本文詳細(xì)介紹了基于巖石摩擦實(shí)驗(yàn)提出的速率和狀態(tài)摩擦準(zhǔn)則,并研究了其在數(shù)值模擬震源參數(shù)變化、地震復(fù)雜性以及破裂動(dòng)力學(xué)中的作用。斷層滑動(dòng)和地震破裂的物理機(jī)制主要受接觸面上摩擦準(zhǔn)則的控制,對(duì)巖石摩擦的認(rèn)識(shí)是理解斷層和地震行為的關(guān)鍵。因此本文首先詳細(xì)回顧了速率和狀態(tài)摩擦準(zhǔn)則的發(fā)現(xiàn)過程及其基本特征,系統(tǒng)分析了該準(zhǔn)則在簡(jiǎn)單的單自由度彈簧滑塊模型下的穩(wěn)定性問題,也簡(jiǎn)要介紹了最近十年來巖石高速摩擦下的最新實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn),以及相關(guān)的強(qiáng)弱化理論�？傊畬�(duì)巖石摩擦的全面且系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)有助于理解斷層和地震現(xiàn)象的本質(zhì)。 觀察震源參數(shù)隨地震矩的變化一直是地震學(xué)家了解地震自相似性的手段之一。本文利用簡(jiǎn)單的單自由度彈簧滑塊模型,數(shù)值模擬了速率和狀態(tài)準(zhǔn)則控制下的系統(tǒng)所表示的震源參數(shù)的變化。在該模型下,地震的大小主要由斷層的尺度W(與模型中彈性剛度k成反比)控制。震源參數(shù)的變化受斷層相對(duì)尺度(斷層尺度W與成核尺度hc。的比值)的影響,對(duì)較小的地震,因?yàn)榉钦鸹坪蛿嗔涯艿谋戎乇容^大,震源參數(shù)有尺度效應(yīng)；對(duì)較大的地震,非震滑移和斷裂能可忽略,震源參數(shù)可視為自相似的。但是當(dāng)考慮了熱增壓效應(yīng)后,震源參數(shù)呈現(xiàn)非常明顯的變化,視應(yīng)力和應(yīng)...

【文章頁數(shù)】：193 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
目錄
表格
插圖
第一章 緒論
    1.1 本研究的背景及意義
    1.2 斷層滑動(dòng)行為的研究回顧
        1.2.1 速率和狀態(tài)摩擦準(zhǔn)則
        1.2.2 地震的破裂動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬
        1.2.3 斷層滑動(dòng)復(fù)雜性的起源
    1.3 本研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)
第二章 巖石和斷層上的摩擦
    2.1 經(jīng)典的摩擦準(zhǔn)則
    2.2 速率和狀態(tài)摩擦準(zhǔn)則
        2.2.1 摩擦準(zhǔn)則的提出和發(fā)展
        2.2.2 摩擦準(zhǔn)則的穩(wěn)定性
        2.2.3 斷層上的摩擦參數(shù)
    2.3 斷層上的強(qiáng)弱化機(jī)制
        2.3.1 強(qiáng)弱化作用的實(shí)驗(yàn)室證據(jù)
        2.3.2 斷層上的潤(rùn)滑作用
        2.3.3 其他的熱效應(yīng)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 單自由度彈簧滑塊模型下的震源參數(shù)比例關(guān)系
    3.1 斷層上的能量和地震輻射能
        3.1.1 地震輻射能
        3.1.2 Madariaga模型
        3.1.3 McGarr模型
        3.1.4 簡(jiǎn)單模型下的能量分異
    3.2 震源參數(shù)變化研究回顧
    3.3 基于單自由度彈簧滑塊模型的數(shù)值模擬
        3.3.1 含阻尼的動(dòng)態(tài)模型
        3.3.2 加載速率的影響
        3.3.3 干斷層下的震源參數(shù)比例關(guān)系
        3.3.4 濕斷層下的震源參數(shù)比例關(guān)系
    3.4 小結(jié)與討論
第四章 斷層長(zhǎng)期滑動(dòng)行為的復(fù)雜性
    4.1 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬方法
    4.2 RSF下地震的準(zhǔn)靜態(tài)成核過程
    4.3 單斷層地震活動(dòng)復(fù)雜性的研究回顧
        4.3.1 固有離散的數(shù)值模型
        4.3.2 速率和狀態(tài)準(zhǔn)則下的數(shù)值模型
    4.4 斷層滑動(dòng)模式的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬
        4.4.1 較小相對(duì)尺度下斷層的典型滑動(dòng)特征
        4.4.2 斷層滑動(dòng)特征隨斷層尺度W的變化
        4.4.3 斷層上震源參數(shù)的空間分布
        4.4.4 斷層滑動(dòng)特征隨d_c的變化
        4.4.5 充分大W/h_c時(shí)小震的出現(xiàn)
        4.4.6 震源參數(shù)隨W/h_c的變化
        4.4.7 計(jì)算中網(wǎng)格的影響
    4.5 小結(jié)與討論
第五章 斷層滑動(dòng)行為的動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬
    5.1 斷層穩(wěn)定性及特征尺度介紹
        5.1.1 彈性體間滑動(dòng)的穩(wěn)定性
        5.1.2 模型的相關(guān)特征尺度
    5.2 邊界積分方法的實(shí)現(xiàn)
        5.2.1 地震破裂傳播的動(dòng)力學(xué)模擬
        5.2.2 長(zhǎng)期滑動(dòng)行為的動(dòng)力學(xué)模擬
        5.2.3 數(shù)值模擬的空間網(wǎng)格和時(shí)間步長(zhǎng)
        5.2.4 動(dòng)力學(xué)破裂的算例
    5.3 不同摩擦準(zhǔn)則控制下的破裂特征
        5.3.1 滑動(dòng)弱化準(zhǔn)則下的裂紋擴(kuò)展
        5.3.2 速率弱化準(zhǔn)則下的脈沖(自愈合)擴(kuò)展
        5.3.3 速率和狀態(tài)準(zhǔn)則下的破裂模式
        5.3.4 破裂分岔現(xiàn)象
        5.3.5 自發(fā)形成的不同破裂特征
    5.4 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬的比較
        5.4.1 簡(jiǎn)單均勻模型的比較
        5.4.2 半空間及存在速率強(qiáng)化區(qū)下的比較
        5.4.3 存在障礙體的模型
        5.4.4 破裂風(fēng)格的比較
    5.5 小結(jié)與討論
第六章 結(jié)論和展望
    6.1 討論與結(jié)論
    6.2 未來的研究
參考文獻(xiàn)
附錄A 斷層的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)自相似模型
    A.1 靜態(tài)模型
    A.2 斷層的自相似模型
附錄B 應(yīng)力強(qiáng)度因子
    B.1 靜態(tài)解
    B.2 動(dòng)態(tài)解
附錄C 常見積分核的表達(dá)形式
    C.1 靜態(tài)積分核
        C.1.1 二維反平面/平面應(yīng)變斷層
        C.1.2 二維半空間垂直走滑平面斷層
        C.1.3 三維平面剪切斷層
    C.2 動(dòng)態(tài)積分核
        C.2.1 二維反平面/平面應(yīng)變斷層
        C.2.2 二維半空間垂直走滑斷層模型
        C.2.3 三維平面剪切斷層
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果



本文編號(hào)：4052598