岩石脆塑性转变的微观力学控制因素
地球物理
2023-03-22 v1
摘要
随着压力和温度的升高，岩石的流变行为从局部化的脆性转变为分布式的塑性行为。经验观察表明，当材料强度低于围压应力时会发生这种脆塑性转变，这被称为戈茨判据（Goetze's criterion）。该判据对大多数硅酸盐适用，但并非对所有材料都普遍成立。我们旨在确定岩石在脆塑性转变中的微观物理控制因素与应力-应变行为。我们采用 Horii 和 Nemat-Nasser 提出的微观力学方法，并考虑包含滑动翼裂纹和塑性区的代表性体积元。我们在恒定围压下求得摩擦滑移、塑性变形和裂纹张开的解，并获得应力-应变演化。我们表明，脆塑性转变取决于围压应力、断裂韧性和塑性屈服应力，而且在关键程度上还取决于先存缺陷上的摩擦系数。低摩擦材料预计更具脆性，并在比戈茨判据预期更高的压力下才转变为完全塑性流动。戈茨判据在岩石脆塑性转变中总体上的成功，很可能源于大多数造岩矿物低韧性、高强度和中摩擦系数的特征。
引用
@article{arxiv.2211.11831,
title = {Micromechanical controls on the brittle-plastic transition in rocks},
author = {Dong Liu and Nicolas Brantut},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.11831},
year = {2023}
}