基于SPH法的单轴压缩岩样破坏过程中应变局部化和能量释放数值模拟

本文采用自主编写的光滑粒子流体动力学法程序,在平面应变单轴压缩条件下,开展了非均质岩石试样破坏过程中剪切带、声发射数及应变能释放量的演变规律研究,探讨了形状参数和Weibull分布函数的定位参数的影响,而过去的研究更多地关注形状参数的影响.仅粒子的黏聚力被认为服从Weibull分布.当粒子破坏后,粒子的黏聚力跌落至残余值,在此过程中,最大主应力(即第3主应力)保持不变.得到了下列结果.随着定位参数的增加,破坏粒子的分布由弥散向集中转变,岩样的纵向应力峰值增加.每20个时步数目的全局最大声发射数和全局最大应变能释放量均发生在峰后应力迅速跌落过程中,与二者有关的8个量随形状参数或定位参数的演变规律较为复杂,这应与岩样破坏形态的多样性有关.     

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.     

青藏高原东南缘三江地区上地壳各向异性初步研究

三江地区位于青藏高原东南缘,川滇菱形块体的西侧.受陆-陆板块碰撞作用的影响,构造活动强烈,地震活动频繁.为研究该区的应力环境、构造特征及二者间的关系,本文使用三江流动线性地震台阵SL-Array（2016-12—2017-05）和国家固定地震台网（2015-01—2017-12）记录到的地震波形资料,运用剪切波分裂分析技术研究三江地区上地壳各向异性研究.计算得到该区域快剪切波优势偏振方向为NNW向,与区域主压应力方向一致.结果显示各向异性特征有分区性,以维西—乔后断裂和小金河—丽江断裂为界,将线性台阵划分为A、B和C三个区域.A区快波优势偏振方向表现出与区域主压应力方向的一致性.B区局部构造复杂,快波优势偏振方向表现为近NS向.C区结果比较离散,无明显快波优势方向.自西向东,研究区域快波优势偏振方向表现为NNW至近NS向的变化趋势.计算得到研究区域慢剪切波时间延迟为2.8±1.7 ms·km^-1,其中B区最大,A区最小,反映了该区地壳介质各向异性强度的不均匀分布,也揭示了区域构造复杂程度与地震各向异性强度的关系.     

鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳各向异性特征

本研究使用内蒙古自治区数字测震台网2010年1月至2017年10月区域小地震的波形记录资料,采用SAM方法,进行了地壳剪切波分裂的分析,得到鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳介质地震各向异性的初步研究结果.根据15个台站161个有效地震记录的分析,鄂尔多斯块体北缘与西缘地区的快剪切波平均偏振方向为NE44.4°±38.4°,慢剪切波平均时间延迟为1.7±1.6ms·km~(-1).研究区域的快剪切波偏振显示出两个优势方向,一个是NE方向,另一个是近NS方向.区内的逆冲凸起与走滑正倾断层构造对剪切波分裂产生了直接的影响,造成了剪切波分裂参数的复杂分布,反映了剪切波分裂参数受到区域应力和构造共同作用的影响.鄂尔多斯块体北缘的快波偏振特征有NE和近NS两个优势偏振方向,其东区与西区的快剪切波偏振表现出明显不同的特征.东区的第一快剪切波优势偏振方向为NE,第二快剪切波优势偏振方向为近NS;西区的第一快剪切波优势偏振方向为近EW,第二快剪切波优势偏振方向为近NS.鄂尔多斯块体北缘的区域背景主压应力方向可能总体上为近NS方向,但空间分布有差异,东区NE方向的优势偏振与西区近EW方向的优势偏振更可能反映了断裂与构造的影响.鄂尔多斯块体西缘的快剪切波偏振特征显示出非常清楚的NE向的优势偏振方向,近NS向的优势偏振方向则不太明显,反映出该地区复杂构造对各向异性分布的影响.慢波时间延迟呈现出西低东高的特点,时间延迟的高值出现在鄂尔多斯块体北缘的东部,时间延迟的这种西低东高的各向异性强度变化,可能反映了区域构造活动西强东弱的特性.     

地震反应分析中输入界面的选取对地表地震动参数的影响

地震反应分析中输入界面选取合理与否对设计地震动参数有重要影响。基于唐山地区钻孔剖面,分别选取剪切波速为500m/s的硬黏土和800m/s的岩石顶面作为基岩输入界面,采用一维等效线性化方法讨论中硬场地输入界面的选取对地表地震动参数的影响,结果表明:(1)地表峰值加速度放大倍数及地表加速度反应谱特征周期都随输入界面深度的增加而递增,且这种递增与输入地震动的强度及频谱特性都有密切联系;(2)随着输入界面深度的增加,地表加速度反应谱几乎全频段内增大,仅在短周期内出现减小的情况,但幅度十分有限;(3)中硬场地地震反应分析中基岩输入界面宜取剪切波速为800m/s的土层顶面。     

中国地震科学台阵两期观测资料近场记录揭示的南北地震带地壳剪切波分裂特征

利用中国地震科学台阵第一期(2011-01-2014-06)及部分中国地震科学台阵第二期(2013-02-2015-12)的流动地震台阵记录到的小震波形资料,运用剪切波分裂系统分析(SAM)方法,分析南北地震带的地壳各向异性,对剪切波分裂参数所反映的区域应力环境及构造特征,以及区域内主压应力方向与断裂分布的关系展开讨论.研究结果表明,南北地震带快剪切波偏振方向自北向南由NE向逐渐转变为NNW向,与南北地震带区域主压应力的方向变化具有一致性.区域内分布的大量NE及WNW或NW向断裂构造同样对快波偏振方向有比较大的影响,位于走滑断裂附近的台站,其快波方向与断裂走向大致平行,部分位于走滑断裂附近的台站其快波方向几乎垂直于断裂走向,而与构造应力场方向一致性较好.个别台站表现出复杂快波优势方向特征,反映出研究区内构造环境的复杂性.慢波时间延迟结果显示,南北地震带南段的平均时间延迟高于北段,反映了受印度板块和欧亚板块的碰撞挤压作用,南段地壳介质各向异性程度更大,构造变形更加剧烈.对比南北地震带上地幔各向异性特征,推测在川滇菱形块体内部可能存在复杂的壳幔耦合现象,地壳剪切波分裂除了反映区域应力特征,还可以揭示出区域构造信息.     

一种TI介质纯qP波正演方法及其在逆时偏移中的应用

基于Tsvankin提出的精确频散关系,利用近似展开的方法,推导出解耦合的TTI介质纯qP波近似方程,并将方程中的偏微分算子分解成一个laplace算子和一个标量算子,用于代表qP波的精确传播方向,构建时间域二阶纯qP波方程.此推导过程无需设置横波速度为零,能够更加精确地描述qP波的运动学特征.这个方程相比于求解波数域二阶解耦qP波方程,计算效率高,存储需求小;相比于基于Alkhalifah频散关系推导的时间域二阶纯qP波方程,假象干扰压制好,数值误差小,更具一般性.但此方法求解波矢量时采用波场梯度一阶渐近近似,会造成垂直于对称轴方向的波场振幅不准确.为了较正振幅,将椭圆分解方法应用于此方程中,构建纯qP波椭圆分解方程,使得振幅更加均衡,并与Xu等提出的方程比较分析,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程得到的波场振幅值更加准确.本文首先选取了均匀TI介质模型进行了qP波正演模拟,并抽取波场单道波形进行振幅分析,验证了本文构建的纯qP波方程和纯qP波椭圆分解方程的正确性及有效性;然后选取BP TTI模型进行了qP波正演模拟,将其qP波正演结果和均匀TI介质模型振幅分析结果相结合,突出了本文构建的纯qP波椭圆分解方程的优势及适应性;最后选取逆冲模型和BPTTI模型,应用本文构建的纯qP波椭圆分解方程对其进行逆时偏移成像,验证了本文构建的纯qP波椭圆分解方程在逆时偏移中的可行性和适用性.     

循环荷载作用下不均质地层中盾构隧道纵向响应研究

修建在纵向不均质地层中的地铁隧道,由于列车循环荷载的作用,会导致隧道下部的土体产生不均匀沉降,对既有隧道产生不利的影响。针对这一问题,提出考虑隧道剪切效应的地基不均匀沉降对既有隧道竖向变形影响的解析解。既有隧道简化为搁置在Winkler地基上的Timoshenko梁,通过两阶段分析法,分析下卧地层不均匀沉降引起的隧道响应。首先确定列车荷载引起的动偏应力,并运用土层的力学指标计算出静偏应力和破坏偏应力。然后运用累积应变的经验公式计算出隧道下部土体的累计沉降,将土体的沉降转化为力施加在隧道上。基于Timoshenko梁理论,建立考虑隧道剪切效应的隧道竖向变形微分方程,求解得到隧道变形的解析解,进一步可以得到隧道的弯矩、剪力、转角、错台。     

锡林浩特市市区地震砂土液化研究

收集整理锡林浩特市区34个钻孔资料,采用标准贯入试验法和剪切波速法对其进行地震砂土液化的判别,结果显示:当地震烈度达到Ⅶ度时,锡林浩特市区存在砂土液化问题,并给出锡林浩特市市区砂土液化分布范围。     

利用剪切波分裂研究四川九寨沟MS7.0地震震源区的地壳应力场

本文讨论了2017年8月8日九寨沟M_S7.0 （M_W6.5）地震之后震源区的地震活动性,并针对震后九寨沟地区架设的4个流动地震台站记录到的地震波形数据进行了剪切波分裂参数的计算,分析了震源区地壳应力场的特征性变化。九寨沟M_S7.0地震的地震活动性表现为:8月8日主震后震源区地震活动明显增强,直至8月22日之后才有所下降,余震震级整体也呈降低趋势,震级多集中在M_S2.0以下。震源区4个流动台站的剪切波分裂结果表明:快波偏振方向近似为东西向,揭示了九寨沟地区的区域应力场方向为近似东西向;区域内慢波延迟时间的平均值为5.04 ms/km,慢波延迟时间在九寨沟M_S7.0地震之后降低,反映了随着余震的发生,地壳应力不断调整,应力持续释放,直至8月底地壳应力场逐渐趋于稳定状态。