\x22岩石介質

把岩石介質加以理 想化而歸納出能表示其力學特徵的 狀態方程或本構關係的總稱。自然 界岩石種類很多，任何一種的力學 特徵都是十分複雜的，而且各類岩 石不僅有其特殊性，往往還具有彼 此接近的某些性質。為研究其共性， 則可根據科學實驗成果，把多種岩 石理想化，歸納成幾種可給出岩石 應力、應變、位移、速度及時間之間 關係的規律，並用“元件”來表示。目 前，基於理想流體、實際流體、剛體 和彈性體這四種經典的介質力學模 型提出的各種岩石力學模型，如理 想彈性體模型、彈塑性模型等，都與 實際的岩石力學特徵有較大差別。 20世紀70年代以來，隨著流變學 的發展而提出的岩石流變力學模 型，受到普遍重視。現正處於研究 與完善之中。

基本介紹

• 中文名："岩石介質
• 外文名：lithosphere 

簡介

運用岩石破裂過程分析RFPA2D系統，通過對岩石試樣中預置的傾斜裂紋擴展過程的數值模擬，研究了材料非均勻性對岩石介質中裂紋擴展模式的影響。數值模擬再現了受壓試樣在裂紋擴展過程中逐步演變的應力場和應變場，以及與岩石非均勻性有關的聲發射和斷裂擴展模式的“岩橋”現象。模擬結果說明，岩石的非均勻性對含裂紋試樣的變形、破裂過程及其破壞模式有很大的影響。

岩石層是一種包含強度和相對穩定性的力學概念，然而人們又將岩石層這一術語用於界面熱邊界層（TBL）和淺部富集地球化學儲層，其性質與強度毫無關係。

大量的觀測事實表明，岩石層存在明顯變形(尤其是板塊邊界)，並在地質時間尺度表現出複雜的流變性。這種變形除了與驅動力有關外，還與介質的力學性質及其強度有關。岩石層介質的形變機制主要有以下4類：彈性變形、脆性破裂、摩擦滑動及蠕變。

岩石介質的非均勻性與其力學行為的非線性

眾所周知，岩石是一種非均勻材料，其微觀介質（單元）參數（如強度）是不均勻的。這種不均勻性使得岩石在承載過程中不斷經歷單元體的破壞，微（細）觀單元體的連續破壞便造成巨觀介質的不斷損傷，從而形成巨觀的非線性變形現象。因此，在一個統一的變形場中，微破裂不斷產生的原因除了荷載不均、形態不夠光滑等結構因素形成應力集中之外，更主要的是單元體強度的不均勻性。例如，微觀介質強度分布較為均勻的材料，其巨觀表現一定是以線性性質為主的材料；反之則一定表現出明顯的非線性行為。

對完全均質的材料，如玻璃，無論採取何種載入方式，其力學行為一定是線性的。

由上述分析知，岩石介質的非均勻性是其力學行為非線性的物質根源。

岩石介質的自組織臨界性

壓密階段

雖然壓縮變形具非線性特徵，但在該區域載入和卸載，岩石結構和性質並不產生不可逆變化，這是一種平衡態。

彈性階段

系統內部沒有巨觀不可逆過程，處於一種均勻的變形狀態，這亦是一種平衡態。耗散結構理論已指出：處於平衡態的系統一般具有空間均勻的結構，即無序結構。

穩定破裂階段

超過彈性極限後，岩體進入非線性變形階段，體內微破裂開始出現且隨應力差的增大而發展，當應力保持不變時，破裂也停止發展。

此階段變形開始出現不可逆過程，但這種過程容易被控制。如在此階段停止載入，經過一定時間後，系統將可能達到一個巨觀上不隨時間變化的恆定狀態，即定態。

非穩定破裂階段

進入本階段後，微破裂的發展出現了質的變化，體應變由壓縮轉為膨脹。由於破裂過程中所造成的應力集中效應顯著，即使工作應力不變，破裂仍會不斷地累進性發展，使薄弱環節依次破壞。