断层非均匀破裂过程的演化动力学研究

The objective of this project is to investigate the dynamics of fracture evolution of heterogeneous faults. Specifically, attention will be devoted to: (1) Establishing a three dimensional model of faults, which can effectively describe both the real fault-zone stuctures and the spatial variance of rock strength. This model is simple for analysis and captures the essentials of failure processes of faults. (2) Developing a semi-analytical and semi-numerical strategy which will be able to model the progressive failure of faults. (3) Analyzing the dynamic behaviours induced during the fracture process of heterogeneous faults with testing. (4) Through both numerical simulation and laboratory test, obtaining general knowledge of evolution mechanisms due to the progressive fracture of heterogeneous faults. Establishing the laws governing the process from the initiation of slip along the faults to the earthquake rupture, and the laws governing the development of cracking area, frequency and intensity, as well as the variation of energy bursts. Studing the condition at which the rupture begins.

研究断层非均匀破裂过程的演化动力学。建立一种新的断层三维分析模型，不仅能充分反映断层的非均匀结构和断层体岩石强度的空间非均匀分布，而且能有效模拟断层从变形发展、到损伤破裂、最后失稳破坏的复杂动力学过程。发展一种断层非均匀破裂过程的半解析半数值模拟方法，从三维的角度考察断层的非均匀破裂过程，分析非均匀破裂过程的动态演化机理，揭示破裂范围、频度和强度在时空域上所遵循的演化规律，揭示破裂过程中的能量释放特征，确定断层失稳破坏起始的条件和前兆。通过对各种断层的非均匀破裂演化过程进行数值模拟、试验和细观分析，获得界面层非均匀破裂演化过程的全方位图景，构建界面非均匀断裂力学的理论体系。

地震观测表明，灾害性地震源于地壳构造性断层的破裂。地震过程中，断层体的岩石介质经历了一个从变形发展、到损伤破裂、最后失稳破坏的复杂动力学过程。只有正确认识这一过程所服从的基本规律，弄清楚破裂过程的演化动力学机理，才能准确把握临震前兆发生的特性，区分临震出现的各种复杂现象，进行准确的临震预测。因此，研究断层破裂过程的演化动力学机理，是解决临震预测问题的前提和关键所在。. 此项研究的目标就是探讨断层非均匀破裂过程的演化动力学规律。内容包括: (1) 建立一种新的断层三维分析模型，能合理表示断层的非均匀结构。(2) 发展一种断层非均匀破裂过程的分析方法，对板块发生相对位移时断层的非均匀破裂过程进行模拟分析。(3) 探讨断层非均匀破裂过程的动态演化机理，揭示断层的非均匀破裂过程演化规律。. 取得了如下成果：（1）建立了基于谐和函数表示的断层三维随机场模型。与目前采用的断层模型相比，这一模型不仅能充分反映断层的非均匀结构，而且能有效模拟断层体岩石强度的空间非均匀分布及相关性，使断层的分析模型更加符合实际。（2）发展了上述模型非均匀破裂过程的半解析半数值随机分析方法，能有效模拟断层从变形发展、到损伤破裂、最后失稳破坏的复杂动力学过程。这一方法大大改进了现在普遍采用的“纤维束模型（Fiber bundle model）”分析方法，不仅可以分析断层的拉伸破裂演化过程，而且能够分析断层的压剪破裂演化过程，更可以方便处理破裂后的局部应力重分布问题。这一方法完全基于固体力学的基本原理，其理论较“纤维束模型”更为完善。（3）对断层的非均匀破裂演化过程进行了大规模数值模拟，揭示了破裂范围、频度和强度在时空域上所遵循的演化规律。结果表明，声发射过程的统计规律与著名的Gutenberg-Richter标度律一致。分析了断层体物理参数变化对演化统计规律的影响。（4）提出了由于岩石流变而导致的断层破裂过程寿命预测方法，揭示了非均匀破裂演化时断层破裂寿命的规律。