A coupling of mixed and discontinuous Galerkin finite-element methods for poroelasticity

In this paper, we formulate a finite-element procedure for approximating the coupled fluid and mechanics in Biot’s consolidation model of poroelasticity. We approximate the flow variables by a mixed finite-element space and the displacement by a family of discontinuous Galerkin methods. Theoretical convergence error estimates are derived and, in particular, are shown to be independent of the constrained specific storage coefficient, c _o . This suggests that our proposed algorithm is a potentially effective way to combat locking, or the nonphysical pressure oscillations, which sometimes arise in numerical algorithms for poroelasticity.     

中国大陆活动地块边界带主要断层的强震震间晚期综合判定

由于中国大陆强震主要分布在活动地块边界带上,所以活动地块边界带主要断层成为我国大陆型强震研究的重要目标,各强震孕育阶段的判定是大陆型强震原地复发的动力学过程研究主要内容,而目标断层是否处于震间晚期也是强震时间预测的重要研究基础.虽然地震短临预测仍存在诸多科学难题,但最近20年来全球若干强震相关研究表明,如果放宽预测时间尺度的要求,有些方法也可用于强震震间晚期的判定.本文以中国大陆活动地块边界带的391条断层段为研究目标,利用地震地质的强震破裂空段、大地测量的断层运动闭锁段、地震活动的中小地震稀疏段、数值模拟的库仑应力增强显著段等方法,综合判定中国大陆活动地块边界带可能处于震间晚期的主要断层段.本文结果仅是初步结果,该结果的可靠程度有赖于监测条件,其科学性有赖于大陆型强震孕育发生动力学过程的认识水平,虽然本文尝试给出中国大陆活动地块边界带主要断层的震间晚期判定结果,但其结果可靠程度、精细程度等均存在巨大的改善空间.最后,从断层孕震阶段判定需求的角度,本文尝试给出大陆型震源物理模型的具体基础模型,期望起到抛砖引玉的作用,也期望更多地震学家关注大陆型强震的物理机制及其预测基础研究.

     

陕西中南部现今断层滑动速率和闭锁深度反演

位于华北板块和扬子板块之间的陕西中南部由渭河盆地、秦岭造山带和汉中盆地构成,其新构造运动主要形式为山脉隆升、盆地断陷,因此以重复水准测量为手段的地壳垂直运动研究尤为重要.基于研究区1970年以来的多期精密水准测量数据,用GPS垂直运动速率约束的动态平差方法获得了区域垂直运动速度场.以此为基础,用倾滑位错模型、网格搜索方法反演了研究区主要断层倾滑速率和闭锁深度,结果显示：秦岭北缘断裂倾滑速率为2.25~4.53 mm·a^-1,闭锁深度为7.7~10.0 km;华山山前断裂倾滑速率为2.35~2.71 mm·a^-1;闭锁深度为2.8~5.0 km,反映了该断裂在华县大地震之后,可能还没有完全闭锁,发生大震的应变能积累条件不足;渭河盆地北缘断裂的倾滑动速率为2.0~2.5 mm·a^-1,闭锁深度仅为3.0 km左右,说明该断裂以蠕滑运动为主;略阳断裂倾滑速率为3.02 mm·a^-1,闭锁深度6.7 km,是陕南较活动的断裂.

     

基于修正πHW变分有限元板分析列式

本文讨论了基于修正πＨＷ变分的杂交应变板弯曲单元的分析模式，考察了该单元的数值性能，并分析了薄板自锁问题和板的振动问题。     

Overcoming the problem of locking in linear elasticity and poroelasticity: an heuristic approach

In this paper, we examine heuristically the reasons for locking in poroelasticity. As a first step, we first reexamine the problem of locking in linear elasticity. From this, we discover how the problem arises in the poroelasticity setting and how the problem might be overcome.     

丽江-小金河断裂带现今断层运动特征

本文利用GPS观测对丽江—小金河断裂带的现今断层运动和变形状态进行了分析和探讨.丽江—小金河断裂带两侧地块地壳变形差异显著,GPS速度剖面结果显示断裂带两侧存在地壳变形不连续现象;进一步以GPS速度场为约束,基于负位错模型反演的丽江—小金河断裂带的断层闭锁空间分布结果显示,以木里为界,北东段断层强闭锁从地表向深部延伸至15 km左右,西南段断层闭锁程度较高的区域位于5~15 km范围内,浅层表现为弱闭锁的状态;滑动亏损速率结果显示,两闭锁段的滑动亏损速率相差近4 mm·a^-1,说明丽江—小金河断裂带西南段的背景滑动速率明显高于北东段.基于数值模拟分析了西南段浅层蠕滑运动对周边断层的影响,结果表明西南段的浅层左旋滑动对北东段闭锁区和西南段深部强闭锁区均为正影响.

     

巴颜喀拉块体东部及邻区块体边界断裂变形特征及其强震危险性分析

在对巴颜喀拉块体东部及其邻区活动块体划分的基础上,基于刚性块体运动模型,利用1999—2007年GPS数据反演得到巴颜喀拉块体东部及邻区活动块体边界断裂带的长期滑动速率,并且利用一维弹性位错模型反演了各活动块体边界断裂的闭锁深度。根据反演得到的滑动速率和闭锁深度,结合GIS平台上获取的各边界断裂的几何长度得到各边界断裂的主要地震矩累积,并通过对比各断裂带上历史强震目录估算的地震矩释放分析各边界断裂带上的地震矩亏损量,进而分析各活动块体边界断裂的强震背景,以期为区域强震的中长期地震危险性分析和防震减灾策略的制定提供资料。     

柯坪块体周缘主要断裂闭锁程度与滑动亏损速率的分布特征

利用西南天山山前柯坪块体周缘的多期中国大陆构造环境监测网络区域站及新疆维吾尔自治区地震局在该区域加密布设的多个GPS站点数据,基于负位错反演原理,采用Defnode软件反演,得到柯坪、皮羌和迈丹3条主要断裂的闭锁程度和滑动亏损速率分布特征.模拟结果与实测值总体一致,但略有细微差异,GPS点位密集处残差在1mm/a左右,...     

安宁河—则木河断裂带和大凉山断裂带孕震深度研究及其地震危险性

安宁河—则木河断裂带及东侧的大凉山断裂带作为大凉山次级块体西侧与东侧边界,具有发生大地震的活动构造背景.本文意在用有限的形变数据和地震数据两种资料评估大凉山次级块体边界断裂带的孕震深度及其地震危险性.采用弹性半空间模型对安宁河断裂、则木河断裂和大凉山断裂带滑动速率和闭锁深度进行了详细分析;计算了90%、95%和99%不同分位数的小震深度下界值并与GPS得到的闭锁深度进行对比,分析二者异同点.结果显示,安宁河断裂北段闭锁深度为6.2 km,不到90%分位小震震源深度16 km的一半,表明该段在1952年M_S6³/₄地震后,断层逐渐趋于闭锁;而在6~16 km深度主要以小地震和无震滑动两种形式释放能量,存在深部蠕滑运动.大凉山断裂北段在0~10 km范围内完全闭锁,而10~25 km闭锁程度较弱.安宁河断裂南段、则木河断裂、大凉山断裂中段和南段均处于完全闭锁阶段,闭锁深度接近90%分位数小震深度的下界值,标准差约为0.94 km.此外,A、B、C三个剖面的反演结果表明大凉山次级块体的运动自北向南具有顺时针旋转特性,与川滇块体顺时针运动特征吻合.大凉山次级块体北、中、南三段边界断裂及块体内部总的滑动速率分别为9.8 mm·a^-1、8.9 mm·a^-1和8.4 mm·a^-1,呈自北向南递减趋势.大凉山断裂南段布拖断裂和交际河断裂积累的能量分别能够发生一次矩震级为M_W7.5的地震,离逝时间已经接近地震平均复发间隔,未来100年大地震的发震概率分别为7.1%和5.9%,应对其地震危险性给予重视.

     

Acceleration characteristics of a rock slide using the particle image velocimetry technique

2017年四川省茂县新磨村滑坡的启动具有明显的“锁固段”效应。在现场调查基础上,采用高强度脆性材料制作斜坡模型,开展物理模拟试验,重现滑坡变形破坏过程,分析新磨村后山高位顺层滑坡在反倾节理和潜在滑移破裂面控制下的启动机制,结合“锁固段”岩体变形破坏特征、变形监测数据和声发射信号,研究滑坡临滑前兆。试验发现：受上部滑体推挤,滑源区前部“锁固段”岩体沿反倾节理鼓胀剪出,在坡表形成鼓胀裂缝,在斜坡内部形成顺坡向拉裂面,两组破裂面组合形成阶梯状破坏面,构成“锁固段”岩体破坏边界条件。斜坡在上部滑移块体推挤下,中部形成向临空面高速启动的弹射块体,并带动下部倾倒块体向坡外运动,滑坡启动。故对于此类滑坡,可将沿反倾节理剪出形成的鼓胀裂缝视为宏观临滑前兆;同时在“锁固段”屈服阶段,坡表与坡顶的位移比值随时间先快速增长、后平缓,表征滑面逐渐贯通,滑坡各部位变形逐渐趋于协同,滑坡即将失稳。该比值时序曲线的斜率趋近于零可视为此类滑坡的临滑前兆。研究结论对发育反倾节理的顺层边坡失稳预警有理论和实践意义。