《多視場高速DSCM用於岩石粘滑動態測量的研究》是依託北京理工大學，由馬少鵬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多視場高速DSCM用於岩石粘滑動態測量的研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：馬少鵬
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本研究將高速數字散斑相關方法（DSCM，又稱為數字圖像相關，簡稱DIC）引入岩石介質粘滑的動態測量實驗中：為使DSCM可測量界面處強非連續、非均勻變形場，在DSCM中引入無格線位移表征，發展專門用於界面變形場測量的interface-DSCM；為使高速DSCM在大試件測量中獲得高解析度和高精度，建立基於高精度觀測數據的多視場融合和計算參數事先校準的統一DSCM分析框架。基於新建立的實驗方法，用多台高速相機對粘滑試件進行統一觀測，可獲得界面附近高速、高解析度、高精度的變形場觀測數據。用發展的多視場高速DSCM觀測系統對岩石介質粘滑進行系統深入實驗研究，建立基於統計細觀損傷力學的分析模型，對不同條件下粘滑過程中界面損傷局部化、破壞的啟動和傳播、以及界面動態滑動過程等規律進行總結和分析。
結題摘要
為了深入認識岩石介質粘滑的失穩過程及其機理，本研究首先發展了針對性的實驗方法，建立了實驗系統，然後系統開展了實驗觀測，並基於實驗結果建立的數值分析模型對粘滑發生過程和發生機理進行了深入研究。 首先，採用非均勻位移表征模型，結合mesh-DIC的思路，發展了基於節點插值位移表征的NIDR-DIC（也稱為interface-DIC）。利用該方法分析含界面、裂紋等結構的強非均勻變形場時，相對於普通DIC能夠大幅度提高位移測量精度和空間解析度。其次，在分析和解決多台高速相機啟動時差問題的基礎上搭建了用於岩石介質粘滑實驗的觀測系統。基於變形場統計分析思路發展了動態裂紋尖端精確識別的數據處理方法。再次，對岩石介質粘滑進行了實驗研究，發現粘滑孕育過程中存在著多點成核且互相競爭的現象；斷層的失穩從某一點開始並向斷層其他點高速傳播，速度可達6000 m/s；斷層失穩滑動的過程非常複雜，一次大的滑動過程包括許多小的滑動過程，第一次小滑動幅度最大，其餘小滑動幅度減小。最後，基於實驗觀測結果改進了用於研究粘滑的彈簧滑塊模型，並用模型對粘滑發生過程進行了模擬。研究發現了斷層失穩的原因，即斷層面的局部破壞由載入端向末端傳播過程中，末端界面的剪下應力逐漸增大，臨近滑動時刻，末端界面剪應力幾乎同時處於臨界狀態。同時，研究還發現了局部滑塊失穩後會導致其他滑塊依次滑動，說明粘滑滑動過程是滑塊對“波”的回響過程。 本研究發展的NIDR-DIC是對光測力學中數字圖像相關方法的一種促進；高速相機時差的深入研究對多台高速相機聯合測量具有重要的指導意義；關於岩石介質粘滑過程和機理的實驗和理論分析得到了一些新的認識，對於這個複雜問題的研究是一種推進。 本項目研究共發表學術論文11篇，其中SCI收錄論文7篇，申請和授權專利2項。研究期間，項目組成員承辦2次學術會議，11人次參加國內外的學術交流。培養博士研究生2名，碩士研究生4名。
