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基于速度-状态摩擦本构定律的三维DDA方法
  • ISSN号:0001-5733
  • 期刊名称:地球物理学报
  • 时间:2015.2.1
  • 页码:474-480
  • 分类:P313[天文地球—固体地球物理学;天文地球—地球物理学]
  • 作者机构:[1]中国地震局地震预测研究所地震预测重点实验室,北京100036, [2]中国地震局第一监测中心,天津300180, [3]中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室,北京100029
  • 相关基金:国家自然科学基金(41274008;41104004); 中国地震局地震预测研究所基本科研业务专项(2011IES010102)联合资助 致谢 感谢石根华先生、九州大学陈光齐教授提供最新版本的三维DDA代码,感谢中国地震局地质研究所何昌荣研究员关于数值模拟技术的有益指导,感谢两位匿名审稿专家为完善本文提出的宝贵意见.
  • 相关项目:基于GPS资料研究汶川、玉树地震前后川滇地区地壳变形特征及主要断层的力学特性
中文摘要:

原有三维非连续变形分析(DDA)方法采用常摩擦系数的Mohr-Coulomb定律作为切向破坏准则,然而当描述更大尺度构造块体的运动与变形时,常摩擦系数不再适用.速度-状态摩擦本构定律能够定量描述地震周期各阶段断层面剪应力变化,解释发震断层行为.本文将速度-状态摩擦定律与三维DDA方法相结合,首先推导了计算摩擦系数的实用公式,随后通过滑动-保持-滑动实验与速度步进实验算例对改进的三维DDA方法进行了验证.结果表明,应用速度-状态摩擦本构定律的三维DDA方法能够比较准确地模拟静摩擦的时间依赖性与动摩擦的速度依赖性,解决了将三维DDA方法在地学中应用的基本问题.

英文摘要:

The elastic medium in lithosphere should be considered as discontinuities since the complex tectonic background has produced many active faults as separation.The Mohr-Coulomb joint failure criterion with a constant friction coefficient,adopted in the original 3Ddiscontinuous deformation analysis(DDA)method,cannot meet the requirement of highly accurate calculations for motion and deformation of tectonic block systems. The rate-and state-friction laws,which are capable of reproducing virtually the entire range of observed fault behaviors,are combined into the 3D DDA method.Firstly,the formula of computing coefficient of friction on the interface with rate-and state friction laws is derived.In order to calculate the value of state variableθ,slip velocity Vand friction coefficientμin every time step,a first-order differential equation about Vis deduced.The increment of Vis calculated by the second-order Taylor series expansion in our scheme.Secondly,the evolution law is determined by the Runge-Kutta scheme with adaptive step-size control.The friction submatrix,which consists of discrete forms of V andθ,is rewritten and then combined into the 3D DDA method.Finally,on the basis of reasonable geometry and mechanical properties of the numerical model,slide-hold-slide tests and velocity stepping tests are designed to examine the accuracy of the modified method. Suits of numerical slide-hold-slide tests are performed using hold time from 1to 10000 seconds and then we take the numerical test of the 10-second hold time as an example to make a brief illustration.A rigid block moves along the base in uniform linear motion at the first five seconds,because of the equality between friction and point loading.At the fifth second,the point loading is set to zero,and the friction strength drops immediately.After ten seconds,the block is reset as the previous loading.Strength increases,reaches a peak value and returns to its previous steady-state value subsequently.The numerical results are consistent with the laboratory da

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期刊信息
  • 《地球物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国地球物理学会 中国科学院地质与地球物理研究所
  • 主编:刘光鼎
  • 地址:北京9825信箱
  • 邮编:100029
  • 邮箱:actageop@mail.igcas.ac.cn
  • 电话:010-82998105
  • 国际标准刊号:ISSN:0001-5733
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2074/P
  • 邮发代号:2-571
  • 获奖情况:
  • 首届国家期刊奖,第二届国家期刊奖,中国期刊方阵“双高”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰地学数据库,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国地质文献预评数据库,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),美国石油文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:31618