中国及邻区现代构造应力场的数值模拟

我国及邻区的现代构造应力场作为一平面应力问题用有限单元法进行了计算。将本区地壳看成是一不均匀的弹性板,根据各地区杨氏模量E、泊松比v和地壳厚度T的不同,组成12种材料区。全区被分成288个三角形单元。考虑了五种应力和位移边界条件,这些边界条件分别反映了印度洋板块、太平洋板块及菲律宾海板块对我国及邻区施加应力的相对大小。将计算得到的最大剪应力值与强震分布进行对比,将最大主压应力方向与震源机制解的最大主压应力方向进行对比,选择一种和实际符合得最好的边界条件作为可取的模式。结果表明:来自印度洋板块的作用力最大,大约是来自太平洋板块和菲律宾海板块作用力的两倍。     

锦屏大理岩动态劈裂拉伸破坏及能量演化特征分析

劈裂拉伸破坏是隧洞围岩失稳破坏的主要形式之一。现阶段,在动态劈裂条件下岩石裂纹扩展及对应阶段的能量演化机制鲜有涉及。基于此,采用分离式霍普金森压杆对锦屏大理岩试样进行了不同弹速下的劈裂试验,并借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟试样动态劈裂破坏过程。从试验测试和数值计算角度,重点分析大理岩劈裂过程中的裂纹扩展机制以及能量演化特征。结果表明：在应变率为5～35 s−1时,大理岩的动态拉伸强度与应变率呈线性正相关,同其他地区大理岩相比较,锦屏大理岩的应变率敏感性相对较低;随着弹速的增加,系统内能和动能均增大,在试样破坏的瞬间系统内能降至最低;采用标定的Cowper-Symonds本构模型参数进行数值模拟,所得的试样最终破坏形态与试验观察到的现象基本一致。研究结果可为具体工程应用提供指导和参考。     

地面瞬变电磁勘探中源外地形的影响

起伏地形为中国矿产资源的发现和勘查造成了极大困难,为了避免复杂的地形效应,在地面瞬变电磁勘探中尽量将发射源与接收点布置在地形平缓处,但源外起伏地形的影响仍然存在。目前,对地形影响的分析大多从测道曲线图或者视电阻率断面图进行定性判断,较少从整个观测时间段内量化评估地形影响的程度。基于有限元法实现了带地形条件下矩形回线源的瞬变电磁三维正演,在源外构造了山脊、山谷地形,将地形与发射源的距离、大地电导率、异常体电导率作为变化参数,给出了整个观测时间段内在不同接收点处地形造成的相对误差分布,从而分析了源外地形对电磁响应的影响规律。结果表明：源外地形对电磁响应的影响主要集中在某个时间段内,随着与发射源距离增大,地形作用减弱,受影响区域也推移到较晚期时间段上;随着大地电导率增大,地形主要影响区域会推移到较晚期时间上,但受影响程度基本一致;相同几何尺寸的山谷地形比山脊地形对电磁响应的影响更大;地形、异常体对电磁响应的影响可以分离,如果异常体产生的二次场比较强,地形效应的影响相对较小,可以忽略地形影响。研究结果为地面瞬变电磁勘探中地形效应的识别与后期处理解释提供了理论依据。     

地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元数值模拟

为探讨用数值方法模拟地震孕育、发生、发展动态过程的途径,从线性流变体介质内制约质点运动的运动方程出发,导出了模拟地震孕育、发生、发展动态过程的三维有限元方程及程序。还给出了模拟进程中地震孕育、发生、发展过程的约束条件,使得可以用同一个程序完整地模拟地震孕育、发生、发展的全过程,为地震过程本质的认识以及物理预报的实现提供了一个潜在的新手段。     

极低频电磁法超高速振荡Bessel积分数值计算的解决方案——积分外推法

极低频电磁法需要考虑电离层和位移电流的影响,Bessel积分核函数超高速振荡,超过了现有滤波系数的截止频率,收敛慢,甚至不收敛,导致数值计算极为困难,即使采用现有的、最高采样密度的Hankel滤波系数进行数值计算,高频时的计算误差大,不能满足需求.针对以上问题,本文将积分外推算法应用到极低频电磁法的数值计算中.首先通过计算CSAMT在均匀半空间的数值解与解析解验证算法的准确性;然后研究了极低频电磁法三层模型中给定收发距的波场频率响应曲线及给定频率的波场结构特征,积分外推法的低频结果与高采样密度Hankel滤波计算结果一致,高频结果优于Hankel滤波计算结果.本文研究表明,积分外推算法可有效解决超高速振荡Bessel积分数值计算难题.     

注入诱发地震:利用高应力路径储层和温度诱发应力预处理降低诱发地震风险的策略

如果应力路径足够高,正断层应力机制下的流体注入可以稳定储层。当储层由于注入而显著冷却时,这种稳定性将消失。此外,本文还提出了一种新的激发剪切储层的策略,以减少诱发大震级地震的可能性。本文提出的方法适用于逆断层应力状态,包括初始应力预处理阶段,在该阶段,储层被冷却,压力增加受到限制。这一过程降低了水平总应力,从而也降低了差异应力。然后,储层受到孔隙压力快速增加的刺激,在较低的差异应力下导致剪切破坏,比储层中最初出现的差异应力要小。由于古登堡—里克特b值和差异应力之间的联系,以这种方式激发的储层将表现出更高的b值,从而也减少了发生大地震的可能性。该方法的适用范围包括正断层和走滑断层的应力机制。     

下地壳流变与造山带同挤压期地壳伸展的动力学关系

应用不可压缩非牛顿粘性流体的本构关系,对造山带同挤压期下地壳流变及其与上地壳构造伸展的动力学关系进行了二维有限元数值模拟. 结果表明,在板块侧向挤压下,当造山带山根下陷和地表隆起达一定程度后,地壳不同层圈岩石将发生复杂的粘性流变. 流变的运动学方式和分布范围不仅与时间有关、同时还受地壳厚度转变带形态的制约. 在构造挤压和山体荷载达到弹性平衡状态后,地壳流变首先发生在造山带下地壳山根,但经一定的Maxwell时间后,流变将不断局限于造山带前缘的厚度转变带. 这一流变方式的变化是导致造山带浅部地壳动力学转变的主要原因. 它造成造山带内上地壳最小主应力从近水平挤压不断转化为近水平拉张,由此使造山带前陆发生挤压冲断的同时,山体的核部发生上地壳的拉张伸展. 最后,应用这一结果讨论了青藏高原南缘南北向地壳伸展的动力学性质.     

搅拌桩复合地基平面模拟的简化方法探讨

水泥土搅拌桩(DMM)在高速公路工程中得到广泛应用,人们也希望能对该复合地基在路堤荷载下的地基的变形深入了解,其数值分析是一种重要的方法。但是,采用三维有限元进行数值模拟在高速公路工程中容易造成数组过大,计算时间并且收敛性比较差,因此把三维问题简化为二维问题是众望所归。在把三维问题简化二维平面问题简化计算时,最重要的是参数的折减。基于水泥土搅拌桩复合地基的特性,结合理论分析提出了一种参数折减的方法。并依据连盐高速公路实测的数据验证了该参数简化方法的可行性。     

一种带误差校正的横波速度预测方法

本文提出一种基于纵横波速度关系的带误差校正的横波速度预测方法,它主要针对在进行横波速度预测时所采用纵波模量M近似变换结果与标准的Gassmann关系(K变换)之间存在的误差提出了校正的方法,并给出了完整的基于纵横波速度关系的带误差校正横波预测技术流程,该技术是一个简单实用的横波速度预测工具.