锦屏一级水电站库区中小地震震源机制解与局部应力场特征

利用四川及邻区数字地震台网2013—2018年的波形资料,基于CAP和HASH方法反演得到锦屏一级水电站(以下简称锦屏水库)库区及周边M_(L)≥2.5地震的震源机制解,根据DRSSI方法计算得到库区局部应力场信息,结合该区域的地质资料,从震源机制参数和局部应力场变化等方面讨论了水库加卸载对该区域地震活动的影响.取得的主要认识如下:(1)库区地震活动类型以走滑型为主,不同加卸载阶段震源机制类型存在一定差异,库区蓄水前期震源机制类型呈现多样性,蓄水后期与区域背景场趋于一致;(2)库区应力场最大主应力方向以NNW-SSE向为主,分时段结果显示,蓄水后期局部应力场最大主应力方向由NNW向逐渐发生偏转至NW向;(3)库区周边的地质构造和岩性条件有利于库水的渗透,蓄水后重力载荷和流体渗透的共同作用导致岩体断层面库仑应力的变化,从而呈现出库区蓄水前后中小地震活跃程度的显著差异特征.

玉树地震震前甘孜—玉树断裂局部应力场时空偏转特征的离散元模拟研究

区域地质构造活动会改变地壳的应力状态,构造地震是区域地质构造活动的极端方式,了解震前发震断裂局部应力场的变化规律对断裂活动性的表征具有重要意义。为此,利用颗粒离散元软件PFC~(2D),以玉树地震台站YRY-4钻孔应变仪的监测数据为依据,模拟2010年4月14日玉树M_S 7.1级地震发震断裂,甘孜—玉树走滑断裂,震前局部应力场最大主应力方向的时空偏转特征。研究表明,震前玉树台站位置的模拟最大水平主应力SH方向出现逆时针偏转,在积累了一定应变能后偏转逐步恢复,模拟局部应力方向的变化趋势与现场实际观测结果基本一致。断裂处不同位置SH变化规律不同,距离断裂构造越近,局部应力受到的扰动越明显;位于拉应力集中区的SHT和压应力集中区的SHP同时向两者所在区域的分界方向旋转,且偏转角随时步的增加逐步增大;不同区域的应力积累程度不同,且随着加载时间的推移而增强,并在不同时刻发生破裂,具有明显的时空异步效应。

含纳米纤维共晶基陶瓷复合材料的局部应力场

通过考虑纳米纤维与共晶界面的相互作用,利用四相模型推导出共晶基陶瓷复合材料中三相胞元内的应力分布规律;根据体积平均应变,得到共晶基陶瓷复合材料的有效柔度增量;由复合材料远场应力边界条件获得棒状共晶体内基体、界面和纳米纤维内的局部应力场。结果表明:棒状共晶体内的局部应力场与共晶体内各组分的刚度和体积含量以及夹杂和界面相的形状有关。由于共晶界面的强约束效应,基体分担的应力数值明显减小,所以共晶界面使共晶基陶瓷复合材料得到了强化。

结构局部应力场全景光弹测量方法研究

针对大型结构局部复杂应力场直观测量的需求,提出了全景光弹测试技术。在经典光弹实验系统中,偏振系统的大小限制了试件尺寸;同时理想光源系统的复杂性降低了实验测量的机动性。由于这两方面的限制导致经典光弹方法在测量大型复杂结构时存在较多的非确定性。为此建立了一个等效偏振系统,通过在试件表面镀制偏振膜的办法将偏振系统依附于试件表面,以解决试件尺寸限制问题。同时放弃了理想光源而采用自然光源,以提高测量的机动性。通过四点弯曲实验来检验本文方法的有效性。结果表明提出的测量技术是有效可靠的。利用本文提出的方法,对实际桥梁中缩尺试件的局部应力场进行了测量,得到了可用于结构模型修正的应力中心线信息。

界面对金属基复合材料轴向弹塑性拉伸性能的影响及局部应力场的分析

本文建立在广义自洽有限元迭代平均化方法的基础上，计算了存在弹性界面相的ＳｉＣ晶须增强铝基复合材料的轴向弹塑性拉伸性能。研究了界面厚度以及界面在不同纤维长径比和体分比情况下对复合材料轴向拉伸性能的影响。

泸定地震诱发磨西断裂局部应力场偏转的离散元模拟分析

基于磨西断裂附近的姑咱台站和天全台站YRY-4型四分量钻孔应变仪的监测数据,采用PFC^(2D)(5.0)离散元软件模拟泸定地震时磨西断裂局部应力场最大主应力方向的时空演化特征。模拟结果表明,地震前后姑咱台站和天全台站的最大水平主应力(S_(H))方向出现不同程度偏转。模拟结果与现场观测结果基本吻合,泸定地震时断裂的左旋错动会引起地壳浅表层产生压缩应力区和拉伸应力区,而且压缩应力区的偏转角变化值(Δθ)整体呈现逆时针偏转,拉伸应力区的Δθ整体呈现顺时针偏转,距离断裂越远,局部应力场偏转角越小。

汶川M_W 7.9和集集M_W 7.6地震前应力场转换现象及其可能的前兆意义

2008年四川汶川M_W 7.9地震和1999年台湾集集M_W7.6地震均为挤压推覆构造环境下发生的板内逆断层型地震.通过对比分析2次地震前的CMT解、震源区附近的中小地震震源机制解及其反演的应力场可知,集集地震主震震源机制解与用台湾内陆中西部的CMT解反演得到的逆断层类型构造应力场吻合,而在主震前震源区附近中小地震震源机制解反演得到与构造应力场不一致的走滑类型局部应力场,但当局部应力场变化到与构造应力场一致时,数月后发生主震;同样,用青藏高原东部的CMT解震源机制反演得到走滑类型的构造应力场,逆断层类型的汶川主震与构造应力场的压应力轴吻合,震区附近中小地震反演得到了与构造应力场一致的区域应力场,但震前局部应力场变化与逆断层类型应力场一致时,随即发生主震.说明逆断层型主震区附近随着震源区应力积累,在震前会出现相似的局部应力场转换现象,当最终转换到与发生主震的应力状态一致时,表明震源区附近应力已达到相当高的应力水平,可能是发生大地震的征兆,应引起进一步的关注.

东升庙矿区应力场以及矿岩层形成变化规律分析

地应力产生的原因十分复杂，但其在研究区域和采场稳定性问题方面，是必不可少的考量因素。通过对东升庙区域应力场及其演化分析，得到了矿区局部应力场的几个分布特征，掌握了矿岩层的形成与变化规律，探讨了同生断裂活动对矿岩体稳定性的影响。

元谋‒昔格达断裂及其附近上新世以来的构造应力场特征及地貌响应

基于传统的古构造应力场重建方法,依据元谋‒昔格达断裂及其附近的构造形迹,恢复了区域构造应力场。结果表明,研究区自上新世以来,主要受早期(中更新世之前)的NNE-SSW向和晚期(中更新世以来)的NNW-NWW向水平主压应力作用;而江边‒下雷弄、化同‒秧田井、一平浪‒罗川一带的元谋‒昔格达断裂晚第四纪倾滑特征与相应段落处的局部构造应力场密切相关,反映了构造应力场对断裂的活动性质具有重要的影响和调整作用。结合该构造第四纪活动方式和区域构造应力场变化,粗略勾画出研究区及其邻区的新生代晚期动力学模型。

铁路新型标准混凝土箱梁预应力锚固区力学行为精细化研究

标准混凝土箱梁在我国铁路建设中得到了广泛应用。铁路应用某新型标准混凝土箱梁,采用单排大吨位的预应力锚固形式,共计在梁端设置了17个预应力锚固区。相较于武广客专等应用的双排预应力钢束标准混凝土箱梁,其腹板预应力锚固区的局部应力分布及精细化力学行为值得进一步研究。通过建立新型标准混凝土箱梁空间有限元模型,考虑材料的非线性行为,对箱梁端部预应力锚固区的局部应力场及裂缝开展高精度计算分析。研究结果表明:预应力钢束张拉过程中锚固区混凝土最大主压应力位于N6(腹板最上部预应力钢束)的喇叭口边缘,为33.45 MPa;最大主压应力小于其抗压极限强度值,集中在喇叭口的环向范围内,整体呈现区域小、收敛快的分布形式;标准混凝土箱梁的主拉应力值随预应力钢束张拉不断增大,其中N3(腹板最下部预应力钢束)区域的主拉应力变化最为显著,张拉完成后,锚固区混凝土最大主拉应力达到了混凝土抗拉极限强度,主要分布于锚垫板四周,最大裂缝出现在N6锚垫板上边缘的两角处,裂缝宽度为0.088 mm。混凝土封锚可有效降低预应力锚固区的开裂风险,但在实际服役环境中仍应对此区域进行重点关注。

Termit盆地构造变形的力学机制

Termit盆地是中西非裂谷系中典型的中-新生代裂谷盆地,形成于早白垩世大西洋张裂的构造背景下。在白垩纪至古近纪经历了"裂谷-坳陷-裂谷"的构造演化过程,且两期裂陷作用形成的断裂走向不同。依据Termit盆地的基础构造特征,运用弹性有限元数值模拟方法,从动力学角度讨论盆地构造演化模式,为盆地的构造演化研究提供动力学依据。模拟结果表明,在早白垩世,盆地受区域NE-SW向拉张作用,在盆地西部边界发育一系列NW-SE向早白垩世早期断层。在古近纪,盆地受近EW向拉张作用,在盆地西部受早期断层影响较大的Dinga断阶带和Yogou西斜坡地区,局部应力场使断层发育走向为NW-SE;受其影响较小的Araga地堑发育张扭性断层,沿早白垩世断层呈雁行排列;不受其影响的Fana低凸起和Moul凹陷发育NNW-SSE向断层。

边坡物理模型倾斜加载方式的研究

模型试验是研究边坡失稳机制的重要技术手段,通过倾斜模型获得滑坡的变形破坏过程也是常用的试验方法。作为一种试验加载方法,倾斜加载方式的可控性、倾斜过程中应力场的相似性都是影响该方法应用的关键性问题。为了研究试验方法的可控性,以块状滑体为例,分析计算了模型倾斜和离心加载两种试验方法对滑块抗滑安全系数的影响过程,结果表明,倾斜加载方法可以随着倾斜角度的增加连续地降低滑块的抗滑安全系数,而离心加载方式仅在1g～10g范围内对滑块的抗滑安全系数产生显著影响。为了比较模型倾斜前后模型内部应力场的相似性,建立了物理模型的数值计算模型,模拟不同倾斜角条件下坡体内的应力场。计算结果表明,模型倾斜过程中,坡体中部应力状态保持稳定,倾斜角较大时,坡体的前缘滑带位置应力状态变化较大,前缘进入塑性变形的可能性增大,局部应力场变化有利于模拟水库型滑坡的破坏机制。为了验证倾斜模型模拟滑坡破坏过程的应用效果,以千将坪滑坡为原型,采用倾斜加载方式进行破坏模型试验,获得了滑坡的破坏过程。与非连续变形分析方法(DDA)模拟的结果相比,模型试验得到的破坏形态更接近实际滑坡。

各向异性地层重复压裂最优时机及影响因素分析

依据低渗透储层力学参数和渗流特点,建立了考虑地层各向异性的固-液耦合最佳重复压裂时机模型,提出了等应力点的概念。对多因素影响下的最佳重复压裂时机的研究表明,远场水平地应力差较小、弹性模量较大、初次裂缝长度和宽度较大、低渗透、初次改造后平均生产压差较大等影响因素对重复压裂产生新缝有利。将影响因素分为3类:①产生重复压裂新裂缝的影响因素;②仅影响最优重复压裂时机的因素;③可以忽略的因素。

强震前地震非均匀度异常与前兆群体异常关系的研究

通过对比研究华北地区部分中强以上地震震前地震非均匀度异常与区域地震前兆观测群体异常的变化过程,发现两者在地震前的异常时空演化过程中,具有一定的关联性。在时间上,部分地震震前的地震非均匀度异常出现后,半年左右前兆观测异常在数量上将出现一次较大幅度的增加;在空间上,前兆异常展布范围与地震非均匀度异常范围大体一致。研究结果表明,地震非均匀度(GL值)在强地震前出现的异常变化从震例的角度,表明可能与局部应力场变化有关。地震非均匀度和前兆群体异常的这种准同步变化,可能对判定地震孕育进入中短期阶段具有一定的指示意义。

基于修正高精度广义胞元法的复合材料细观力学分析

高精度广义胞元法是多尺度分析复合材料模量和微观应力应变场的有效方法之一.然而,由于位移插值函数中缺少二次耦合项,很大程度上影响了复合材料局部应力、应变场,特别是剪切场的计算精度.本文通过引入二次方向耦合项,提出了一种修正的高精度广义胞元法插值函数.在施加周期性边界条件、平均应力和平均位移连续性条件后,可以确定位移插值函数中的系数.通过对多相复合材料弹性模量和局部场分析,并且与有限元分析和实验测量结果比较,验证了修正高精度广义胞元法的准确性.与高精度广义胞元相比,本文提出的修正高精度广义胞元法在不需要引入额外未知变量,不影响计算效率的前提下,对复合材料的局部应力场计算得更加准确.

周期分布压电纤维复合材料平面问题研究

为了探索压电纤维复合材料中局部应力场的分布规律和准确预测其有效刚度,基于复变函数理论和线性压电理论,得到了含周期分布压电纤维复合材料平面问题的半解析解。根据单胞内基体和夹杂所占区域的几何特点,分别给出复势函数的级数形式,这些复势函数在基体与夹杂的相邻界面上应满足连续性条件,在单胞的外边界应满足周期性边界条件和远场加载条件,从而确定复势函数中的待定系数,进而确定局部场,最后根据平均场理论给出了复合材料有效刚度和等效压电常数。结果表明:当基体模量大于压电夹杂模量时,电载荷对夹杂周围的局部应力场的影响是显著的,施加沿压电夹杂极化方向的正向电载荷有可能使基体与夹杂相邻界面上的最大等效应力位置相对于无电载或施加反向电载荷时发生90°改变;反之,电载荷对局部应力场几乎没有影响。由于微观结构的对称性,使得复合材料宏观上沿两个对称轴方向具有相同的刚度。同时还发现等效压电系数对基体模量非常敏感。

映秀-北川断裂带中垂直断裂带走向的NW-SE向构造和汶川地震

通过汶川科学钻探钻孔地质实体(岩芯)的构造研究、非弹性应变恢复法(ASR法)地应力测试,结合区域构造和汶川地震NW向余震带的综合分析,提出沿映秀-北川断裂走向的狭窄范围内存在一组NW-SE向构造,其总体产状为:走向N48°W,倾角中等,与映秀-北川断裂带的总体走向和ASR地应力测试获得的一组最大主应力方位(侧伏方向224°)和最大水平应力方位(44°)接近垂直。NW-SE向构造,除少数发育为宏观的断裂构造外,多数表现为密集的裂隙系(或隐断裂)和隐伏断裂,以逆冲性质为主,局部略具左行走滑特征。映秀-北川断裂两侧相向倾斜的NW-SE向裂隙系表明其两侧存在有方向相反的运动,映秀-北川断裂属两侧具有不同形成机制和相向位移的双侧走滑型断裂。映秀-北川断裂的同震垂向位移受NE-SW向构造和NW-SE向构造双重因素制约,在汶川地震的主震带与NW向余震带叠置部位具最大的垂向位移量。从时间尺度分析,在汶川地震的全过程中,仅开始时刻表现为自NW→SE方向的强烈逆冲作用,随后的主要时间段内均表现为沿断裂带方向的运动和自SW→NE方向的逆冲。NW-SE向构造的形成是龙门山深部应力和能量长期积聚的结果,强震发生时,初始时刻的自NW向SE方向的强烈挤压,瞬即转换成自SW向NE方向的运动和强烈挤压。NE-SW向挤压构造应力场,是由NW-SE向挤压作用长期积累和诱导,并叠置在区域NW-SE向主导的挤压构造应力场之上的局部构造应力场,但在发震后,它主导了地震能量自震源区沿断裂走向向NE方向的快速传递和扩展及NW向强余震的发生,地震能量在NE-SW向强烈挤压过程中得到最终释放。因此,映秀-北川断裂在地震的不同阶段,其性质存在差异,在地震宁静期或弱震期(应力积累和闭锁期)以自NW往SE方向的逆冲性质为主,兼有右行走滑特征,但在强震期(应力释放和解锁期),除发震时表现为强烈的继承性逆冲作用,随后即转化为以平行断裂带走向自SW向NE方向的快速运动和扩展及自SW往NE方向的逆冲作用为主。

三维修正高精度广义胞元法及其在复合材料宏细观弹塑性力学分析中的应用

高精度广义胞元法(HFGMC)是模拟分析多尺度复合材料的有效技术方法.修正高精度广义胞元法(MHFGMC)的提出,在高精度广义胞元法位移插值函数基础上引入了二次耦合项,改善了剪切场计算精度不足的问题.本文提出了三维修正高精度广义胞元法理论,通过引入由局部坐标的高阶勒让德多项式表示的非弹性应变场和高阶的应力场,建立了三维复合材料弹塑性宏观应力应变关系式.通过对三维复合材料的宏观力学性能和细观应力场的预测,与有限元方法结果进行了对比验证.三维修正高精度广义胞元法结合局部坐标下塑性应变场,在不引入其他变量的情况下,不仅能够预测复合材料弹塑性应力应变响应,还能有效预测复合材料的细观剪切应力分布.

微纳米尺度效应作用下充流微通道系统波动特性研究

结合非局部弹性应力/应变梯度耦合本构关系和流体非局部应力关系式,基于Euler梁理论,建立了充流微通道流固耦合波传导模型;根据耦合固体非局部应力/应变梯度弹性效应以及流体非局部效应,分别模拟了微通道和管腔内流体的尺度效应,推导得出了充流微通道在微纳米尺度的波动控制方程和边界条件。通过对控制方程的求解,分析了不同类型尺度效应对微通道的波动和振动特性的影响。结果显示,各类尺度效应对系统的动力学特性影响不同。微通道非局部弹性效应对波动产生阻尼,特别是对波长较短的波传导;而应变梯度弹性效应对波传导有促进作用,且该效应对波动的影响与波长无关;非局部效应和应变梯度效应对微通道刚度产生不同影响,非局部效应降低刚度,应变梯度效应增加刚度。