去的几十年里，人们对岩石断裂面的剪切行为（包括稳定滑动过程和黏滑过程）进行了大量的室内实验研究。然而这些结果都是基于恒定的正应力或刚度条件得到的。在实际中，断裂带周围的地应力从不保持恒定。潮汐、冰川运动、地震等自然效应以及地下爆破、采矿、地热开采等人为活动对断裂面附近应力状态会产生较大的扰动。对于常法向应力下就会产生黏滑的岩石断裂面，循环法向正应力如何影响其滑移类型尚不清楚。
在实验室条件下，研究了恒定剪切速度作用下，不同变化幅度的法向应力（相对振幅从10%~70%）对岩石平面断裂面的摩擦响应。研究发现，法向应力振荡幅值和循环法向应力的相位规律性地改变了断裂面的不稳定滑移模式。
实验结果表明，不断增大振幅，断裂面经过了从规律性黏滑到复合滑移的转变过程。所有不稳定滑移均发生在法向应力卸载过程中，滑移事件的发生与法向应力循环函数的相位具有统计学相关性。法向应力振幅越大，快速滑移事件就会越迟，时机上就越可预测。循环法向应力会削弱断裂面的摩擦强度，应力振幅越大效果越强。随着应力振幅的增大，滑移事件出现的时间间隔比也随之增大，每次滑移对应的应力降随之减弱。
（a）实验用动态直剪仪；（b）（c）平面花岗岩试样
图1 平面断裂面直接剪切实验设计
图2 利用随机步判断剪切面滑移与法向应力相位间关系
图3 滑移事件的复现间隔和应力降与法向应力相对振幅间的关系
天然状态下岩石断裂面总是受到粗糙度、流体、温度和应力扰动的共同作用，后续实验可以引入温度场与渗流场。天然断层在低速下更易黏滑，但较快的速度往往蕴含更大的能量，剪切速度对滑移特征的影响也是一个以后需要考虑的重要参数。
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., Liao, X. et al. Experimental study on the slip evolution of planar fractures subjected to cyclic normal stress. Int J Coal Sci Technol 10, 67 (2023). https://doi.org/10.1007/s40789-023-00654-w
