岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (11): 3355-3370.doi: 10.16285/j.rsm.2024.1541CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.1541
赵扬锋1,龚政1,王凯兴1,司绪1,刘玉春1, 2,张丽丽2,梁钦锋1
ZHAO Yang-feng1, GONG Zheng1, WANG Kai-xing1, SI Xu1, LIU Yu-chun1, 2, ZHANG Li-li2, LIANG Qin-feng1
摘要: 为探究岩石界面粗糙度对断层滑移过程电荷感应信号特征的影响,研究了不同粗糙度岩石组合结构在不同竖向荷载下双面剪切试验滑移全过程多通道电荷感应信号波形、电荷累计速度、分形维数和主频区-次主频区指标的时频特征。研究结果表明:(1)弹性变形阶段断层面出现的局部微破裂成核导致电荷感应信号波形表现为多次电荷感应簇并出现最大值,这种电荷感应簇随着界面粗糙度和竖向荷载的提高而增多,进入启滑阶段则变为密集的小幅信号。(2)随断层界面粗糙度和竖向荷载增加,电荷累计速度和分形维数波动更为明显,且与电荷感应信号波形变化高度关联。弹性变形阶段电荷累计速度表现为“主体慢增,多点突增”,每次电荷感应簇都伴随着分形维数的“先升维,后降维”现象,主频区位于低频域,次主频区位于高频域;启滑阶段电荷累计速度转变为全面快速增加,分形维数整体不断降维,主频区和次主频区表现出“平移互换”现象,主频区右移至高频域,次主频区则左移至低频域,且各滑移阶段电荷信号主频均落于滑移全过程共有频率混叠域内。(3)对比小波变换、短时傅里叶变换和S变换3种时频变换方法在滑移失稳前的时频分辨率与时频聚焦性发现,在低频域,小波变换表现最好,短时傅里叶变换次之,S变换最差,而在高频域,S变换表现最好,小波变换次之,短时傅里叶变换最差。(4)断层滑移失稳过程中不同位置传感器电荷信号的差异在启滑阶段前主要与局部集中微破裂引起的电荷特定区域聚集有关,在启滑阶段后则主要由滑移面与传感器之间相对位置的错动变化引起。
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