地震活动时空演化的大规模并行链网模拟研究

地壳介质属于典型的非均匀脆性介质，其内部包含了丰富的细观构造(各种不同尺度的断层)，在变形过程中大量细观结构与损伤的非平衡、非线性演化的集体行为控制着地壳介质的整体破坏过程。解决此类问题的有效途径之一是细观损伤力学。本课题把地震孕育视为地壳介质的多尺度、非线性损伤演化过程，从非均匀脆性介质的细观损伤演化来分析地震活动的时空演化规律。拟采用大规模并行链网模型（至少百万单元），用细观层次的链杆单元的屈服与破裂来模拟非均匀脆性介质的损伤演化过程，并分析从微损伤到宏观破坏的决定性问题，即损伤局部化、成核及发生宏观破裂的条件。进一步，将模型应用到某一特定区域，尝试建立含断层分布地区的应力演化和地震活动图像，从中提取地震活动时空演化特征，为地震预测提供一些物理基础。最后，引入加卸载响应比、临界敏感性、损伤局部化等参量对地震等非均匀脆性介质灾变破坏进行定量预测。

地壳介质属于典型的非均匀脆性介质，其内部包含了丰富的细观构造（各种不同尺度的断层），在变形过程中大量细观结构与损伤的非平衡、非线性演化的集体行为控制着地壳介质的整体破坏过程。本课题从细观损伤力学的角度，把地震孕育视为地壳介质的多尺度、非线性损伤演化过程，从非均匀脆性介质的细观损伤演化来比拟研究地震活动的时空演化规律。.首先将串行链网程序进行改写。将链杆单元的理想弹塑性应力应变关系改为线性强化应力应变关系。加载条件改为试件侧向施加定值恒压，轴向施加线性叠加正弦扰动的位移载荷。引入Weibull分布描述脆性介质强度的非确定统计特性。优化总刚阵存储，将变带宽一维存储改为坐标压缩存储（COO）格式。优化并行求解，由直接LDLT求解改为异步分布式并行多前点解法器（MUMPs）进行总体刚度矩阵求逆，实现百万量级单元数量的计算规模。.其次，利用并行链网程序模拟脆性介质损伤演化至破坏的过程，验证了并行程序的可靠性。进而利用链网程序模拟地震活动的时空演化特征，将链杆单元破裂的能量释放比拟为地震事件，建立“地震”与“链杆破裂事件”之间的联系。模拟结果表明，中小地震的集中活动表明区域应力场的不断增强，可从中小地震活动提取主震发生之前的预测指标。.第三，将链网程序应用到鲜水河断裂带附近地区，建立较为简单的含单条走滑断层分布的计算模型，考察在外界载荷作用下试样内部应力演化和微破裂演化图像，比拟分析研究区域地震活动图像。结果表明在载荷加载初期，损伤主要沿断层走向集中分布；到了加载后期，损伤呈现沿断层走向和成一定角度的相交方向两个优势分布，同时事件的承载能力逐步降低，直至试样发生宏观破裂。由此看出，分析具体区域的地震活动特征时，必须充分考虑断层的分布情况。.最后，引入加卸载响应比对地震等非均匀脆性介质灾变破坏进行定量预测。在模拟非均匀脆性介质损伤演化至破裂的过程中，同时考察加卸载响应比的时序演化特征，发现加卸载响应比在试样发生宏观破裂之前出现了峰值回落的现象，再次从数值计算的角度证明了加卸载响应比峰值的灾变前兆作用。进一步考察了不同非均匀性程度试样的加卸载响应比演化情况，发现峰值出现到试样破裂发生的特征时间与介质非均匀性程度有关，介质的均匀性程度越高，特征时间就越小，破裂发生也就越突然，该认识可为提高加卸载响应比地震预测的时间能力提供线索。