不同摩擦本构关系对断层自发破裂动力学过程的影响

发布时间：2024-03-23 07:49

　　地震是断层的摩擦失稳过程.摩擦本构关系对断层的破裂成核、破裂传播、破裂速度、能量释放、破裂终止等起着至关重要的控制作用.为了比较不同摩擦关系在断层自发破裂动力学过程中的影响,文中引入目前应用最为广泛的4种典型摩擦本构关系,它们分别是:滑移弱化摩擦关系,速率弱化摩擦关系,以及速率-状态相依摩擦关系中的老化定律和滑动定律.研究中利用有限单元方法对上述4种摩擦关系控制的断层自发破裂过程分别进行模拟计算,模拟结果显示:当模型参数相同时,不同摩擦关系模拟的破裂行为总体上具有一致性,都可以产生亚剪切破裂或超剪切破裂,并且破裂传播速度的大小与摩擦本构关系的类型无关.此外,它们之间还存在着较大的差异:(1)速率弱化摩擦关系可以模拟脉冲型破裂;而其他3个摩擦关系只能模拟裂纹性破裂.(2)不同摩擦关系模拟的超剪切破裂转换长度不同,速率-状态相关摩擦关系的老化定律相比其他摩擦关系需要更大的转换长度才能实现亚剪切破裂转变为超剪切破裂;而速率弱化的摩擦关系的超剪切转换长度可以为0,即不需要转换距离就直接产生超剪切破裂.(3)速率弱化摩擦关系模拟的破裂速度自成核后很快就达到稳定值;而其他类型摩擦关系模拟的破裂传播...

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【部分图文】：

图1有限元模型的几何以及初始、边界条件示意图.

2.1有限元方法及其模型参数设置为研究摩擦本构关系对断层自发破裂动力学过程的影响,建立如图1所示的二维有限元模型.模型几何为200km×200km;模型中央的黑色直线代表断层,长度为180km;五角星表示成核中心,长度为3km.为提高计算效率和计算精度,断层附近的网格密....

图2不同S值时,不同摩擦关系的滑移弱化曲线,其中横坐标表示滑动距离,纵坐标为剪切应力

表2S=0.9时的模型参数Table2ModelparametersusedinsimulationwhenS=0.9参数量值初始正应力σn120MPa初始剪应力τ069MPa最大静摩擦系数μs(SW和RW)0.673滑动摩擦系数μf(SW....

图3高S值条件下(S=1.79)不同摩擦关系模拟的断层自发破裂过程快照(质点振动速度)

图6给出了两种S值情况下,通过不同摩擦关系模拟得到的断层面上距离成核中心15km处质点的滑动速率和剪应力随时间的变化曲线.由图可见,不同摩擦关系的滑动速率和剪应力变化趋势总体上是一致的,都是首先增大,到达峰值后迅速下降,且不同的摩擦关系模拟给出的在S=0.9情况下的滑动速率峰值....

图4低S值条件下(S=0.9)不同摩擦关系模拟的断层自发破裂过程快照(质点振动速度)

图3高S值条件下(S=1.79)不同摩擦关系模拟的断层自发破裂过程快照(质点振动速度)图5不同摩擦关系下,断层面上质点位错滑动速率的时空演化图,其中横坐标为断层面的点到成核中心的距离,纵坐标为时间

本文编号：3935609