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结合有限差分方法和等效介质理论，模拟了离散分布裂缝介质中地震波的传播. 基于等效介质理论，利用二维有限差分实现封闭裂缝的离散分布；裂缝可以处理成固体岩石中的高度柔性界面，并可以用线性滑动或者位移间断模型进行裂缝的物理描述. 对于含有多组裂隙的破裂固体，其有效柔度可以认为是固体骨架背景柔度和裂缝附加柔度之和. 在一阶近似条件下，固体骨架和裂缝参数可以通过有效各向异性系数联系起来，有效各向异性系数决定了各向异性（裂缝效应）对于地震波传播的影响. 通过与射线理论方法的对比检验，说明本文提出的模拟方法的有效性，并通过几个数值算例说明本方法可有效模拟不同的裂缝分布效应. 结果表明，即使在裂缝密度很小的情况下，具有相同裂缝密度的不同的空间分布可以产生不同的波场特征. 同时，也验证了不同裂缝尺度对波长的不同影响，以及裂缝尺度具有幂率分布（分形）时，尺度对波场的影响. 最后得出结论：在运用建立在等效介质理论基础上的地震各向异性概念来描述裂缝固体的特征时，要倍加小心，等效介质理论中尚未合理处理的裂缝尺度和空间分布对波的传播特征具有重要的影响. 相似文献
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等效介电常数是混合物微观结构的宏观表征,与介质的属性参数密切相关.在传统随机介质建模理论的基础上,通过增加量化约束限定条件,精准控制双相混合物各组成物质的体积占比,建立了 22个体积占比相同、孔隙粒径尺度不等和20个孔隙粒径尺度相等、体积占比不同的双相混合物介质模型,进行探地雷达数值模拟,研究超宽频带条件下双相混合物各组成物质体积占比和孔隙粒径大小对其等效介电常数及探地雷达波场特征的影响.结果表明:对于各组成物质体积占比相同、孔隙粒径尺度不等的双相混合物,其等效介电常数基本相同,说明混合物等效介电常数主要取决于其各组成物质的体积占比及其介电常数,但由于混合物内部孔隙粒径尺度不等,其电磁散射强度和能量衰减损失存在明显差异;对于孔隙粒径尺度相等、体积占比不同的双相混合物,其空气体积占比越小,等效介电常数越大,与Rayleigh模型、CRIM模型等混合物等效介电常数经验公式计算结果差值越小、吻合越好,同时,其散射波振幅强度和波形杂乱程度越弱,研究结果可为解译双相混合物介质属性参数提供参考和指导. 相似文献
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掌握岩石变形破坏过程中体积膨胀点至峰值强度点之间加速破裂行为的演化规律,是实现地质灾害物理预测的关键.本文考虑裂纹张开和闭合两种情况,基于断裂力学建立了三轴应力作用下裂纹扩展临界尺度与等效应力的关系.对微元体破坏概率,分别采用以等效应力表达的Weibull分布函数和裂纹尺度分形函数,通过对比导出了形状参数m与裂纹分布分维D_f关系的表达式.一个有趣的发现是,岩石峰值强度点与体积膨胀点应变比仅与m或D_f有关.对岩石蠕变或准蠕变破坏,合理的m值范围为[1.0,4.0],在此范围内应变比近似为常数1.48,该常数是描述不同尺度岩石加速破裂规律的物理自相似常数.实例分析表明,基于岩石加速破裂规律构建的多锁固段脆性破裂理论,其适用性广,尤其在崩滑和大地震预测领域,具有良好应用前景.此外,本文给出了b值与m值定量关系,以解释b值的物理意义,并探讨将其用于地震预测的可行性. 相似文献
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基于等效弹性球模型,由分析P波波谱的斜率和低频成分,测定了海城地震（M=7.3）前后,震源及其邻近地区内微震震源参数（地震矩、应力降和震源尺度）,以及相应路径上的介质品质因子-Q值。 结果表明:（1）海城地震前,发生在震源区内及沿北东向断裂带上的震级相近的小地震,其应力降高于震后相应地区小震的应力降,与此相应,震源尺度则震前比震后要小。（2）震前沿北东向断裂带应变能积累的范围大于余震分布区域,显示出北东向的构造运动在海城地震孕育过程中起了重要作用。（3）震前,海城地震震源区周围介质强度较高,Q值分布比较均匀,约为500-600;震后,在震中西南方向上Q值明显减小,约为180。 文中还初步提出了分析小震群震源参数,结合区域地质构造的特征,以及其他前兆现象预报未来大地震的可能性。 相似文献
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本文研究了二维多孔弹性波方程的多尺度波场数值模拟方法.该多尺度方法可采用较粗的网格计算,同时又能反映细尺度上物性参数的变化信息.文中详细阐述了多尺度模拟方法与算法,并推导了相应的计算格式.基本思想是建立粗细两套网格,在粗网格上,基于有限体积方法计算更新波场;在细网格上,计算多尺度基函数,这基于有限元方法通过求解一个局部化问题得到.对含有随机分布散射体的多孔介质模型进行了数值计算,计算中应用了完全匹配层(PML)吸收边界条件,数值结果验证了本文方法和算法的正确性和有效性. 相似文献
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以日本局部地区（32.0°N—46.0°N,136.0°E—148.0°E）为研究区域,应用图像信息（PI）方法,获得了不同计算参数模型下包含2011年3月11日日本东北MW9.0地震的多组预测窗热点图像。以0.5°×0.5°和1.0°×1.0°的网格尺度和5—10年预测窗长为主要参数变量,并以R值和受试者工作特征（ROC）方法检验不同参数模型下PI方法的预测效能。结果表明,多组参数模型下MW9.0地震所在预测窗内,其震中所在网格及其摩尔邻近网格均曾出现热点图像,表明PI方法可对日本东北MW9.0地震作出预测。综合R值评分和ROC检验分析可知,网格尺度相对较大、预测窗长相对较长的模型,其预测效果更好。 相似文献
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实际地震勘探中,储层物性参数的差异是导致地震波响应特征发生变化的根本原因,而建立储层物性参数与地震响应特征之间的联系,需要跨越微观孔隙尺度、介观测井尺度以及宏观地震尺度等三个不同尺度空间.本文基于已知井的岩石物理实验数据和测井数据,利用复杂多孔隙介质理论将微观尺度孔隙岩石粗化到介观测井尺度,利用Backus平均理论将介观测井尺度的模型进一步粗化到宏观地震尺度,最终,得到地震尺度裂缝-多孔隙介质模型.其数值计算结果与测井数据和地震数据的对比表明：基于两级尺度粗化算法的裂缝多孔隙介质模型在给定参数下是有效的,且基于该模型的地震响应特征分析方法能够对储层的地震响应特征随物性参数的变化进行分析. 相似文献
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黏土类土石混合体常作为路基填料在工程中广泛应用,然而其在交通荷载作用下的动力特性方面研究较少。为此,本文以0.05 Lc(Lc为圆柱试样直径)为土体、块石分类阈值,根据土石混合体中砾石掺量、侧限压力的不同,采用自振柱仪对其在小应变(10^-6~10^-4)下的动剪切模量和阻尼比进行研究。结果表明:土石混合体最大动剪切模量随砾石掺量的增加而不断增大,且在20%~40%掺量区间内增幅最大,随侧限压力的增加而增大,且增幅逐渐变小;在应变幅值相同的条件下,动剪切模量衰变程度随砾石掺量的增加而不断减少,且在20%~40%掺量区间内减幅最大,随侧限压力的增加而减小,且减幅逐渐变小;最小、最大阻尼比随砾石掺量和侧限压力的增加而减少。结合试验结果分别从颗粒“骨架”结构性、动态结构稳定性、材料密实度、能量耗散等方面阐述块石掺量和侧限压力对土石混合体动剪切模量和阻尼比的影响机理。最后采用优化Hardin-Drnevich模型建立砾石掺量、侧限压力与土石混合体动力特性参数(最大动剪切模量、参考剪应变、最大阻尼比、最小阻尼比)之间的估算公式,以期为土石混合路基的动力设计和施工提供指导。 相似文献
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《应用地球物理》2015,(4)
描述和估计介质含水量、介电常数等属性参数分布是探地雷达探测技术的重要研究内容。雷达波的旅行时间和反射振幅系数与介质含水量、孔隙度与介电常数密切相关。常规通过旅行时间计算波速以估计介质参数的方法,例如透射波法,共中心点速度分析等,对于复杂介质分辨率有限。基于反射振幅的阻抗反演方法可以直接根据反射系数计算雷达波阻抗以估计介质属性参数,从而有效地避开常规方法在计算波速时精度低的问题。本文首先建立了基于高斯型和指数型混合自相关函数的三维多尺度等效随机介质模型刻画地下随机介质参数分布,并在局部加入高斯椭圆方程描述局部随机异常目标体。其次,通过引入锥形函数以降低随机介质模型在离散网格数值计算方法误差。在此基础上,推导了探地雷达递推阻抗反演的基本流程并结合随机介质模型测试了该方法在复杂介质参数估计中的计算精度。最后,对内蒙地区的实测探地雷达数据利用递推阻抗反演方法来估计地下污染物参数,估计介电常数、含水量结果与钻孔实测数据和同期开展的电阻率成像结果有很好的吻合。说明基于递推阻抗反演方法在探地雷达复杂介质属性参数估计中具有很好的应用前景。 相似文献
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利用基于Biot理论的孔隙弹性介质的高阶交错网格有限差分算法，模拟了具有随机分布特征的多种流体饱和岩石中声波在中心频率分别为25，50，75，100kHz时的声场特点. 对于一个由两种成分（气和水）饱和的岩石模型, 假设含不同流体的孔隙介质随机分布在不同的宏观区域，该区域尺度远小于计算的声波波长；组成模型的两种随机分布介质具有相同的固体骨架参数、渗透率和孔隙度，但分别被具有不同压缩性、密度和黏滞系数特性的水和气饱和. 计算和统计分析结果表明，在两种孔隙成分随机分布的部分饱和条件下纵波速度比较复杂，除骨架参数外，其变化主要依赖于中心频率、各种孔隙成分饱和度及饱和介质的速度. 比较该随机分布模型、Gassmann理论模型和White的“气包”模型，发现三种模型得到的纵波速度和衰减规律有较好的定性对应关系. 其次，按照这种随机计算模型的处理方法，本文还首次计算了一个三种流体成分充填饱和的例子，即岩石模型中的孔隙被水、油和气部分饱和，计算时保持模型含水饱和度不变而只改变含油和含气饱和度. 在这种计算条件下，纵波速度随中心频率呈增大的趋势但有起伏变化. 声场快照显示了各种转换波在多种孔隙成分充填（两种和三种孔隙成分）岩石中的声场特征，复杂的水-油-气界面的非均匀分布对声场有重要影响，纵波能量主要转换形成了较为复杂的多种慢纵波和横波. 相似文献
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超高频（几百兆赫兹）超声数值模拟微米至纳米尺度的龙马溪组页岩数字岩芯及其强非均质性严重挑战数值模拟算法的精度和数值稳定性.本文利用图像阈值分割算法将龙马溪组页岩数字岩芯主要成分分解为石英类、黏土类、黄铁矿及孔隙四种类型,假定液相（油）均匀分布在整个介质模型中,根据岩芯的孔隙度、渗透率和各类矿物的岩石物理参数,建立了精细的非均质双相介质模型.采用基于Biot双相介质方程的不分裂卷积完全匹配层与高精度旋转交错网格有限差分方法精确模拟超声波在页岩岩芯中传播的散射衰减.通过精确控制匹配层吸收边界数来模拟边界反射量及其对尾波的干涉强度,并与超声实验尾波散射Q值进行比较,估算超声实验中的边界反射量及其对尾波的干涉强度.对不同超声子波主频的数值模拟试验,结合L/a-ka散射态式图分析表明：本文采用的龙马溪组页岩数字岩芯的非均质强度与600 MHz波长尺度相当,产生的散射衰减达到最大.开展页岩岩芯超声波散射数值模拟研究,据此评估页岩岩芯的非均质性,为页岩储层声学非均质预测提供依据. 相似文献
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基于裂缝诱导各向异性和双相介质理论,对裂缝诱导的具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）双孔隙介质的本构关系进行了研究,与等效连续介质模型相结合,综合考虑裂缝系统和基质孔隙系统的两种孔隙度和两种渗透率参数,得到裂缝诱导HTI双孔隙介质的等效孔隙度和等效渗透率,进而得到介质的运动平衡方程;并进一步推导出介质的一阶速度-应力方程.采用交错网格高阶有限差分法对模型进行了数值模拟,结果揭示了介质中两套系统的存在对其波场传播特征的影响,为进一步研究实际地球介质的波场特征奠定了基础. 相似文献
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流体在断裂和岩石骨架间的交换被认为是影响岩石弹性参数各向异性的主要原因,理论研究表明断裂尺度同样对弹性参数的各向异性也有影响.为了说明两者对各向异性影响以实现多尺度断裂裂隙的识别,本文在等效介质模型的基础上,应用数值分析的方法研究速度和衰减(1/Q)随多尺度断裂、频率和流体因子变化规律.结果表明介质弹性参数是频率依赖的,并且参数中存在衰减项,而这种频率依赖性与介质物性参数中的断裂尺度及流体性质存在一定的联系;当断裂定向分布时,参数结果显示为各向异性;不同断裂尺度具有不同的波速频散特性,剪切波分裂程度依赖于频率,断裂尺度起着控制作用,高频时对小尺度的敏感,低频段对大尺度敏感.在地震频段Thomsen参数随着频率的增大而减小,随着断裂尺寸的增大而减小.因此地震数据可能区分断裂和微裂隙引起各向异性,从而可测量断裂尺度. 相似文献
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通过有限元方法进行非线性动力时程分析获取解析的易损性曲线,计算量大且耗时。本文采用一种简化的计算方法,即基于单自由度的等效线性化模型,对钢筋混凝土框架结构进行地震易损性分析,并研究了该方法在结构高度上的适用性。通过选用5种典型的等效线性化模型对3栋不同高度的钢筋混凝土框架结构进行增量动力分析（IDA）,得到了不同高度的结构在不同强度地震作用下结构的反应和易损性,并与OpenSees程序的计算结果进行对比,研究了等效线性化模型应用于RC框架结构易损性分析在高度上的适用性。分析结果表明:对于10层及以下的框架结构,基于单自由度的等效线性化模型在结构地震易损性分析中具有较好的适用性;对于更高层数的结构,由于高阶振型反应对整体结构反应的影响增大,基于单自由度等效线性化模型的易损性分析结果会出现明显的偏差。 相似文献
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以河南范县井为例,利用不同的水力响应模型分析了井水位对地震波、固体潮和气压的响应特征,并基于相关水力响应模型反演估算了含水层的水力参数。结果显示:在高频加载作用过程中,井-含水层系统中的水流模式以水平向为主,而在低频加载作用过程中,则为水平向和垂直向共存的混合模式;利用周期为10—102 s的高频段的地震波响应模型估算的含水层导水系数值较大,为7.20×10?3 m2/s,利用周期为3.75×104 s的低频段的固体潮响应模型估算的含水层导水系数值较小,为2.02×10?6 m2/s,而利用周期为102—104 s的中等频率段的气压响应模型得到的估算值介于二者之间,为3.44×10?5 m2/s。由此分析认为,在周期性加载作用过程中,井-含水层系统内的水流模式与加载频率有关,基于不同水力响应模型反演估算的含水层水力参数存在尺度效应。本研究取得的认识,既可为井水位动态响应的机理解释提供理论基础,也可为目标含水层水力参数的原位测量提供技术支撑。 相似文献
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近地空间的太阳风参数预报具有重要的科学研究意义和实际应用价值,三维磁流体力学（MHD）数值模拟是太阳风参数预报的重要手段.本文建立了一套基于经验模型的三维MHD数值模型.模型的内边界设置在0.1天文单位（AU）处,在六片网格系统下利用TVD Lax-Friedrich格式求解理想MHD方程组,采用扩散法消除磁场的散度.模型以GONG的观测磁图作为输入数据,利用经验模型并结合卫星观测特征确定内边界条件.边界条件中保留了6个可调参数,以便适当调整参数使其方便适合模拟不同太阳活动期的太阳风.利用该模型分别模拟了2007年和2016年的背景太阳风,得到了太阳风速度、密度、温度和磁场强度,这些参数与ACE/WIND卫星观测符合较好. 相似文献
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考虑地震荷载的随机性及强度、频率的非平稳性,基于作者提出的适用于非平稳随机过程的一般随机地震动模型,采用虚拟激励法,建立了非平稳随机地震反应分析方法,并将其应用于某实际均质土坝动力分析中。土石坝及坝基体系采用整体有限元离散,坝体和坝基材料的动力非线性性能以等效线性化方法考虑。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息,确定了作为输入的加速度时—频演变功率谱密度;其次,比较了确定性时程动力分析和非平稳随机分析的结果,探讨了频率非平稳随机地震激励下的土石坝地震反应特性;最后,比较了2种不同坝基条件下的土石坝非平稳随机地震反应,探讨了频率非平稳随机激励下的土石—坝基动力相互作用。分析结果表明：地震动的频率非平稳性对土石坝动力反应有一定影响;坝体—坝基动力相互作用在地震过程中的不同阶段表现有所不同,主震阶段的相互作用显著。 相似文献
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页岩储层矿物颗粒、孔/裂隙、干酪根等微观结构呈现明显的尺度化分布特征,常规的单结构单尺度随机介质模拟方法难以完整描述和重构微观尺度的页岩储层介质,本文提出了一种微结构-尺度双分解的随机介质模拟方法.基于龙马溪组页岩数字岩心,将岩心切片按照占比分解为脆性矿物、孔隙、干酪根及背景介质四种类型,对脆性矿物、孔隙和干酪根三种微结构进行尺度分解,通过优化随机介质模型参数,实现精确模拟不同尺度的微结构组分,再按占比进行微结构-尺度双合成.结果表明,微结构-尺度双分解随机介质模拟大幅度提高强非均质页岩储层介质的建模精度. 相似文献