地震过程的燕尾型突变模型

考虑断层介质的损伤弱化和水致弱化效应, 提出一个断层地震的非线性力学模型。将远场位移、渗水量和刚度比作为控制参数, 得到一个燕尾型的地震突变模型。用这个模型研究了渗水、远场位移和刚度比等因素对地震孕育和发生的影响, 从整体上深化了对地震过程的认识。      

断层地震孕育和发生的不稳定性模型

在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β(围岩切线刚度与断层刚度最大值之比)是决定地震失稳的重要参数,只有当β1时才会出现地震失稳,且伴随应力突跳和围岩应变能释放.当β≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳.     

断层地震孕育和发生的不稳定性模型

在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β（围岩切线刚度与断层刚度最大值之比）是决定地震失稳的重要参数,只有当β<1时才会出现地震失稳,且伴随应力突跳和围岩应变能释放.当β≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳.     

断层地震孕震的椭圆形区域及其前兆规律

首先运用岩石介质的损伤本构关系式和断层地震的简单力学模型，讨论了断层和围岩介质系统的相互作用及其失稳过程，通过差分计算，得到了与地震变形和声发射等有关的前兆序列曲线，然后根据实际断层带滑移与错动的分布规律，通过计算机模拟出断层地震的椭圆形孕震区并此解释了Ｐ波初动分布规律。     

近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特征研究

采用Bouc-Wen模型模拟铅芯橡胶支座(LRB)非线性力学性能,建立LRB基础隔震储罐地震反应的数值模型.利用叠加原理得到人工合成近断层脉冲型地震动,从实际典型近断层地震动和人工近断层脉冲地震动输入两个角度出发,以远场地震反应为参照,系统探讨了近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应特点以及近断层地震动运动特征的影响规律.研究发现,近断层地震动作用下LRB隔震储罐地震反应明显大于远场地震反应值,显著的近断层脉冲效应是隔震储罐设计不容忽视的问题.近断层地震动的PGV/PGA值是决定隔震储罐地震反应的综合指标,PGV/PGA值较大时,隔震储罐地震反应脉冲效应突出.另外,脉冲周期、脉冲参与系数以及脉冲类型也是影响LRB隔震储罐地震反应的重要因素.在脉冲参与系数越大、含有脉冲数量越多的近断层地震动作用下,隔震储罐地震反应越强烈.当脉冲周期接近储罐晃动周期时,晃动波高会出现峰值.     

跨越断层地震动对结构地震反应的研究进展

地下管道、交通、电力系统等是重要的生命线工程,跨越断层的结构地震时具有较大的破坏风险,确保它们在地震时安全可靠的运行具有重要的意义。本文首先介绍了跨越断层地震动的基本特征,然后从跨越断层地震动模拟、跨越断层地震动对结构的影响以及振动台试验等几个方面进行论述,总结了跨越断层地震动对结构地震反应的研究现状和存在的问题。最后针对大跨空间结构需要研究的重点问题进行了展望。     

地震不稳定性的一个简单模型

基于断层面强度的非均匀性,将断层面的宏观破裂过程看作是断面局部微元的破裂累积过程,假设断层局部微元强度遵循Weibull概率分布,从统计力学角度推导出了宏观的断层载荷.变形的全过程本构关系.采用一维地震力学模型,以远场位移a为控制变量,用稳定性理论研究了地震不稳定性问题.研究表明,系统刚度比(围岩刚度与断层刚度之比)β是影响地震发生的重要参数,只有当β<1时才会出现地震失稳,且应力突跳发生在平衡路径曲线的位移转向点,并给出了地震过程的3个重要参数(地震后断层半错距、地震应力降和释放的弹性能)的表达式.当β≥1时,不会发生地震,仅是缓慢的断层滑动,属于无震滑动.     

断层走向对刚构桥地震反应的影响

我国西部部分连续刚构桥临近地震断层建设,在抗震分析时通常会忽略断层走向与桥梁纵桥向夹角对其地震反应的影响。利用Midas Civil软件建立4座墩高不同的大跨度连续刚构桥模型,选取10组近断层强震记录进行时程分析,研究断层走向对刚构桥地震反应(位移和弯矩反应)的影响。结果显示：在水平双向近断层地震动输入下,桥梁主墩及主梁纵桥向地震反应在断层走向与纵桥向夹角为75°～135°范围内最大,而横桥向最大地震反应则发生在夹角为0°～30°或120°～180°范围;在三向近断层地震动输入下,与仅考虑水平双向地震动输入下的桥梁地震反应相比,竖向地震动对主梁竖向弯矩响应的影响较大,特别是主墩和主梁的交界处,增大比例可达2倍及以上。就文章选取的4座桥梁算例,不考虑断层走向和桥梁纵桥向的夹角则存在低估桥梁地震反应的可能,低估误差在15%～40%左右。     

与特征断层结合的地震活动空间光滑模型在衡水市活断层地震危险性评价中的应用

在衡水市活断层地震危险性评价中,应用研究区域的地震活动性数据建立恰当的分布式地震活动性空间光滑模型,并结合断层对周边地震危险性的影响,计算前磨头断裂和衡水断裂在不同超越概率下上限震级分别为6.5、6.0级的区域基岩峰值加速度。研究发现,研究区域内50年超越概率为63%的基岩峰值加速度略有增加;50年超越概率为10%、5%的基岩峰值加速度在断层附近有所增加。研究表明在较低超越概率的情况下,断层周围如深州市、冀州市和衡水市辖区的地震危险性大于其他地区;利用仪器记录资料得到的地震活动性模型并结合断层资料计算出的地震危险性结果能够反映衡水地区现今的地震活动水平和危险性水平。     

基于逆断层动力学模型的三维山体地震动谱元法模拟

逆冲断层是常见的断层错动形式,具有释放地震能量大破坏力强的特征,同时大量震害调查和强震观测表明,山体地形对地震动的显著放大效应会进一步加重震害,然而目前还鲜有针对逆冲断层作用下山体地震动模拟的研究。文中即采用谱元法,建立含动力学逆断层震源和三维山体地形的整体物理模型,研究了动力学逆断层地震作用下的三维山体动力响应。文中以高斯型山体为例,对其近断层地震动特性进行了分析,并着重探讨了三维山体地形对逆断层地震动产生的影响。研究表明:(1)动力学逆断层模型很好的契合了近断层地震动特性,在模拟中重现了近断层地震动的方向性效应、上盘效应、集中性效应和地面永久位移等基本特征;(2)山体对近断层地震动放大效果显著,对比无山体情况,山体加速度和位移峰值分别放大了1.79和1.21倍;同时加速度峰值随着山体高程的增加而增加,与山脚处加速度峰值相比,山顶和山腰处的加速度峰值分别放大了2.05和1.28倍;(3)山体地形引发的地震波散射和衍射效应不仅放大了山体和山体毗邻地表的地震动响应,同时延长了地震动在该区域内的响应时间。     

从地震模拟看匀阻段与大震的关系

运用滑块模型建立了一个地震活动的计算机模拟系统。对地震活动计算机模型进行反复试验，认识到断层失稳过程中摩擦强度分布的重要性。把在断层滑动中摩擦阻力分布比较均匀的段称为匀阻段。对大地震而言，断层摩擦阻力的大或小都不是决定因素，而具有较长的匀阻段才是发生大震的首要条件     

震后地下岩层分形渗透率的时间演化规律研究

天然地震发生后,地震波及区域内的地下岩层渗透率常常会发生显著改变,其变化曲线显示出独有的特征,造成这一现象的机理较为复杂,传统渗流理论尚不能给出合理解释.针对这一问题,从震后渗透率变化规律入手,深入分析了地下岩层裂缝体系对渗透率的影响,给出了裂缝结构参数与渗透率之间的定量关系.结合岩层黏弹特性以及天然地震所产生的地下岩层体应变特征,基于裂缝体系分维度正比于外部应力的实验事实,将黏弹体应力松弛机制引入该体系,对裂缝分形渗透率模型进行了含时推广,建立起震后地下岩层渗透率的时间演化模型,理论预测曲线与实验曲线吻合较好.在此基础上提出‘分形裂缝渗透率松弛效应’这一全新概念.本研究为震控流体运移研究提供了新思路,对于揭示震后断层恢复机制,探讨断层活动与孕震的关联有一定的理论价值和现实意义.     

岩石高速摩擦实验与地震物理过程

简述了最近20年来国内外岩石高速摩擦实验研究领域的进展和动态:岩石高速摩擦实验技术的发展实现了对高滑动速率、大位移的地震过程的实验模拟;其结果揭示了岩石和断层泥在地震滑动速率下的力学性状,深化了对断层滑动弱化机制、临界滑动距离、以及地震发生过程的认识和理解;实验在假玄武玻璃成因方面取得了重要进展,并提出了断层发生地震滑动可能留下的其它地质证据,可望为研究断层滑动性状与地震物理过程提供新的思路和信息.岩石高速摩擦实验今后的发展方向主要包括:发展具有加温系统和孔隙压系统的岩石高速摩擦实验装置,研究水热作用下岩石和断层泥的高速摩擦性状;室内实验和地震资料分析相结合研究断层滑动和地震机制;室内实验和野外地质调查相结合探索断层发生地震错动的地质证据等等.     

地震断错地貌

大地震产生的断错,能改变震前的地表形态,这种改造后新出现的地形景观称为地震断错地貌。地震断错地貌可分为地震断层崖、地震断错——挠曲崖、地震断错水系和地震断错台地四类。研究地震断错的相关堆积时,发现逆推断层崖也有崩积楔。提出的崩积楔发育模式与正断层崖的发育模式截然不同。     

阿尔金断裂带东段地表破裂分段研究

对活动断层进行正确的分段有助于我们对地震造成断层的发生、发展过程有一个正确的认识。阿尔金断裂带是青藏高原北部的巨型左旋走滑断裂带 ,将青藏高原和塔里木盆地两大构造单元截然分开。通过对阿尔金断裂带东部青崖子—宽滩山的Spot数字化卫星影像资料进行详细的分析 ,结合研究区内的断错地貌和前人的古地震研究成果 ,对阿尔金断裂带东段进行了地表破裂性分段。将阿尔金断裂带东段青崖子—宽滩山分为 3段 :青崖子—芦草湾为阿克塞破裂段 ;芦草湾—北祁连山逆断裂为疏勒河破裂段 ;北祁连山逆断裂—宽滩山为宽滩山破裂段。其中阿克塞破裂段的最后破裂时间晚于 (5 2 4± 0 4 0 )kaB .P .,疏勒河破裂段最后破裂时间早于 (6 97± 0 5 3)kaB .P .,而宽滩山段的最后破裂时间估计晚于 5kaB     

2010年4月玉树M_S7.3地震序列的断层结构

利用双差定位方法对玉树地震序列2010年4月14日至10月31日间发生的ML≥1.0地震进行双差定位,得到1545个地震的重定位结果.综合分析地震双差定位结果和玉树地震序列中强地震震源机制解,发现玉树MS7.3地震发震构造由北西向和北东东向两条相交断层组成,主震发生在北西走向的甘孜—玉树断裂带上,5月29日的MS5.9余震序列发生在北东东走向的一条隐伏断裂上,两条断裂均接近直立.甘孜—玉树断裂是羌塘地块和巴彦喀拉地块的构造边界,由于羌塘地块和巴颜喀拉地块的差异运动使甘孜—玉树断裂强耦合段应力高度积累,在应变能超过岩石强度时破裂失稳发生了MS7.3地震.主震断层的左旋滑动导致北东东向断层的正应力减小,库伦应力增加,45天后触发了MS5.9余震序列的活动.     

Coupled finite element and discrete element method for underground blast in faulted rock masses

This paper focuses on the propagation and dynamic effects of blast waves in faulted rock masses. A coupled method combining UDEC and LS-DYNA is presented whereby the explosion process is simulated by LS-DYNA while the wave propagation and its dynamic effects in rock masses with faults are modeled by UDEC. The blast-induced crack evolution and failure zone distribution in faulted rock masses are explored using the proposed coupled method. The relationship between rock failure and fault parameters such as dip, stiffness and friction are also investigated. The results indicate that the coupled method is feasible and effective for evaluating explosion in discontinuous rock system and the existence of faults exerts significant influence on the pattern of rock masses failure.