基于速度—狀態(tài)摩擦本構(gòu)定律的3維DDA方法研究
發(fā)布時(shí)間：2021-08-13 03:45
晚第四紀(jì)十分發(fā)育的活動(dòng)斷裂將中國(guó)大陸切割成若干地塊，研究地塊間的相互作用及其運(yùn)動(dòng)變形特征有助于了解中國(guó)大陸強(qiáng)震孕育和發(fā)生的過(guò)程。3維非連續(xù)變形分析（DDA）方法是巖土工程領(lǐng)域模擬含節(jié)理巖體運(yùn)動(dòng)與變形的數(shù)值解析方法。被斷層切割的構(gòu)造塊體與被裂隙分隔的巖體均屬于非連續(xù)介質(zhì)，將巖土工程中應(yīng)用效果很好的DDA方法引入構(gòu)造塊體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究中，能夠定量描述區(qū)域構(gòu)造塊體系統(tǒng)應(yīng)變積累、釋放過(guò)程，有利于分析不連續(xù)變形的地球動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。主要工作內(nèi)容及認(rèn)識(shí)如下：1、全面認(rèn)識(shí)速度-狀態(tài)摩擦本構(gòu)定律。通過(guò)閱讀速度-狀態(tài)摩擦本構(gòu)定律相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)其基本形式、計(jì)算過(guò)程及適用條件有了深刻認(rèn)識(shí)。速度-狀態(tài)摩擦本構(gòu)定律是基于實(shí)驗(yàn)室摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的本構(gòu)關(guān)系，可以成功地解釋地震周期各階段斷層面剪應(yīng)力變化，解釋發(fā)震斷層行為，是研究地震與斷層力學(xué)的有效手段。2、熟悉3維DDA方法基本原理、計(jì)算流程及代碼。學(xué)習(xí)3維DDA方法基本理論，掌握其計(jì)算流程，通過(guò)重復(fù)自由落體及單面滑動(dòng)算例測(cè)試了3維DDA程序的計(jì)算嚴(yán)密性，給出該版本3維DDA方法的求解精度。鑒于其采用常摩擦系數(shù)的Mohr-Coulomb定律作為切向破壞準(zhǔn)則，當(dāng)模擬研...
【文章來(lái)源】：中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所北京市
【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
九份二山滑坡圖a的九份二山滑坡是1999年臺(tái)灣集集地震觸發(fā)的大角度滑坡之一，圖b顯示了地震前后地形橫截面圖，紅色虛線是震前地形，黑色實(shí)線是震后地形
5圖 1.2 DDA 模擬地震造成的滑坡失穩(wěn)過(guò)程管 3 維 DDA 方法的理論已經(jīng)完善（Shi, 2001, 2005），但實(shí)現(xiàn)起來(lái)難，尤其是三維接觸問(wèn)題，因此還鮮有實(shí)際應(yīng)用。吳建宏等（2003, 離散元法（DEM）與 DDA 方法的特點(diǎn)，數(shù)值模擬了日本天鳥(niǎo)橋西的動(dòng)態(tài)過(guò)程，與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)影像基本一致；Beyabanaki et al.（2010）位移函數(shù)由一階發(fā)展至高階并用 C++程序?qū)崿F(xiàn)，數(shù)值模擬懸臂梁彎論解吻合較好（圖 1.3）；張楊等（2010）對(duì)連續(xù)結(jié)構(gòu)做了 3 維 DD發(fā)現(xiàn)插值函數(shù)升至三階及以上時(shí)，數(shù)值解與理論解吻合；張國(guó)新等（3 維 DDA 的三個(gè)主要問(wèn)題，提出了解決辦法，并初步應(yīng)用在巖質(zhì)邊得了合理的安全系數(shù)。本研究?jī)?nèi)容作為其理論發(fā)展的一部分，希望方法起推動(dòng)作用。
圖 1.3 3 維 DDA 用于懸臂梁彎曲的數(shù)值模擬結(jié)果1.1.3 DDA 方法在現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀斷層應(yīng)變積累水平和速率的不同往往決定了其在地震輪回中的階段。為給出合理的預(yù)報(bào)意見(jiàn)，需要結(jié)合地殼運(yùn)動(dòng)變形特征對(duì)地震危險(xiǎn)性做出判斷。不同板塊邊界相互作用形成了一系列斷裂帶，巖石圈應(yīng)被看成非連續(xù)介質(zhì)。利用 GPS 等觀測(cè)資料可以得到不同塊體的主應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率等形變信息，結(jié)合 DDA方法可以給出塊體系統(tǒng)應(yīng)變積累的動(dòng)態(tài)過(guò)程。Liu et al. （1996）用 DDA 方法模擬了華北地區(qū)無(wú)震斷層滑動(dòng)和斷塊形變，將模擬結(jié)果與觀測(cè)資料進(jìn)行比較，認(rèn)為由區(qū)域擠壓引起的滑動(dòng)控制了整個(gè)滑動(dòng)情況（圖 1.4）；陳兵等（2000）依據(jù) DDA 基本理論，提出了利用 GPS 等觀測(cè)資料解算塊體運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)力場(chǎng)的“位移載荷法”，并計(jì)算了華北地區(qū)塊體的運(yùn)動(dòng)方向，結(jié)果與觀測(cè)資料基本吻合；張曉亮等（2003）依據(jù) DDA 方法的基本理論，提出了解決塊體侵入問(wèn)題的“子矩陣調(diào)整法”，并以青藏塊體東北緣為例，模擬該區(qū)
本文編號(hào)：3339676
【文章來(lái)源】：中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所北京市
【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
九份二山滑坡圖a的九份二山滑坡是1999年臺(tái)灣集集地震觸發(fā)的大角度滑坡之一，圖b顯示了地震前后地形橫截面圖，紅色虛線是震前地形，黑色實(shí)線是震后地形
5圖 1.2 DDA 模擬地震造成的滑坡失穩(wěn)過(guò)程管 3 維 DDA 方法的理論已經(jīng)完善（Shi, 2001, 2005），但實(shí)現(xiàn)起來(lái)難，尤其是三維接觸問(wèn)題，因此還鮮有實(shí)際應(yīng)用。吳建宏等（2003, 離散元法（DEM）與 DDA 方法的特點(diǎn)，數(shù)值模擬了日本天鳥(niǎo)橋西的動(dòng)態(tài)過(guò)程，與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)影像基本一致；Beyabanaki et al.（2010）位移函數(shù)由一階發(fā)展至高階并用 C++程序?qū)崿F(xiàn)，數(shù)值模擬懸臂梁彎論解吻合較好（圖 1.3）；張楊等（2010）對(duì)連續(xù)結(jié)構(gòu)做了 3 維 DD發(fā)現(xiàn)插值函數(shù)升至三階及以上時(shí)，數(shù)值解與理論解吻合；張國(guó)新等（3 維 DDA 的三個(gè)主要問(wèn)題，提出了解決辦法，并初步應(yīng)用在巖質(zhì)邊得了合理的安全系數(shù)。本研究?jī)?nèi)容作為其理論發(fā)展的一部分，希望方法起推動(dòng)作用。
圖 1.3 3 維 DDA 用于懸臂梁彎曲的數(shù)值模擬結(jié)果1.1.3 DDA 方法在現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀斷層應(yīng)變積累水平和速率的不同往往決定了其在地震輪回中的階段。為給出合理的預(yù)報(bào)意見(jiàn)，需要結(jié)合地殼運(yùn)動(dòng)變形特征對(duì)地震危險(xiǎn)性做出判斷。不同板塊邊界相互作用形成了一系列斷裂帶，巖石圈應(yīng)被看成非連續(xù)介質(zhì)。利用 GPS 等觀測(cè)資料可以得到不同塊體的主應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率等形變信息，結(jié)合 DDA方法可以給出塊體系統(tǒng)應(yīng)變積累的動(dòng)態(tài)過(guò)程。Liu et al. （1996）用 DDA 方法模擬了華北地區(qū)無(wú)震斷層滑動(dòng)和斷塊形變，將模擬結(jié)果與觀測(cè)資料進(jìn)行比較，認(rèn)為由區(qū)域擠壓引起的滑動(dòng)控制了整個(gè)滑動(dòng)情況（圖 1.4）；陳兵等（2000）依據(jù) DDA 基本理論，提出了利用 GPS 等觀測(cè)資料解算塊體運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)力場(chǎng)的“位移載荷法”，并計(jì)算了華北地區(qū)塊體的運(yùn)動(dòng)方向，結(jié)果與觀測(cè)資料基本吻合；張曉亮等（2003）依據(jù) DDA 方法的基本理論，提出了解決塊體侵入問(wèn)題的“子矩陣調(diào)整法”，并以青藏塊體東北緣為例，模擬該區(qū)
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