Traction image method for irregular free surface boundaries in finite difference seismic wave simulation

In this study, we propose a new numerical method, named as Traction Image method, to accurately and efficiently implement the traction-free boundary conditions in finite difference simulation in the presence of surface topography. In this algorithm, the computational domain is discretized by boundary-conforming grids, in which the irregular surface is transformed into a 'flat' surface in computational space. Thus, the artefact of staircase approximation to arbitrarily irregular surface can be avoided. Such boundary-conforming gridding is equivalent to a curvilinear coordinate system, in which the first-order partial differential velocity-stress equations are numerically updated by an optimized high-order non-staggered finite difference scheme, that is, DRP/opt MacCormack scheme. To satisfy the free surface boundary conditions, we extend the Stress Image method for planar surface to Traction Image method for arbitrarily irregular surface by antisymmetrically setting the values of normal traction on the grid points above the free surface. This Traction Image method can be efficiently implemented. To validate this new method, we perform numerical tests to several complex models by comparing our results with those computed by other independent accurate methods. Although some of the testing examples have extremely sloped topography, all tested results show an excellent agreement between our results and those from the reference solutions, confirming the validity of our method for modelling seismic waves in the heterogeneous media with arbitrary shape topography. Numerical tests also demonstrate the efficiency of this method. We find about 10 grid points per shortest wavelength is enough to maintain the global accuracy of the simulation. Although the current study is for 2-D P-SV problem, it can be easily extended to 3-D problem.     

Determination of specific yield using a water balance approach – case study of Torla Odha watershed in the Deccan Trap province, Maharastra State, India

Specific yield is an essential parameter for any groundwater management plan. Volumetric analysis in the domain of groundwater budgeting for the non-monsoon months has been undertaken for a typical watershed of the Deccan basalt province. The Torla Odha watershed covers an area of over 22 km² on a third-order tributary of the westerly flowing Bhima River. The watershed receives a normal annual rainfall of 643 mm. The entire water demand is supplied by dug wells, which penetrate a shallow aquifer. The specific yield was estimated by comparing the monthly net volume of water removed from the aquifer, with the volume of aquifer de-saturated, based on monthly water level data. The estimated specific yield ranges from 0.0019 in May to 0.0173 in November with an average value of 0.0093. A correlation of the groundwater levels with the detailed geology suggests that the higher specific yield value (0.017) corresponds to dewatering of the weathered zone within the shallow aquifer. The specific yield of the massive basalt immediately below the weathered zone varies from 0.0089 to 0.0103. The underlying vesicular basalt, which is dissected by sheet joints, has a relatively higher specific yield (0.0121). The massive basalt, which forms the base of the shallow aquifer system, has a lower specific yield from 0.0019 to 0.0022.

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Résumé Le débit spécifique est un paramètre essentiel pour tout plan de gestion des eaux souterraines. Les analyses volumétriques, dans le cadre des bilans hydriques des eaux en dehors des mois de mousson, ont été entreprises pour un bassin-versant typique de la province basaltique du Deccan. Le bassin-versant du Torla Odha couvre une superficie de 22 km², et alimente l’affluent du troisième ordre de la rivière Bhima, qui coule vers l’Ouest. La pluviométrie annuelle atteint 643 mm. Toute la demande en eau es assurée par des puits foncés pénétrant dans l’aquifère phréatique. Le débit spécifique a été estimé en comparant le volume net mensuel d’eau captée dans l’aquifère, avec le volume de l’aquifère dé-saturé, basé sur les données des niveaux piézométriques mensuels. Le débit spécifique estimé s’étend entre 0,0019 en Mai et 0.173 en Novembre; la moyenne se situe à 0,0093. Une corrélation entre les niveaux des eaux souterraines et la géologie, suggère que les débits spécifiques les plus importants (0,017) correspondent aux zones altérées de l’aquifère phréatique. Le débit spécifique du massif basaltique, immédiatement sous la zone altérée, varie entre 0,0089 et 0,0103. Le basalte vésiculaire, situé juste en dessous et traversé par des diaclases parallèles, possède un débit spécifique sensiblement plus élevé (0,0121). Le basalte massif, qui forme la base de l’aquifère phréatique, possède un débit spécifique moins important, compris entre 0,0019 et 0,0022.

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Resumen El rendimiento específico es un parámetro esencial para cualquier plan de manejo de aguas subterráneas. Se ha llevado a cabo el análisis volumétrico, en el entorno de balance de aguas subterráneas, para los meses sin monzón de una cuenca típica de la provincia de basaltos Deccan. La cuenca Rorla Odha cubre un área de 22 km² en un tributario de tercer orden del Río Bhima que fluye al oeste. La cuenca capta una lluvia anual normal de 643 mm. La totalidad de la demanda de agua es abastecida por pozos manuales que penetran un acuífero somero. Se estimó el rendimiento específico al comparar el volumen neto mensual de agua removido del acuífero con el volumen de agua de-saturado estimado a partir de datos de niveles de agua mensuales. Los valores estimados de rendimiento específico varían de 0.0019 en mayo a 0.0173 en noviembre con un valor promedio de 0.0093. La correlación de niveles de agua subterránea con la geología de detalle sugieren que el valor más alto (0.017) de rendimiento específico corresponden con el desaguado de la zona de intemperismo dentro del acuífero somero. El rendimiento específico del basalto masivo que se encuentra inmediatamente debajo de la zona de intemperismo varía de 0.0089 a 0.0103. El basalto vesicular subyacente, el cual está disectado por fracturas laminares, tiene un rendimiento específico relativamente más alto (0.0121). El basalto masivo, que forma la base del sistema de acuífero somero, tiene un rendimiento específico más bajo el cual varía de 0.0019 a 0.0022. Palabras clave: basalto Deccan. India. Rendimiento específico. Recarga de agua subterránea. Balance hídrico.

     

隧道锚杆锚固质量无损检测技术

采用声波检测仪,应用声频应力波在不同波阻抗面反射的能量和相位的变化原理,对隧道的锚杆锚固质量进行了无损检测试验研究,并对检测技术进行了探讨.结果表明,作为一种工程质量管理辅助手段,采用应力波对锚杆锚固质量进行无损检测,丰富了隧道围岩锚固质量检测方法,为隧道工程建设提供更好的质量保障.     

吉林台爆破料应力应变关系的三轴试验研究

通过室内大型三轴实验，研究了吉林台水库爆破料在不同级配下的应力应变关系，得到了在一定击实功下爆破料的最大干密度随细料含量变化的规律，分析了爆破料在不同级配和不同围压下应力与应变的变化规律、轴向应变与体积应变的关系及抗剪强度变化特性．从微观的角度说明了变化规律产生的原因，得出爆破料的抗剪强度随级配的变化而变化的规律．     

青藏高原中部的东西向扩张构造运动

系统分析了1933~2003年间青藏高原及其周缘发生的745个中、强地震的震源机制解,研究了高原地壳构造运动及其动力学特征。结果表明,大量正断层型地震集中发生在青藏高原中部海拔4000m以上的地区,其中许多地震是纯正断层型地震。震源机制结果显示,该区正断层型地震的断层走向多为南北方向,断层位错矢量的水平分量均位于近东西方向,这表明青藏高原高海拔地区存在着近东西方向的扩张构造运动。地震震源应力场的研究结果表明,在高原中部高海拔地区,E-W向或WNW-ESE向的水平扩张作用控制着该区的地壳应力场。青藏高原高海拔地区近东西方向的扩张构造运动是该区引张应力场的作用结果,其动力学原因可能与持续隆升的高原自重增大引起的重力崩塌及其周边区域构造应力状况有关。而青藏高原周缘地区,除了东部边缘外,南部的喜马拉雅山前沿以及青藏高原的北部、西部边缘所发生的绝大部分地震都是逆断层型或走滑逆断层型地震。在青藏高原周缘地区,北东或者北北东方向水平挤压的构造应力场为优势应力场。在中国西部的大范围内,主压应力P轴水平分量位于NE-SW方向,形成了一个广域的NE-SW方向的挤压应力场。青藏高原及其周缘应力场特征表明,印度板块的北上运动以及它与欧亚板块之间的碰撞所形成的挤压应力场是高原强烈隆起的直接原因。在青藏高原中南部形成了近东西向引张应力场为主的区域,并以东西向扩张构造运动部分释放其应力积累。研究高原高海拔地区的引张应力场和近东西向扩张构造运动的特征,对于认识青藏高原强烈隆起的地球动力学过程与机制,有着重要的理论意义。     

中国大陆科学钻探主孔声发射法现今地应力状态的确定

对中国大陆科学钻探主孔的岩心进行了声发射测量,确定了301～1531m深度的最大主应力。并与钻孔崩落法(深度1269～1655m)测量结果进行了对比,结果表明,声发射测量所得测值基本上落在钻孔崩落法测值的趋势线上,两种方法所得结果一致,说明测量结果可信。测量结果表明科学钻探主孔地应力大小随深度增加,在浅部301m最大主应力为13.4MPa,在深部1655m为55.2MPa。随深度的增加率为0.0279MPa/m。最大主应力方向为N54°±3.3°E,且方向不随深度变化。     

山东省临邑县临盘镇地裂冒喷水油灾害初步分析

1998年7月临邑县临盘镇西十二里村发生地裂冒喷水油灾害：对此次灾害研究认为，灾害发生前地应力已有明显改变，这种改变应是自然因素造成的，油田开发难以直接引发断层的活动。因此，地裂冒喷水、油灾害是因活动性断昙——临邑断层在局部薄弱部位活动而引起的，断层活动使地下流体顺断层涌出地表，是自然地质灾害。灾害的诱发因素是多方面的，其中地面不均衡沉降耦合使得地下应力布不均习，导致在断层的薄弱部位产生应力集中，并引发灾害发生。灾害发生已使得地下不均衡应力得以释放，近期内再次发生灾害的可能性不大。     

邯峰矿区古构造应力场与构造演化

采用共轭剪节理应力反演方法,恢复了邯郸-峰峰矿区晚古生代以来的3期古构造应力场,进而探讨了煤田构造的演化历史,将其分为4大阶段：①中生代早期近NS向挤压,煤系后期改造初动期;②中生代晚期SE-NW向挤压,奠定煤田构造格架的基础;③中生代末至古近纪NW-SE向拉张,煤田构造格架定型;④新近纪以来近东西向拉张,煤田构造的现代活动.