近日,我校资源与机械工程系青年博士赵鹏以第一作者身份,在岩石力学领域国际权威期刊《Rock Mechanics and Rock Engineering》发表题为Evaluation criterion for stable sliding to stick–slip transition and surface damage evolution of granite fractures under coupled stress–rate conditions的高水平学术论文。该刊为中科院SCI一区TOP期刊,影响因子7.1。
断层粘滑是诱发地震的主要机制。裂隙岩体的力学行为,尤其是干摩擦粘滑特征,在不同变形模式下呈现复杂的动态响应,既受裂隙面粗糙度、岩体矿物充填等内在属性影响,也与剪切速率、应力等外部条件密切相关。然而,针对地震孕育过程密切关联的摩擦界面稳滑粘滑转化机理,以及不同滑移模式之间的定量判别标准,学术界尚未形成统一、清晰的阐释。
本研究通过开展多组摩擦试验,系统探究应力速率耦合条件下花岗岩裂隙粘滑特征及其稳定性演化规律,创新性引入粘滑指数(SSI)界定稳滑向粘滑转变的临界条件,并深入分析不同粘滑释放强度下裂隙表面的损伤演化特征。
研究取得多项重要结论:一是裂隙剪切强度随法向应力增大显著提升,最大增幅达74.03%;随滑移速率提升逐步下降,最大降幅为39.2%。裂隙滑移初始阶段均会发生稳滑变形,稳滑向粘滑的转变由法向应力与滑移速率共同控制。二是裂隙产生粘滑效应的最优速率区间为0.0005~0.001 mm/s,偏离该区间,岩体裂隙更易发生稳滑;提高法向应力会抑制粘滑的萌生,但粘滑一旦发生,将引发更为强烈的失稳响应。速率状态摩擦参数ab在0.001 mm/s0.005 mm/s速率扰动范围内达到最小值,并随法向应力增大持续降低。三是裂隙面损伤程度与粘滑释放强度直接相关,宏观上表现为大小、数量不一的线性磨损带;微观可观测乳白色弧状擦痕(弧形凸起指向滑动方向),以及剪切碎屑大量聚集后产生的二次破裂现象。上述损伤特征可作为识别断层由稳滑向粘滑转变的重要地质标识。
该成果是我校在岩石力学研究领域取得的又一项重要突破,充分展现了我校青年教师过硬的科研素养与创新能力,对提升相关学科科研影响力具有积极推动作用。
论文链接:https://doi.org/10.1007/s00603-026-05684-9