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【袁杰等】探讨障碍体对断层破裂过程及强地面运动的影响
来源:办公室 发布时间:2020-07-06

     前人的研究表明断层上的障碍体有可能诱使断层产生超剪切破裂。然而障碍体的存在是否加快了整个断层破裂的传播速度以及不同摩擦本构关系对破裂传播过程的影响并没有被详细的研究。本研究利用滑移弱化摩擦本构关系和速率-状态摩擦本构关系模拟障碍体对断层破裂过程的影响,详细分析障碍体及其强度对整个断层破裂传播速度的影响
     图1展现的是障碍体不同强度下断层上破裂前锋速度曲线。从图中可以看出,当断层面上存在障碍体时,断层的破裂过程就会发生改变,当破裂传至障碍体时,断层的破裂速度明显降低,当断层的破裂前锋离开障碍区一段距离后,破裂的速度又会明显加快。随着障碍强度的增加,断层上破裂速度曲线的起伏越来越大,当Δσn/σn超过3%时,断层上开始出现超剪切破裂区域,并随着Δσn/σn的增加,破裂以超剪切波速度传播的距离也相应增加,但是通过分析模拟结果后,我们发现随着障碍体强度的增加,断层的总体破裂持续时间基本不变并有微弱增加。由此得知,障碍体虽然会促使断层产生超剪切破裂,但并不能缩短断层的总体破裂持续时间,只是调节了破裂速度在断层面上的分布。 

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免费一本一道在线观看图1 断层上破裂速度分布随障碍体强度的变化。

     当断层以超剪切波速度破裂时,新老破裂形成的波前会发生相互干涉、叠加效应,使得地震动幅度大大增加,形成马赫波,造成地震灾害大大增强。那么由障碍体诱发的超剪切破裂是否会造成地表峰值加速的增加,从而造成地震灾害的增强呢?图2是存在不同强度障碍体的断层附近地表峰值加速度分布图。从图中可以看出当障碍体的强度较弱(Δσn/σn较小)时,断层附近地表峰值加速度没有明显变化,随着Δσn/σn的逐渐增大,障碍体开始促使断层产生超剪切破裂,并且以超剪切波速度传播的距离越来越长,断层附近地表峰值加速度也越来越大。由此说明障碍体的存在,有可能导致地震灾害的增强。

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图2 存在不同强度障碍体的断层附近地表峰值加速度分布图

相关论文发表:
Yuan, J., et al. (2020). "Effects of Barriers on Fault Rupture Process and Strong Ground Motion Based on Various Friction Laws." Applied Sciences 10(5): 1687. 
原文链接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/5/1687

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