震前岩石破裂及低频信号产生机理的数值研究

发布时间：2023-10-02 01:58

　　地壳的难深入性、地震的非频发性、地震物理过程的不确定性、非线性以及复杂性，使得地震的孕育和产生这个极其复杂的过程很难被全面理解。至今为止，震前各种异常现象的产生都缺乏科学的物理机制来解释。但通过小规模的岩石压缩实验和多年的统计结果发现大地震前通常有一种低频信号存在。 本论文采用ABAQUS有限元分析软件,利用扩展有限元算法对岩石压缩实验中岩石的力学性能进行数值模拟研究，接着通过对断层错动的研究探索地震孕育、发生过程，预测地震危险性。 主要包括以下几个方面的内容： (1)数值模拟和分析了岩石静态压缩受载条件下的力学性能，并与实验结果相比对。分析了裂纹扩展的形态，并探讨了岩石预制裂纹的长度、预制裂纹的倾角对岩石力学性能的影响。发现预制裂纹角度越大，岩石越难破坏；预制裂纹长度越长，岩石越易破坏。在此过程中，发现只有裂纹初始开裂的阶段产生波动信息，裂纹不继续扩展的时候就没有震荡，很难抓获到连续的频率信息。 (2)岩石在动载荷条件下的力学性能：在分析了静载条件下裂纹扩展和岩石破碎的形态后，验证了扩展有限元法的适用性。通过施加冲击载荷，研究质点的各种震动情况及相应的能量变化。发现质点因受迫振动产生...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 岩石破裂及低频信号产生的国内外研究现状
        1.2.1 震前次声波的实验研究
        1.2.2 地震次声波的理论研究
        1.2.3 岩土中裂纹扩展的数值模拟研究
    1.3 本文主要研究内容
第2章 岩石断裂力学和扩展有限元法的基本理论
    2.1 引言
    2.2 断裂力学理论基础
        2.2.1 裂纹问题的基本模型
        2.2.2 裂纹断裂判据
    2.3 扩展有限元基本理论
        2.3.1 等参单元
        2.3.2 单元分解法
        2.3.3 水平集法
        2.3.4 扩展有限元的相关公式
    2.4 本章小结
第3章 静载荷下岩石压缩实验的数值模拟
    3.1 引言
    3.2 数值模型及边界条件
    3.3 结果分析和讨论
        3.3.1 裂纹扩展云图
        3.3.2 压缩实验的荷载-位移曲线
        3.3.3 纵向应力分析
        3.3.4 纵向位移分析
    3.4 岩石力学性能的分析
        3.4.1 预制裂纹角度的影响
        3.4.2 预制裂纹长度的影响
    3.5 本章小结
第4章 动载荷下岩石压缩实验的数值模拟
    4.1 引言
    4.2 数值模型及边界条件
    4.3 结果分析和讨论
        4.3.1 边界效应对应力波的影响
        4.3.2 冲击载荷下的应力波曲线
        4.3.3 冲击载荷下的纵向位移曲线
        4.3.4 冲击载荷下的纵向加速度曲线
        4.3.5 冲击载荷下的纵向速度曲线
        4.3.6 能量分析
    4.4 本章小结
第5章 地震断层模型的有限元分析
    5.1 引言
    5.2 数值模型及边界条件
    5.3 结果分析
        5.3.1 断层模型下不同质点的加速度曲线
        5.3.2 单个质点的位移曲线
        5.3.3 不同裂纹长度下的岩石形变
        5.3.4 不同裂纹角度下的岩石形变
        5.3.5 不同加载方向下的岩石形变
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢



本文编号：3849873