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基于快速边界元方法的倾滑断层近场效应和盆地聚焦效应耦合作用研究

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应用力学学报 2022年

作者：刘中宪周涛黄振恩黄磊章博峰天津市软土特性与工程环境重点实验室天津大学土木工程系天津城建大学土木工程学院

基于快速边界元方法和三维运动学有限断层模型，对倾滑断层作用下复杂场地地震动进行求解。以三维近断层沉积盆地为例，采用频域内动力格林函数求解散射场的地震动，以频域内地震波的相位变化反映发震断层在时域内的动态破裂过程，突破... 详细信息

基于快速边界元方法和三维运动学有限断层模型，对倾滑断层作用下复杂场地地震动进行求解。以三维近断层沉积盆地为例，采用频域内动力格林函数求解散射场的地震动，以频域内地震波的相位变化反映发震断层在时域内的动态破裂过程，突破了确定性震源难以模拟高频地震波散射的瓶颈，通过设计快速边界元方法频域-时域自适应逆变换程序得到时域内地震响应，在频域和时域内皆实现了基于确定性运动学有限震源模型的地震动快速边界元法模拟，量化分析了倾滑断层动态破裂下近场沉积盆地地震动的放大效应，揭示了地震的近断层效应与盆地效应的耦合机制。结果表明：近断层效应和盆地聚焦效应存在明显的耦合作用，显著影响了盆地区域地震动的空间分布，盆地中心点的地震动相较于断层附近输入地震动放大了3.97倍；永久位移随断层距离的增加而衰减；在沉积盆地区域内，地震动持时显著延长，软土沉积对外部输入的速度脉冲有放大作用，出现幅值较大的长周期速度大脉冲；沉积盆地会显著增大近断层强震集中性的分布范围。本文发展了一种高效准确的近断层复杂场地地震动模拟方法，研究结论对近断层沉积盆地地震区划和工程结构抗震设计具有重要意义。

关键词：快速边界元方法倾滑断层沉积盆地近断层效应场地效应

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倾滑断层对公路的致灾机理分析

安全与环境学报 2009年第3期9卷 126-131页

作者：邓龙胜范文彭建兵闫芙蓉熊炜长安大学地质工程与测绘学院西安710054 西部地质资源与地质工程教育部重点实验室西安710054 国土资源部岩土工程开放研究实验室西安710054

在有限元分析的基础上,对正断层和逆断层环境下公路的致灾机理进行了研究。结果表明,断层的活动将引起公路结构的弯曲变形,使公路处于拉、压、剪的受力状态。共中,正断层活动引起公路弯曲变形的范围主要为上盘距裂缝70 m至下盘距裂缝30... 详细信息

在有限元分析的基础上,对正断层和逆断层环境下公路的致灾机理进行了研究。结果表明,断层的活动将引起公路结构的弯曲变形,使公路处于拉、压、剪的受力状态。共中,正断层活动引起公路弯曲变形的范围主要为上盘距裂缝70 m至下盘距裂缝30 m,纵向应力剧增的主要范围为上盘内距裂缝170m 至下盘内距裂缝130 m,路面的开裂位移约为22 cm;逆断层活动时,公路弯曲变形的范围为上盘内距裂缝80m至下盘内距裂缝 40 m,纵向应力剧增的主要范围是上盘内距裂缝170 m至下盘内距裂缝180 m,路面的开裂位移约为12cm。根据公路的变形和受力规律,将正断层和逆断层环境下公路的破坏模式概化为张拉破坏、剪切破坏、弯曲压坏和复合破坏几种类型。按载荷-结构的方法,将上、下盘范围内的公路结构当作受均匀荷载的半无限弹性地基梁,把倾滑活断层环境下公路结构的位移、转角、弯矩、剪力等简化为断层地表竖向位移量、地基系数、路面荷载、路基路面等效刚度的函数。进行了算例分析,计算结果表明,断层活动主要使裂缝带的公路承受较大的变形、弯矩和剪力,这种影响范围主要分布在断层裂缝的两侧各30 m内。

关键词：地质工程倾滑断层破坏模式载荷-结构法弹性地基梁

倾滑断层作用下上覆土层响应分析及跨断层路堤减隔震措施研究

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倾滑断层作用下上覆土层响应分析及跨断层路堤减隔震措施研究

作者：张炳焜西南交通大学

学位级别：硕士

我国是一个地震多发的国家,近年来频繁发生的地震给人们留下了深刻的印象,也使人们对地震越来越重视。到目前为止,人们将研究重点更多地放在了地震引发的地面震动对结构的影响上,而对下覆断层错动导致上覆土层破裂的机理及该错动对上部... 详细信息

我国是一个地震多发的国家,近年来频繁发生的地震给人们留下了深刻的印象,也使人们对地震越来越重视。到目前为止,人们将研究重点更多地放在了地震引发的地面震动对结构的影响上,而对下覆断层错动导致上覆土层破裂的机理及该错动对上部结构的影响方面研究甚少。本文运用有限元软件ABAQUS,针对正断层和逆断层,对自由场-断层体系和路堤-筏板基础-断层体系进行了数值模拟,主要研究内容如下：（1）总结了断层错动数值模拟问题应当注意的关键影响因素,包含以下四点：准静态法、网格尺寸、应变软化和材料阻尼。通过计算对比分析,发现未全面考虑以上四个影响因素时,计算结果数值偏低,对断层错动时上覆土的响应估计不足。因此本文数值模拟部分均全面考虑了以上四点,使计算结果更为准确。（2）针对自由场地,设计了两种断层类型、七个断层倾角、两种土质和四种覆土厚度的计算模型,对下覆断层错动时上覆土层破裂规律及地面变形特性进行了研究,并进行了参数分析。计算结果表明,地面显著变形区域宽度、地面断层出露点位置、断层临界位移量及覆土破裂特性,与断层和土体参数有着密切关系。（3）采用一定宽度和厚度的刚性筏板作为路堤的局部基础,通过调整筏板基础的放置位置,对逆断层和正断层,断层倾角为45°,60°和75°时各进行了三种不同情况的模拟计算。分析对比了各种情况下上覆土层及路堤本体的破裂变形特性和筏板基础弯矩的分布规律,以此定性的提出较优的筏板基础减隔震方法,降低灾害发生的可能和灾害破坏的水平。（4）应用ABAQUS中的EXPLICIT模块,对断层错动此类高度非线性问题进行了准静态模拟,并且结合有限元软件的二次开发接口,实现应变软化摩尔库伦模型在本模拟中的应用,使模拟计算结果与实际情况更为契合。

关键词：倾滑断层数值模拟上覆土层路堤减隔震 ABAQUS

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关于直立倾滑断层运动的几个问题

中国地震 1990年第1期6卷 87-93页

作者：邱泽华国家地震局地壳应力研究所

直立倾滑断层运动的一个重要特点是:其驱动力应该是产生于断层带附近深部物质的差异升降运动。在这种条件下,断层的扩展将是一个从深到浅的过程。地壳强度按深度峰形分布可能是这种过程缓慢地进行到某一阶段出现失稳的一个重要原因。另... 详细信息

直立倾滑断层运动的一个重要特点是:其驱动力应该是产生于断层带附近深部物质的差异升降运动。在这种条件下,断层的扩展将是一个从深到浅的过程。地壳强度按深度峰形分布可能是这种过程缓慢地进行到某一阶段出现失稳的一个重要原因。另一个对直立倾滑断层运动有重要影响的因素是围压按深度的分布。在深部,因为围压很大,所以断层能够沿平面扩展;而在浅部,当围压足够小时,在断层的端都会出现侧向张性破裂。

关键词：断层运动倾滑断层断层

半无限空间中剪切断层错动产生的应力场(二)——倾向滑动断层

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西北地震学报 2000年第3期22卷 217-223页

作者：姚兰予聂永安赵根模天津市地震局天津300201

给出了半无限空间中任意倾角的倾向滑动剪切断层错动产生的应力场的一套严密的解析表达式 .对前人所做的该方面的工作进行了检验和回顾 ,重新对公式进行了严密的数学推导 ,给出了正确的结果。

关键词：位错倾滑断层应力场解析表达式地震

Ps转换波的特征及其在浅层剪切波速度结构测定中的应用

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Ps转换波的特征及其在浅层剪切波速度结构测定中的应用

作者：杨传茂中国科学技术大学

学位级别：硕士

地震转换波是探测地壳和地幔速度结构的有力工具,远震和近震转换波均得到了广泛应用。其中,主要利用远震地壳和地幔间断面转换波的远震P波接收函数得到迅速发展,已经成为获得壳幔速度结构重要方法。远震P波接收函数基于平面波入射假定,... 详细信息

地震转换波是探测地壳和地幔速度结构的有力工具,远震和近震转换波均得到了广泛应用。其中,主要利用远震地壳和地幔间断面转换波的远震P波接收函数得到迅速发展,已经成为获得壳幔速度结构重要方法。远震P波接收函数基于平面波入射假定,将入射波视为与直达P波具有相同射线参数的单一震相。然而,在一定震中距时,核幔边界反射P波（如PcP震相）会进入接收函数提取窗口,而其射线参数与直达P波相差较大,可能导致提取的接收函数存在偏差。本文的测试结果显示PcP往往导致接收函数振幅降低,其中深源倾滑地震激发的PcP对接收函数影响较大,最大可使接收函数振幅降低20%,而走滑地震激发的PcP弱,对接收函数影响很小。受此影响,接收函数反演的壳幔速度会有一定程度的降低。叠加方法可以有效压制接收函数中PcP震相导致的虚假信号,但是仍然难以完全去除PcP对接收函数振幅的影响。与远震相比,近震的震级小、持续时间短、波长小,有助于分辨薄层结构。在近震波形中,基岩顶部界面产生的转换震相Ps携带了沉积层速度结构的信息,能够用来约束浅部的剪切波速度。本文主要利用和转换波Ps的振幅比与走时差,发展了基于近震直达P波测量沉积层剪切波速度结构的方法,并使用松辽盆地内近震数据验证了该方法可靠性。理论测试表明,转换波方法能够较好地恢复沉积层剪切波速度结构。同时,松辽盆地速度结构测量结果显示,本方法获得的沉积层顶部S波速度和盆地内第四纪松散沉积物速度一致,沉积层厚度的分布和区域构造特征相近并且与人工地震勘探结果可比。该方法简便有效,能够用于浅层剪切波速度结构探测。

关键词：转换波核幔边界 PcP 倾滑断层浅层速度结构剪切波振幅比走时差

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剪切破裂源及其近场影响

地震工程学报 1988年第4期 12-28页

作者：姚兰予天津市地震局

本文利用有限差分法对垂直走滑断层和垂直倾滑断层两种剪切破裂源在不同埋深和不同破裂尺度(指垂直于地面方向上断层尺度)情况下的近场理论地震图进行了讨论,并得到了地表不同震中距处的加速度付氏谱。通过对上述两种源所产生的近场效... 详细信息

本文利用有限差分法对垂直走滑断层和垂直倾滑断层两种剪切破裂源在不同埋深和不同破裂尺度(指垂直于地面方向上断层尺度)情况下的近场理论地震图进行了讨论,并得到了地表不同震中距处的加速度付氏谱。通过对上述两种源所产生的近场效应的对比分析,本文得到了以下初步结果: (1) 在埋深相同,断层面宽度相同的情况下,垂直走滑断层源对近场地表的影响比垂直倾滑断层源大。(2) 在垂直倾滑断层源的埋深、破裂尺度相同的情况下,在地表同一震中距处产生的水平位移要比垂直位移大。(3) 两种破裂源在地表同一震中距处产生的位移的最大振幅随破裂尺度的增大而增大,且近似为线性关系;在极震区内不同震中距处产生的位移的最大振幅随震中距的增大而减小,且随震中距的变化率在减小;在地表不同震中距处产生的加速度的付氏谱的主峰周期随震中距的增大而变长,随破裂的增大,付氏谱中主峰周期也加长,且长周期成份愈多;随着破裂源埋深的增加,地表不同震中距处产生的位移的最大振幅变小,即等震线变疏。(4) 走滑断层源产生的加速度付氏谱的主峰周期比倾滑断层源长。

关键词：破裂尺度埋深倾滑断层地质断层震中距地震基本参数走滑断层平移断层最大振幅震源时间函数付氏谱近场电磁场

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像力及其在震源过程中的作用

地震工程学报 1982年第1期 7-23页

作者：荣代潞兰州地震研究所兰州地质研究所震源物理研究生

本文应用固体物理学中位错所受自由面的像力的概念来讨论调整单元(自由面或软弱介质)对孕震震源地区断层的蠕裂、临震前锁住段断层中预位移的传播以及地震发生时裂缝的失稳传播的影响。推导了几种不同形状的自由边界对螺型位错和刃型位... 详细信息

本文应用固体物理学中位错所受自由面的像力的概念来讨论调整单元(自由面或软弱介质)对孕震震源地区断层的蠕裂、临震前锁住段断层中预位移的传播以及地震发生时裂缝的失稳传播的影响。推导了几种不同形状的自由边界对螺型位错和刃型位错作用的像力的表达式。以直立倾滑断层为例求出了震源地方断层某一段发生相对位移时由于自由面的像力作用而在断层上引起的附加应力场。估算了实际断裂情况下此附加应力场的数量级。认为像力的作用在震源过程中尤其是在研究对大震的触发作用时是不可忽视的。从像力的观点出发解释了地震发生时的一些现象。

关键词：震源过程应力场断层错动位错晶体缺陷西北地震学报构造剪应力倾滑断层地质断层浅源地震浅震

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活动断层避让问题探讨与建议

城市与减灾 2018年第1期 8-13页

作者：徐锡伟陈桂华中国地震局地壳应力研究所

引言人类的历史,就是发展与灾难共存的历史,地震灾害是人类面临的主要自然灾害之一。地震是活动断层错动的直接结果,造成地震灾害的两个主要因素是近断层强地面运动和活动断层地表断错,前者是由于积累在活动断层附近岩石中的弹性应变能... 详细信息

引言人类的历史,就是发展与灾难共存的历史,地震灾害是人类面临的主要自然灾害之一。地震是活动断层错动的直接结果,造成地震灾害的两个主要因素是近断层强地面运动和活动断层地表断错,前者是由于积累在活动断层附近岩石中的弹性应变能,通过断层突发性滑动释放引起的。根据大量地震现场调查、断层扩展实验和地震破裂机制研究表明,震级大于6.5级的地震通常会在地表形成数千米至数百千米长的地表破

关键词：隐伏活动断层变形带走滑断层地震地表破裂带上盘效应同震地表破裂避让距离断层错动倾滑断层