远场差异构造应力作用下包体-地层地应力分析

地应力场的不均匀分布是地球科学非常关心的问题,远场差异构造应力及介质本身的不均匀性对地应力场的不均匀分布都有重要影响.本文利用弹性力学理论,以地球科学的包体-地层系统为例,推导了边界差异构造应力条件下包体-地层系统位移场和应力场的解析表达式.将远场差异构造应力分解为均匀构造应力和偏构造应力两部分,通过边值问题的一般求解方法,分别得出了这两种情况下的理论解.通过将两部分理论解叠加,得到了边界差异构造应力条件下包体-地层系统的位移场、应力场和连接载荷.通过推导的解析解与有限元数值解进行比较,两者非常一致.通过分析包体-地层系统、材料参数、几何尺寸、远场构造应力的大小和方向等因素对包体-地层位移场和应力场分布的影响,可以用于探讨钻孔应变等包体应力(应变)计观测的地震应变阶、慢地震、地震孕育、火山喷发、地球自由振荡、地震波等现象的地球动力学机制.结果表明,远场地应力的分布主要受控于边界构造应力的大小和方向.在包体内部,应力场基本是均匀分布的;而在包体附近,由于介质差异,地应力场的不均匀性非常显著,并且有一定的优势方向,对地应力集中部位的分析为钻孔应变观测等地球动力学研究手段提供了基础理论参考.     

地应力测量中钻孔偏心分析

将有限元数值法与解析解相结合,对载荷下探头钻孔偏心问题进行研究。研究结果表明,偏移量δ≤1/5时,径向位移误差均值＜15%,周向位移误差均值＜10%;偏移量δ≥2/5时,径向位移误差均值＞30%,周向位移＞25%;而当δ＞1/2时,误差值更大,具体的数值在实际工程中需进一步验证。     

利用有限元方法模拟力学拉伸试验以钢纤维混凝土为例

力学试验是获取岩石等许多工程材料力学性能的主要方法之一。 但是对某些特殊材料, 由于影响其力学性能的因素众多, 单纯通过试验来获取其力学性能, 成本高, 过程复杂。 如工程抗震中目前普遍使用的钢纤维混凝土(SFRC), 很难单纯通过力学试验来获取钢纤维的分布对其力学性能的影响。 本文基于随机方法对钢纤维混凝土建立有限元模型, 利用数值模拟的方法来估计钢纤维的分布和体积率对钢纤维混凝土拉伸性能的影响。 通过与试验结果比较验证了其可行性, 结果表明钢纤维的分布对钢纤维混凝土屈服前的力学性能影响较小, 对屈服后的应力-应变特征影响较大。 当钢纤维体积率从1%变化到2%, 钢纤维混凝土的屈服强度与体积率大致为线性关系, 强度随之增加。     

亚洲大陆下的地幔流动及其对亚洲地壳的作用力

运用并行Lagrange乘子非协调区域分解法（LMDDM）与并行Lagrange乘子非连续变形分析法（LMDDM）耦合的有限元算法，研究了四维球壳内不可压缩、常粘度牛顿流体非定常地幔流动，在大并行计算机上分别求解了全球15个板块运动的速度场、压力场、温度场和应力场，也包括求解出亚洲大陆下地幔流动的各种物理场，以及对亚洲地壳的作用力．      

自转速率快速变化引起的全球位移场和应力场

该文建立了百万网格的分层PREM地球模型, 利用并行有限元方法计算了自转速率快速变化所引起的全球附加的位移场和应力场。 计算模型中不仅考虑了地球的径向分层, 同时还考虑椭率和地形的影响。 利用数值试验的方法, 系统分析了地球自转速率变化为Δω/ω=2×10^-10时所引起的全球应力分布特征, 研究表明椭率对地表各个应力分量的影响在千分之几, 而地形的影响则表现为径向应力与地形正相关, 且相同高度的地形在低纬度影响较大, 纬向和经向的应力大小分别与地形在SN向和EW向的地形梯度直接相关。     

虚拟川滇——基于千万网格并行有限元计算的区域强震演化过程数值模型设计和构建

利用合理的数值模型,对区域性的强震活动性分析,是近些年来地震学研究领域的一个热点问题．但无论从时间还是空间角度来讲,区域性强震演化的理论与数值模拟模型都是多尺度问题,对该问题的充分研究需要借助于大规模并行数值模拟技术．侧重于基于千万有限元网格技术,采用大规模并行有限元计算手段,对该问题的理论建模与并行数值算法实现,以及如何应用到对川滇地区区域强震演化过程的模拟进行了具体论述．本研究的关键目标是为中长期地震危险性估计提供一个大规模数值预报模拟平台系统．     

青藏活动地块区运动与变形特征的数值模拟

利用二维有限元模型,以GPS测量的构造运动为约束条件,探讨了青藏活动地块在弹性应变积累过程中的运动与变形状态。模拟结果表明,青藏活动地块区在整体运动过程中,内部变形以大范围的分布为特征,其内部的应变分布和弹性应变能积累速率表明了Ⅱ级活动地块与活动边界带的显著变形差别：活动地块内部的应变和弹性应变能积累速率相对较小且分布较均匀;活动边界带上变形相对集中,应变和弹性应变能积累速率相对较高,并呈非均匀分布。这反映了青藏地块区内所含的各Ⅱ级活动地块的运动变形的整体性特征及彼此间的差异性特征,也揭示了活动地块构造通过边界带变形等方式对大陆强震的控制作用。     

2023年8月6日山东德州平原M 5. 5地震同震变形及地震活动性变化数值模拟

2023年8月6日,山东省德州市平原县发生M 5. 5地震,造成了严重的经济损失,打破了山东省近40年未发生M≥5. 0地震的平静期。平原地震震中区域人口稠密,经济发展迅速,其引起的区域地震活动性变化与未来强震发生的可能性是社会关注的热点。本文通过有限元数值模拟方法,建立三维模型研究震中孕震环境及其邻区同震形变应力场,利用假定破裂模型模拟地震同震位错,根据库仑应力变化理论探究周围区域地震活动性变化。结果表明,本次地震主要形变集中于发震断层10 km范围内,震中位置库仑应力下降超过500 kPa,未来短期内强震发生概率不大。平原地震对附近地震活动性造成了一定影响,可能促进了北部走滑型中小震活动,抑制了西侧正断型地震的发生。对于华北平原及邻近断层地震活动性变化仍需要更长时间地震数据和更深入的研究工作。     

全球气候变化模拟结果数据的远程抽取及其可视化

本文针对气候模式在超大规模数值模拟中产生的Tb至Pb量级的四维体数据的可视化和分析诊断方法, 提出了基于Server-Client方式的远程数据抽取和并行可视化解决方案。 针对气候模拟数据中的海洋模式和大气模式数值模拟结果数据的抽取和可视化数值试验分析, 验证了解决方案的可行性和抽取算法的高效性、 可靠性和灵活性。 本文提出的远程数据抽取方法对于帮助气候模式领域中的专家快速抽取、 快速可视化和实现实时交互式模拟结果的诊断分析具有重要的应用价值。     

利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响

本文基于三维孔隙弹性理论,建立了紫坪铺水库及周边地区的有限元模型.根据紫坪铺水库开始蓄水到汶川地震发震时刻的水位变化情况,计算了整个区域的孔隙压力和库仑应力.详细讨论了断层及周围地层的弹性模量和扩散系数对计算结果的影响.计算结果表明:从弹性角度看,断层的弹性模量对汶川地震震源处的库仑应力影响很小;震源处的库仑应力随着断层和周围地层的扩散系数增大而增大.当给定弹性模量和扩散系数代表性值的时候,计算结果表明在汶川地震发震时刻,震源处的库仑应力变化量为+1 kPa左右,这表明紫坪铺水库使得汶川地震发震断层更加危险.是否这个量级的库仑应力就能够触发汶川地震还需要进一步探讨.通过分析库区周边小震的分布,发现小震分布区域均是库仑应力增加的地区,因此紫坪铺水库周边的小震应该与紫坪铺水库蓄水有直接关系.