大尺度岩石破坏声发射实验

　　非均匀介质的损伤与破坏是力学中极复杂、极具挑战性的难题，至今仍有许多基本问题未得到解决，例如在邻近破坏及灾变阶段，损伤演化不遵循稳态累积规律，传统的均匀连续介质力学理论难以处理。声发射是研究固体材料中损伤演化的重要工具，因其可以实时连续测量获取材料内部损伤的信息。此外，增大试件尺寸可以提高声发射定位相对精度。 因此，大试件岩石破坏实验成为研究地震孕育过程的重要手段。

　　在国家自然科学基金重点项目的资助下，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室尹祥础研究员领导的研究组，在一系列中、小型实验的基础上，于2001年5、6月份进行了大尺度岩石破坏声发射实验。

　　此次实验是在亚太经合组织地震模拟国际合作计划（ACES，APEC Cooperation for Earthquake Simulation）的基础上，组织了俄罗斯科学院约飞物理技术研究所、莫斯科Interunis 公司、日本茨城大学、中国地震局分析预报中心、北京大学和云南地震工程研究院等单位的二十余名科学家共同完成的。

　　试件尺寸为105×40×20 cm3，材料为片麻岩、大理岩及砂岩，共做了9块大试件实验。在实验中全过程连续记录其声发射，从而获得了极其丰富的损伤演化数据。一个大试件在实验过程中记录到的声发射事件（对应一个损伤）达百万个之多，为今后的理论研究、数值模拟及进一步提高地震预报的时、空、强精度提供了必要的条件。为了更真实地模拟地震的孕育过程，试件采用双向加载以产生三轴压应力状态，并且在单调加载的基础上叠加上脉动应力，分别模拟构造应力和潮汐应力。三轴压循环应力下的大试件声发射实验在国际上还是第一次。实验再一次证实了在大破裂前损伤演化的一系列复杂现象，如样本个性、临界敏感性和高加卸载响应比等。在几块试件的实验过程中，均发现大破裂前夕声发射信号与外载信号间调制关系的紊乱，这与材料在进入自驱动阶段后对外载的敏感性变弱及地震前的加卸载响应比下降具有相同机制，还可能与地震的成核现象有密切关系，这一发现有可能引发地震短临预报的新思路。
该实验的结果尚在整理中。初步整理的结果，已在美国召开的ACES研讨会及澳大利亚ACES总部的学术讨论会上报告时引起与会者的浓厚兴趣与关注。

图为中、俄、日科学家们在实验机旁热烈讨论情景。