断层自发破裂动力过程的有限单元法模拟

断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型（pulse-like）破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型（crack-like）破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂.     

MS8.0汶川地震对MS7.0芦山地震成核失稳的影响

依据速率-状态依赖性摩擦本构关系,并结合中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,以震后库仑破裂应力变化和同震动态库仑破裂应力变化的计算为基础,模拟了两种应力变化对芦山地震断层的失稳发震时间的影响,研究了2008年M_S8.0汶川地震与2013年M_S7.0芦山地震之间的触发关系.计算得到,汶川地震在芦山地震震源断层面上产生的动态应力变化的峰值为0.127 MPa;此外,经过近5年中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,芦山地震震源断层面上受到的震后应力变化值为0.025 MPa.结果表明,芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内,受到了汶川地震产生的动态应力变化、静态应力变化以及黏弹性松弛效应造成应力变化的共同触发作用,且动态应力的延迟触发作用可能更为显著.最后对芦山地震之后研究区域的应力变化场进行了初步探讨.     

高能量冲击作用下淤泥孔压特征规律试验研究

以往动力排水固结室内试验,通常冲击能量不够,很难激发软土某些工程响应,对应加固机制难以发现。通过可提供高冲击能的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,针对淤泥类超软土进行静动力排水固结模型试验,获得了淤泥孔压等响应特征：夯击瞬间（6 ms）上部孔压增长及下降时间非常短,且其重复性好;初始两遍夯击结束后中部孔压变化呈双峰型,其时间间隔随着夯击遍数增加而逐渐变大,最后不复存在;每遍夯击瞬时中部土压均出现急剧增长与快速减小,增长幅度随夯击遍数增加呈减小趋势,但每遍夯完后数天内土压值均大于夯前值;每遍夯击孔压消散后最终值都小于初始孔压,说明在一定的排水条件下,淤泥这类超软土地基确实可夯击;夯击后残余应力作用机制存在,且其对沉降起主要作用,而一定静力荷载的这种机制不明显;排水板插设扰动效应不可忽视,但该扰动效应随软土埋深增大而减少。     

断层转折褶皱剪切裂缝发育模式探讨

围绕库车前陆盆地内某典型断层转折褶皱剖面,实测统计该剖面不同构造部位的剪切裂缝,分析断层转折褶皱中剪切裂缝的发育规律,进而建立断层转折褶皱剪切裂缝的发育模式。统计结果表明,研究区剪切裂缝有2种类型,一类是与岩层面高角度相交的高角度缝,广泛发育在构造各个部位;另一类是与层面近于平行的顺层裂缝,主要发育在断层面附近,并随岩层的变形,产状发生改变。远离断层面,剪切裂缝发育程度整体上呈减小趋势,下盘裂缝发育强度的减小大于上盘,上盘裂缝发育强度整体大于下盘。褶皱内层剪切裂缝较外层发育,褶皱两翼裂缝发育强度大于褶皱枢纽。断层产状的改变,会引起上盘运动状态的改变,使得在上盘活动轴面附近出现应力集中,局部剪切裂缝发育强度出现增大现象。断层转折褶皱剪切裂缝的发育模式可以分为3个阶段,断层形成前主要发育与层面高角度相交的区域性剪切裂缝;断层形成初期,断层面附近两盘牵引变形不明显,上盘穿过断坡下部破折点处活动轴面的部分会产生新的剪切裂缝,即与岩层高角度相交剪切缝和与断层面低角度相交剪切缝;牵引构造明显时,断层面附近两盘弯曲部位会产生顺层剪切裂缝,两翼的裂缝发育强度大于枢纽。      

灌区渠系特征与灌溉水利用系数的Horton分维

灌区渠系和自然河流水系存在着诸多相似之处,因此,对于灌区渠系体系是否存在及在何种程度下满足Horton 河系定律值得研究。以2010 年广东省53 宗样点灌区为研究对象,分类进行了适用性分析,发现只有四级渠系类灌区满足Horton 河系定律。在此基础上计算了各级渠系类灌区的渠系特征参数和分维值,并利用2007-2011 年实测数据,对其与灌溉水有效利用系数之间的作用关系进行了定性和定量分析,结果表明：渠系工程状况参数（0.1084） >下垫面参数（-0.3554） >渠系结构参数（-0.5189） >面积尺度参数（-0.5392） >渠系分维特征参数（-0.5536）。本研究对于定量表征灌区形态和渠系特征对灌溉水有效利用系数的影响提供了新的途径,研究结果对于指导灌区渠系规划建设,提高用水效率具有积极现实意义。     

关于"一致"地震动衰减规律的探讨

以我国中南地区烈度资料为例,用卡方正交回归烈度和震级的联合椭圆衰减模型,研究了烈度和震级相互转换的一致性问题,给出适合该地区的“一致”地震动衰减关系,并与常规方法得到的最小二乘结果进行比较,结果较为合理。该方法也可用于预测不同地区其它地震动参数衰减关系。     

我国主要旱地作物水分供需状况分析及改善对策

建立了一个农田水分计算和评价模型,并利用1961～2000年月平均气候和有关作物资料,计算分析了我国5种主要旱地作物(春小麦、冬小麦、春玉米、夏玉米和棉花)的理论需水量及其时空分布,利用水分订正系数为指标评价作物需水量的满足程度.结果表明,气候条件对不同作物生产影响不同,比如小麦生育期内普遍严重缺水,玉米生育期水分供应比较充足,但在山西、陕西等地,夏玉米的播种期、出苗期及拔节期(6～8月)也存在明显的水分亏缺现象.作者针对我国北方农田干旱严重、水分供需很不平衡的情况,提出了相应的改善建议.     

辽西黄土陡坡的冲刷破坏机制

以70°辽西黄土陡坡为例,在降雨强度为2.7 mm/min条件下对边坡坡面冲刷破坏特征进行了室内物理试验模拟。试验发现：随着降雨的持续坡面水流能量不断增加,致使侵蚀强度增强;边坡的侵蚀方式从试验初期的片蚀,到中期的细沟侵蚀,最后演化为坡顶部的切沟侵蚀和坍塌。基于试验成果,采用SEEP/W程序对降雨条件下边坡降雨入渗规律进行数值模拟,发现在降雨过程中坡顶部所产生的水头压力最大,随高度降低呈减小趋势;运用PFC2D颗粒流软件从微观角度对坡体土颗粒运动情况进行模拟,结果发现位于坡顶的颗粒最先被径流冲刷带走,且下落速度很快。经对比表明：数值模拟结果和物理模拟试验现象基本一致,可为进一步研究黄土边坡冲刷破坏规律提供参考。     

高液限土路基的沉降变形规律

高液限土具有高天然含水率、高塑性、高孔隙比和低压实度的特点。明确高液限土路基的沉降变形规律成为其科学合理利用的关键。为此,在明确高液限土路用特性的基础上,铺筑了1条26.5 m高的高液限土高填方路基试验段,并进行了长期的沉降观测。结果表明,高液限土路基填筑期间的压缩变形量很大,填筑完成后自然沉降稳定期的固结变形量较小,路面铺筑后的工后沉降量很小,约为高度的2‰;高液限土路基的沉降量与其竖向填筑厚度基本成正比。采用简化的非饱和土固结理论对高液限土路基的沉降变形进行了模拟计算,计算结果与高液限土路基的实测沉降量基本一致,说明非饱和土固结理论可用于高液限土路基的沉降计算。高液限土路基沉降变形规律的成果说明其工后沉降不会过大,为其在公路工程中的推广应用提供了技术依据。