地震破裂过程的数值模拟通常是假定破裂发生在先存断层上.但是,实际地震过程中,除了沿着先存断层产生自发破裂外,很有可能会产生新的破裂.为此,本文将传统有限元与扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,XFEM)相结合,首先利用...地震破裂过程的数值模拟通常是假定破裂发生在先存断层上.但是,实际地震过程中,除了沿着先存断层产生自发破裂外,很有可能会产生新的破裂.为此,本文将传统有限元与扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,XFEM)相结合,首先利用传统有限元方法模拟先存断层上的自发破裂过程,随后采用扩展有限元方法模拟不同介质(内摩擦角分别为0°、22.5°和45°)中,由于先存断层破裂造成的断层尖端应力集中导致的新生破裂过程.当内摩擦角为0°时,2条新生破裂与先存断层走向之间的夹角分别为0°和90°;当内摩擦角为22.5°时,该夹角变为11.25°和78.75°;当内摩擦角为45°时,该夹角变为22.5°和67.5°.在这三种情形下,新生的2条破裂,相互垂直,但破裂特征(破裂长度及破裂速度)不同,与先存断层之间的夹角越小的新生破裂,其扩展距离越远,扩展速度也更快(甚至为超剪切破裂).此外,在模拟结果中,岩石强度越低,断层扩展的长度越长,扩展速度也越快.本研究对于地震破裂全过程的数值模拟、深刻认识地震震源过程、断层生长以及地震灾害评估等有着重要的科学意义.展开更多
文摘地震破裂过程的数值模拟通常是假定破裂发生在先存断层上.但是,实际地震过程中,除了沿着先存断层产生自发破裂外,很有可能会产生新的破裂.为此,本文将传统有限元与扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,XFEM)相结合,首先利用传统有限元方法模拟先存断层上的自发破裂过程,随后采用扩展有限元方法模拟不同介质(内摩擦角分别为0°、22.5°和45°)中,由于先存断层破裂造成的断层尖端应力集中导致的新生破裂过程.当内摩擦角为0°时,2条新生破裂与先存断层走向之间的夹角分别为0°和90°;当内摩擦角为22.5°时,该夹角变为11.25°和78.75°;当内摩擦角为45°时,该夹角变为22.5°和67.5°.在这三种情形下,新生的2条破裂,相互垂直,但破裂特征(破裂长度及破裂速度)不同,与先存断层之间的夹角越小的新生破裂,其扩展距离越远,扩展速度也更快(甚至为超剪切破裂).此外,在模拟结果中,岩石强度越低,断层扩展的长度越长,扩展速度也越快.本研究对于地震破裂全过程的数值模拟、深刻认识地震震源过程、断层生长以及地震灾害评估等有着重要的科学意义.
