地震预测方法Ⅱ:评述

本文分析了各种地震预测方法对地震的预测情况.首先通过岩石力学实验和有限元模拟计算结果分析了含裂纹岩石材料的变形破坏过程;其次,将实验室岩石破坏过程的观测结果和有限元模拟计算结果外推到地壳岩石的变形破坏过程,从地震发生的物理力学机理出发,对多种地震预测方法进行了评述,研究这些地震预测方法的有效性和尚待解决的问题,同时对利用物理化学方法预测地震的前景进行了讨论.     

唐山地震断层破坏及其力学过程的数值模拟

本文用数值分析方法探讨了地震从孕震到发震的力学过程,以76年的唐山地震为实例,用非线性有限元方法,分析唐山发震断层破坏的力学机制,用增量分析的方法,近似地按时间序列模拟发震断层和周围岩石从孕震到发震的力学过程,并与实测资料进行分析比较     

由含断层岩石非均匀性产生的地震前兆的数值模拟研究

使用新开发岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)，通过一系列模型实验，研究岩石中预制断层面几何特征和力学非均匀性对地震前兆产生的影响。模型使用5个具有不同均质度的岩石样本进行数值模拟研究。数值模拟结果表明，不同均质度岩石破坏在地壳中会产生不同的地震前兆现象。在一些区域，可以观测到明显的前兆，而在另一些地区却很难观测到明显的前兆现象。模拟结果与实验观测和自然界实际观测结果由很好的一致性。     

地震作用下高路堑黄土边坡细观力学研究

为研究地震时高路堑黄土边坡破坏的细观力学过程,以黄土地区某高速公路边坡为例,在野外工程地质勘察和室内试验基础上,用强度折减法对开挖后的高路堑黄土边坡的初始状态进行分析,进而对该高路堑边坡采用PFC2D建立数值计算模型,模拟边坡地震响应全过程;通过分析地震响应过程中颗粒的位移、配位数、孔隙率、应力和应变率等关键要素,从细...     

加卸载响应比的数值模拟

用数值模型来模拟和验证加卸载响应比（ＬＵＲＲＬｏａｄ／Ｕｎｌｏａｄ　ＲｅｓｐｏｎｓｅＲａｔｉｏ）理论．编制非均匀各向异性材料宏细观损伤破坏程序,模拟固体材料在损伤破坏时的加卸载过程,证实了加卸载响应比理论的正确性．结果表明,ＬＵＲＲ这一反映地球介质临近破坏的指标,也可以用来预测材料的破坏．同时讨论了一些参数（如均匀程度和脆性程序）对ＬＵＲＲ的影响,发现材料越呈脆性,或越均匀,ＬＵＲＲ值上升得越晚,曲线越陡．该结果对用ＬＵＲＲ指标预测地震具有一定启发．     

加卸载响应比的新进展

本文对此作简要介绍。主要有下三方面：①预测效果好：2004年发生在中国大陆有资料地区的ML≥15级地震共17次,其中15次落入用加卸载响应比方法于2003年底预测的区域内。②通过大量基础研究(包括数值模拟,岩石力学实验及统计细观损伤力学研究),使加卸载响应比理论(LURR)建立在一个比较牢靠的科学基础上。③LURR有很大的潜力和发展空间。未来的发展空间,除预测天然地震外,还可能对矿震、水库地震、滑坡等自然灾害,甚至其它自然系统以致社会系统的灾变作出预测。     

与唐山地震有关的深部岩石力学特性的数值模拟

根据构造地震的发生机制,本文提出了一个数学模型。该模型不仅能模拟岩石摩擦试验的粘滑特性,而且在该模型基础上建立起来的数值模拟方法能对构造地震的发生作出定性和定量的分析,并经过对唐山地震序列的数值模拟,可得到对震源深部岩石的力学性质的一些认识。     

钢筋混凝土框架结构地震破坏的计算机模拟方法

本文提出了对钢筋混凝土框架结构地震破坏进行计算机模拟的方法，在模拟的过程中，作者建立了破坏单元以及单元破坏准则，导出了切合实际的结构倒塌的判定方法，开发了计算机机动模型的自动生成和分析技术以及可视化模拟技术，为研究钢筋混凝土框架结构破坏过程提供了一个有效的方法。     

矩形隧道结构的地震动力破坏研究

为深入研究地震作用下矩形隧道结构的动力响应变化规律,得到隧道结构的失稳破坏机制,通过建立土一隧道结构协同作用的整体力学模型,采用大型室内振动台实验与有限元数值计算对比分析的方法,重点探讨了地震作用下土-隧道结构整体力学模型的加速度时程、频谱特性、位移及土压力等方面的力学响应。研究发现：振动台实验与数值模拟计算的结果变化...     

基于时间相依地震活动性模型的地震时间序列模拟

模拟地震时间序列在地震危险性分析和地震灾害预测等领域中具有重要作用,地震活动性模型是模拟地震序列的重要理论基础.本文以时间相依地震活动性模型为理论模型,系统梳理了现有时间相依地震活动性模型理论与方法,研究了断层(震源)上最新地震发生时间已知、未知以及地震历史开放间隔已知三种情况下地震发生概率的计算方法,分析了地震复发间隔的变异系数对时间相依地震发生概率的影响.研究了基于布朗模型的特征地震准周期发生的物理原理,建立了时间相依地震时间序列的模拟方法.研究结果表明,在地震离逝时间较长的情况下,基于时间相依地震活动性模型计算的地震发生概率要显著大于泊松模型;在地震历史开放时间已知情况下,计算的地震发生概率要高于地震离逝时间未知的情况.地震复发间隔的变异系数越小,模拟的地震时间序列越呈现周期性.本文研究结果可提高长期地震概率预测水平,模拟的具有时间相依特征的地震时间序列可用于地震预测、概率地震危险性分析以及地震灾害预测等领域.     

近场下桥梁结构的地震响应分析

提出采用宽频地震Kanai-Tajimi模型与速度脉冲He-Agrawal模型来模拟近场地震动,数值模拟验证了该近场地震模型的有效性。采用该模型定量分析了近场地震作用对桥梁结构地震响应的影响规律。近场地震动的脉冲持时是对结构产生破坏的一个重要因素,近场地震作用对桥梁结构的设计提出了更高的延性要求。     

有限元法在构造应力场与地震预测研究中的应用与发展

针对有限元数值模拟方法,系统总结了其在构造应力场与地震预测研究中的一般性研究方法与主要处理环节,阐述了有限元法在我国地壳构造应力场与地震预测研究中的应用,分析讨论了该方法的优点与存在的问题,并对有限元等数值模拟方法的发展作了展望。     

唐山大地震孕育过程的数值模拟研究

根据1976年唐山7.8级地震的前兆资料，结合岩石破裂物理、震源物理、构造物理、地震前兆、地震力源、地壳结构等方面的研究结果，采用含有菱形硬包体的饱和水孔隙介质模型，数值模拟了唐山大地震的孕育过程．首先导出了考虑岩石非弹性体积膨胀和应变软化、孔隙水渗透的固-液两相介质的孕震动力学方程组，提出了用增量形式求解该方程组的有限差分法，然后计算模拟了硬包体内含有断层软弱带时的唐山大震的孕育过程，及其时空变化特征．数值模拟结果表明，唐山大地震的孕育主要经历了弹性积累、早期非弹性体积膨胀、断层第1次加速软化(加速破坏和蠕滑)、天津-宁河一带第2次非弹性膨胀、断层第2次加速软化(临震加速破坏和蠕滑)和发震等过程．这里，与断层的加速破坏相对应，孕震介质的某些部分出现了非弹性膨胀的弹性恢复和二次非弹性膨胀．与前兆观测资料比较分析可以发现，上述模拟结果可以比较好地解释实际观测资料的变化特征．同时，数值模拟还进一步揭示了唐山地震孕育场的时空变化规律和复杂图象，为地震前兆场变化的物理机制的研究奠定了基础．      

地铁车站与横跨桥梁耦联破坏数值模拟

以典型的两层三跨形式地铁车站为研究对象,采用非线性动力时程反应分析方法,对软土场地的地铁车站与上部交叉桥梁模型进行数值模拟分析,给出了一种潜在的地铁车站-桥梁耦联破坏模式,分析了地铁车站与上部桥梁的地震动力相互作用.数值模拟结果表明:桥梁对车站的地震响应影响较小,车站发生破坏主要取决于地震作用及其本身的强度;地铁车站发...     

断层演化过程中的周期和非周期地震滑移及非地震滑移一维断层模型分析

本文首先根据Dieterich和Ruina提出的含速率和状态的摩擦定律(Dieterich-Ruina定律), 基于一维弹簧-滑块模型推导了地震复发周期的解析表达式, 然后将该近似解与数值模拟结果以及Barbot等的相关研究进行了对比分析． 此外, 本文还利用数值模拟与理论分析研究了断层周期和非周期演化的力学成因机制以及非地震滑移形成的另类力学机制, 并讨论了一维弹簧-滑块模型的优点及其局限性． 结果表明: ① 震后滑移和自加速/成核阶段的持续时间在整个演化过程中不能被忽略; ② 在修正后的复发周期模型中, 复发周期的长短除了与断层特征尺度、 作用于断层面上的有效正应力和远场加载速率相关外, 还受Dieterich-Ruina定律中摩擦参数的取值以及临界滑移距离的影响; ③ 当给定各个物理参数和几何参数时, 目前所得到的解析近似解可以很好地估计地震的复发周期, 其相对误差可小于5%; ④ 在断层演化过程中, 施加剪切应力加载会产生非周期的地震滑移, 而在自加速/成核阶段后期或震后滑移阶段早期, 施加较大的剪切应力加载, 则会出现非地震滑移．      

物理地震危险性分析中的地震动模拟方法研究进展

随着计算机计算能力的大幅提升和地震科学方法认知的不断丰富和完善,众多的学者开始用基于物理机理真实断层模型和速度结构模型的地震动数值模拟来评估未来可能发生的破坏性地震的灾害特征。本文初步汇总了地震动数值模拟在地震危险性分析中的研究现状、计算方法和研究实验项目,阐述了地震动数值模拟在物理地震危险性分析及应用中的发展趋势。从抗震设防的角度上来看：基于地震动数值模拟的地震危险性分析将有助于提前做好防震救灾预警。本文综述了地震动数值模拟在物理地震危险性分析中的研究和应用,该方法的不断完善会使其在未来具有巨大的潜力。     

地壳孕震过程的重力变化研究

根据民介质中的力学理论,推导了在地壳中存在微孔洞时介质的应力应变本构关系的表示公式,讨论了描述地壳中空洞形成过程的孕震模型参数,讨论了孕震模型参数的变化与地过介质状态的变化和地面重力变化的关系,并根据乘法分解理论推导了孕震过程计算重力变化的弹塑性递推计算方法,并采用ＧＴＮ模型进行了数值模拟。在此基础上,将数据配发生在１９９６年云南丽江Ｍｓ＝７．０地震前后的重力变化进行了对比分析,讨论了微孔洞的形成     

加卸载响应比与其它地震前兆时空演化研究及其应用

本文重点研究了加卸载响应比的时空演化特征 ,并利用震例研究了长期地震活动性的时空演变特征的普适性。为了理解以上特征及地震前兆综合特征 ,应用解析、数值模拟等方法对二维圆形包体、二维硬软复合包体进行了研究 ,并推导出半无限流变介质中三维包体产生的粘弹性位移、应变、地倾斜解析表达式 ,详细地计算和分析了球形包体在地表产生的体应变的时空演变过程 ,从而使孕震模型理论化。应用理论研究结果 ,对地震前兆的时空演化进行了解释 ,提出了长期预测和中短期预测方法 ,并应用于实践 ,取得 5次地震的长期、中期预测的成效。主要结果如下…     

基于改进的随机有限断层模型进行区域烈度速报

一次地震发生之后,地震烈度的迅速圈定对于总体灾情评估、地震应急响应和救灾物资调拨分配等均有重要意义.近年来随着地震科学的发展,强地面运动数值模拟已经成为定量化估计强地面运动的重要手段.在众多震源数值模型中,随机有限断层模型以其时效性和精确性成为烈度速报的首选模型.在本研究中,我们对原有的随机有限断层模型进行改进,实现了峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)和峰值位移(PGD)的区域网格化计算,并且加入了浅层速度结构V30对模型模拟结果的影响.在2004 Parkfield Mw 6.0地震、2008年汶川Mw7.9地震以及1976年唐山Mw 7.6地震的实例应用中,数值模拟得到的烈度分布与野外调查烈度在整体分布特征、极震区烈度分布等方面均符合较好,该数值模型单个网格点的计算时间在0.3～0.5 s左右,并且随着并行计算技术的引入计算耗时会进一步缩短.随机有限断层模型有效弥补了其他震源数值模型的不足之处,最大限度做到了快速且准确,可以作为烈度速报的一种数值模拟手段.     

用（DDA+FEM）方法数值模拟1975年海城、1999年岫岩地震发生的过程l

用非连续变形分析方法（DDA+FEM）， 数值模拟了华北地区各地块相互制约构造环境中发生的1975年海城地震及1999年岫岩地震的过程. 通过对岫岩前震及近期余震分布图象的研究， 以及前人对海城地震的研究， 提出了海城、 岫岩地震发震构造块体模型. 数值模拟结果给出了两次地震释放的主应力变化、 最大剪应力变化等值线图， 地震前后位移变化矢量图， 及发震断层滑移随时间的变化， 分别与相应地震的震源机制、 宏观等震线、 发震断层的走滑性质等的结果基本一致.