地震是斷層的摩擦失穩(wěn)過程.摩擦本構(gòu)關(guān)系對斷層的破裂成核、破裂傳播、破裂速度、能量釋放、破裂終止等起著至關(guān)重要的控制作用.為了比較不同摩擦關(guān)系在斷層自發(fā)破裂動力學(xué)過程中的影響,文中引入目前應(yīng)用最為廣泛的4種典型摩擦本構(gòu)關(guān)系,它們分別是:滑移弱化摩擦關(guān)系,速率弱化摩擦關(guān)系,以及速率-狀態(tài)相依摩擦關(guān)系中的老化定律和滑動定律.研究中利用有限單元方法對上述4種摩擦關(guān)系控制的斷層自發(fā)破裂過程分別進行模擬計算,模擬結(jié)果顯示:當(dāng)模型參數(shù)相同時,不同摩擦關(guān)系模擬的破裂行為總體上具有一致性,都可以產(chǎn)生亞剪切破裂或超剪切破裂,并且破裂傳播速度的大小與摩擦本構(gòu)關(guān)系的類型無關(guān).此外,它們之間還存在著較大的差異:(1)速率弱化摩擦關(guān)系可以模擬脈沖型破裂;而其他3個摩擦關(guān)系只能模擬裂紋性破裂.(2)不同摩擦關(guān)系模擬的超剪切破裂轉(zhuǎn)換長度不同,速率-狀態(tài)相關(guān)摩擦關(guān)系的老化定律相比其他摩擦關(guān)系需要更大的轉(zhuǎn)換長度才能實現(xiàn)亞剪切破裂轉(zhuǎn)變?yōu)槌羟衅屏?而速率弱化的摩擦關(guān)系的超剪切轉(zhuǎn)換長度可以為0,即不需要轉(zhuǎn)換距離就直接產(chǎn)生超剪切破裂.(3)速率弱化摩擦關(guān)系模擬的破裂速度自成核后很快就達到穩(wěn)定值;而其他類型摩擦關(guān)系模擬的破裂傳播...

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【部分圖文】：

圖1有限元模型的幾何以及初始、邊界條件示意圖.

2.1有限元方法及其模型參數(shù)設(shè)置為研究摩擦本構(gòu)關(guān)系對斷層自發(fā)破裂動力學(xué)過程的影響,建立如圖1所示的二維有限元模型.模型幾何為200km×200km;模型中央的黑色直線代表斷層,長度為180km;五角星表示成核中心,長度為3km.為提高計算效率和計算精度,斷層附近的網(wǎng)格密....

圖2不同S值時,不同摩擦關(guān)系的滑移弱化曲線,其中橫坐標(biāo)表示滑動距離,縱坐標(biāo)為剪切應(yīng)力

表2S=0.9時的模型參數(shù)Table2ModelparametersusedinsimulationwhenS=0.9參數(shù)量值初始正應(yīng)力σn120MPa初始剪應(yīng)力τ069MPa最大靜摩擦系數(shù)μs(SW和RW)0.673滑動摩擦系數(shù)μf(SW....

圖3高S值條件下(S=1.79)不同摩擦關(guān)系模擬的斷層自發(fā)破裂過程快照(質(zhì)點振動速度)

圖6給出了兩種S值情況下,通過不同摩擦關(guān)系模擬得到的斷層面上距離成核中心15km處質(zhì)點的滑動速率和剪應(yīng)力隨時間的變化曲線.由圖可見,不同摩擦關(guān)系的滑動速率和剪應(yīng)力變化趨勢總體上是一致的,都是首先增大,到達峰值后迅速下降,且不同的摩擦關(guān)系模擬給出的在S=0.9情況下的滑動速率峰值....

圖4低S值條件下(S=0.9)不同摩擦關(guān)系模擬的斷層自發(fā)破裂過程快照(質(zhì)點振動速度)

圖3高S值條件下(S=1.79)不同摩擦關(guān)系模擬的斷層自發(fā)破裂過程快照(質(zhì)點振動速度)圖5不同摩擦關(guān)系下,斷層面上質(zhì)點位錯滑動速率的時空演化圖,其中橫坐標(biāo)為斷層面的點到成核中心的距離,縱坐標(biāo)為時間

本文編號：3935609