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研究了具有速度和状态依赖性摩擦本构关系条件下双滑块系统的活动规律。在不同耦合刚度条件下考虑了强和弱两种非均匀性的影响。结果表明,系统的演化规律主要受耦合刚度控制,在强耦合条件下(例如k_c/k_(imax)>～1),滑动的模式简单,且表现为周期性粘滑,即两个滑块一起滑动。在具有强非均匀性的系统中,滑块问的中度耦合(k_c/k_(imax)=0.4)条件会导致双周期运动,更复杂的运动发生在弱耦合条件下(k_c/k_(imax)=0.2)具有强非均匀性的系统中,在强非均匀条件下,很弱的耦合会引起混沌式滑动的出现。在强非均匀性和耦合刚度k_c=5k_(imax)的情况下,没有发现混沌式的滑动模式,与Huang和Turcotte采用简单动/静摩擦定律得出的结果形成了鲜明对照。系统的模拟结果表明,在更贴近摩擦物理的速度及状态依赖性摩擦本构关系框架下,只有很弱的耦合才能导致整个系统的复杂活动模式。 相似文献
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本文把Jeny D.Jones(1982)的断层应变软化模型推广到非均匀应变软化和滑动偏转情形,并研究了其失稳条件。研究表明,除断层本构律外,断层非均匀应变软化及其滑动偏转是影响不稳定判据的两个重要因素,真实地模拟断层非均匀应变软化、滑动偏转过程和合适的断层本构律有可能会提高预报强震发震时间的准确性。 相似文献
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摩擦滑动的力学行为能够很好地由速率和状态依赖性摩擦本构关系来描述。文中对地壳岩石滑动稳定性的控制因素进行了综述:1)微小扰动对摩擦滑动的影响分析(线性分析)表明,摩擦滑动中不稳定产生的重要条件是速率依赖性参数a-b<0,在这种条件下,地震滑动可以在断层上成核;2)下地壳的水含量测定表明,可能存在“干”、“湿”两种情况,而已有岩石流变实验结果表明稳定大陆内部下地壳在干燥条件下为脆性变形行为;3)近年来发现一部分强震发生在基性的下地壳,使辉长岩高温高压摩擦实验受到重视。干燥条件下辉长岩的摩擦实验研究表明,在420~615℃的温度范围内,速度弱化可能是典型的滑动行为。综合考虑较冷大陆内部下地壳可能出现的“干燥”条件以及在此条件下不大可能发生塑性流动等相关因素,这一结果可能就是在一些地区下地壳发生地震的原因 相似文献
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设计出一种新型主动变刚度阻尼装置,该装置可向受控结构提供两种等效刚度,使受控结构能主动地避开地震动卓越频率而永远处于非共振的状态。基于变结构控制理论的滑动模态控制算法,推导了该新型阻尼器的两种开关控制律。仿真分析结果表明,这种新型主动变刚度阻尼器的减震效果是非常明显的,可取得明显优于被动控制的减震效果。两种控制律中,连续型滑动模态控制律可以更充分地发挥该新型阻尼器的性能,取得更好的控制效果。 相似文献
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本文结合《建筑抗震设计规范》及结构控制理论，建立起框架结构刚度优化模型及控制力与刚度的联合优化模型，最后得到刚度的优化分布规律。 相似文献
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文中提出了一种具有持续可变滑移后刚度的摩擦型阻尼器。与传统摩擦阻尼器相比,这种阻尼器的滑移后刚度随变形增加而持续增长,承载能力显著提高。使用者可以根据不同地震水平下的性能目标调整输出力的大小,因此也为不同目标值下的结构控制提供了一种切实可行的方法。阻尼器采用套筒-活塞式结构,摩擦片通过橡胶层固化到活塞上,橡胶层同时为摩擦片提供面压。摩擦片与套筒内壁形成滑移面,该滑移面的内径沿轴向呈曲线变化,理论分析、数值模拟与试验结果表明,抛物线形的滑移面可提供呈三次函数关系的力与位移关系曲线,持续增长的刚度和出力,有利于改善结构的抗倒塌性能。 相似文献
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在正刚度条件下，基于模型的积分算法兼具无条件稳定和显式的特性。为了研究基于模型的积分算法在负刚度条件下的数值稳定性，对一族新近提出来的GCR(generalized Chen-Ricles, GCR)算法进行分析。首先，推导出GCR族算法在负刚度条件下的稳定性准则，得到满足无条件稳定的参数取值范围。其次，通过分析积分参数、阻尼比及时间步长对GCR族算法数值稳定性的影响规律，验证推导的稳定性准则。再次，对多自由度体系负刚度条件下隐式算法和GCR族算法的数值稳定性进行分析和对比，并提出适用于正负刚度条件下GCR族算法的分析流程和策略。最后，通过2个典型算例验证了所提策略，表明GCR算法在正负刚度条件下可以同时满足稳定。 相似文献
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为更好地理解层状硅酸盐对断层强度、滑动速度依赖性及地震活动特征的影响,利用双轴摩擦实验对含白云母岩盐断层带在干燥及含水条件下摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥条件下含白云母岩盐断层带在0.1 ～ 100μm/s的速度范围内表现为黏滑和速度弱化,增大σ2会使断层带从速度弱化向速度强化转化,速度依赖性转换出现在0.1 μm/s,其中断层滑动表现为稳滑或应力释放时间较长的黏滑事件;含水条件下含白云母岩盐断层带在0.05 ～0.01μm/s的速度范围内表现为速度强化,0.1 ～10μm/s的速度范围内表现为速度弱化,50～100μm/s的速度范围内又转换为速度强化行为.含白云母岩盐断层带在干燥条件下一次黏滑伴随一个或一丛声发射事件,而在含水条件下与稳滑相对应,滑动过程中并未记录到声发射事件.显微结构观察表明,速度弱化域的主要变形机制是岩盐颗粒的脆性破裂和局部化的滑动;干燥条件下,速度强化域的主要变形机制是岩盐颗粒的均匀破裂;含水条件下2个速度强化域对应不同的微观机制,高速域的速度强化受控于岩盐颗粒在白云母相互连结形成的网状结构上的滑动及其均匀碎裂作用,而低速域的速度强化还受岩盐的压溶作用控制.通过与岩盐断层带摩擦实验结果对比可知,白云母的存在对于燥岩盐断层带摩擦滑动方式和速度依赖性没有显著影响,而在含水条件下白云母的存在使得岩盐断层带滑动趋于稳定.实验结果为分析含层状硅酸盐断层的强度和稳定性提供了依据.此外,在速度依赖性转换域上观察到的应力缓慢释放的现象进一步证实了在岩盐断层带摩擦滑动过程中观察到的现象,这对慢地震机制研究具有参考意义. 相似文献
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强震作用下预应力框架锚索可能出现内锚段松脱、锚索拉断等震害,在锚头处设置弹簧是一种新型抗震措施,而弹簧刚度的合理选取对改善锚索受力至关重要。建立在锚头处设置弹簧预应力锚索框架的加固基岩-覆盖层边坡三维数值模型,研究边坡在不同峰值加速度、不同持时地震波作用下响应规律,调整锚索-弹簧串联体系等效刚度大小,分析坡体永久位移和锚索轴力减载比随弹簧刚度的非线性变化特征;以控制边坡位移及锚索减载效果为目标,提出弹簧组件的合理刚度确定方法。研究表明:随弹簧刚度降低,缓冲减震作用逐渐显著;坡顶水平加速度受刚度变化影响较小,但当弹簧刚度低于临界值后边坡位移及弹簧变形量急剧增加;以边坡永久位移实际调查经验限值为首要控制条件,结合位移、弹簧峰值行程随刚度变化拟合“直-曲分界点”曲线,以共同确定弹簧刚度下限;同理,依据减载比拟合曲线轴力削减明显区段得出刚度上限,以保证一定工程经济性。针对算例模型取永久位移10 cm、拟合曲线曲率k小于0.002kmax作为直曲分界判断依据,得0.4g~0.6g强震下弹簧刚度区间为 (2.5,3.8) kN/mm,研究方法可为边坡预应力锚固工程抗震设计提供参考。 相似文献
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目前有两种最常用的岩石摩擦本构关系,其主要区别在于是否与静接触时间有关。对这两种本构关系的基本性质进行了对比研究,得出如下结论：（１）在匀速滑动的稳态附近,两种本构关系趋向一致;（２）在正应力恒定条件下,两种本构关系的主要差异在于克服摩擦力所需能量的大小。与静接触时间相关的本构关系在粘滑中需消耗较大的能量来克服摩擦阻力,在粘滑的减速段,这种本构关系可达到的最低速率比另一种本构关系低１０个数量级;（３）在正应力变化条件下,与静接触时间相关的本构关系基本继承了正应力恒定条件下的行为特征,而另一种本构关系在剪应力－速度相平面上却出现了一个长尾巴,使最低滑动速率降到比正应力恒定时的值低１０多个数量级 相似文献
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在与主压应力方向斜交的断层上,正应力与剪应力之间存在线性相关关系,以此为基础导出了小扰动条件下决定稳定性的临界刚度与滑动速率的关系。由于这一关系具有临界刚度随滑动速率增加而减小的特点,因此速率增加可能导致周期性粘滑向稳定滑动转化,而速率减小可能使本来稳定的滑动转化为周期性粘滑过程。在这种斜交断层中,速率增加虽然可能抑制周期性粘滑,但是稳滑时超过一定限度的速率增加会导致一次性不稳定滑动。三轴摩擦实验提供了关于粘滑与稳滑可相互转化的支持证据 相似文献
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Weakening of a prestressed sawcut in Westerly granite under laboratory condition is accomplished by injecting pressurized fluid into the sawcut. After injection a sequence of stick-slips is observed while the deviatoric stress decreases successively with each stick-slip. On the basis of the experimental observation we develop a model of fault instability due to inhomogeneous and progressive weakening of the fault. According to this model, the fault surface is divided into the slipped and the locked regions, depending on whether or not the local state of stress satisfies the friction criterion. The average shear stress in the slipped region decreases with time and, in order to maintain a quasi-static equilibrium, shear stress in the remaining locked region on the fault surface increases. This situation may last until a critical state of stress on the fault is met, at which a sudden instability (stick0slip) may occur. We suggest that this mechanism of stress transfer may be a viable mechanism of induced seismicity and aftershocks, in addition to the well-known mechanism of a local increase of pore pressure. By comparing the experimental data with model predictions we show that the critical condition for slip instability is when the average shear stress over the locked region becomes equal to the value given by the friction criterion. Thus the friction criterion established for slip on fractures on which the state of stress is macroscopically uniform may also be applicable to fractures on which the stress state is macroscopically heterogeneous. 相似文献
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针对一种金属橡胶支座,研究其剪切性能。进行3种压应力下的拟静力试验,分析竖向压力和水平剪切变形对支座剪切性能的影响;以试验数据为基准,建立支座剪切性能与压应力之间的相关性经验公式,提出能够近似模拟试验曲线的三线性恢复力模型。试验研究表明,随着支座剪切变形的增大,支座等效刚度及耗能增大,等效阻尼比减小,屈服力基本保持不变,滞回曲线由梭形逐渐变为反S型,当剪切应变大于25%时支座出现刚度硬化现象;随着支座压应力增大,支座的耗能、屈服力、等效刚度及等效阻尼比均增大。 相似文献
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本文根据岩石摩擦的自锁模型,通过数值模拟讨论了围压和围压介质刚度对粘滑及其应力降的影响。结果表明:围压的增大有利于发生粘滑;粘滑应力降随围压的增大而增大;天然地震应力降低于室内粘滑应力降是由围压介质刚度引起的。 相似文献
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倾斜断层深部不均匀滑动的反演计算 总被引：4，自引：2，他引：4
根据倾斜断层走滑、倾滑及拉张运动产生的地表位移计算公式，利用Ｈａｒｒｉｓ和Ｓｅｇａｌｌ的反演方法，建立了倾斜断层具多个滑动分量的反演模型，编制了相应的计算机程序，实现了利用大地测量资料反演计算不同产状断层深部不同运动方向的滑动速率或滑动量。并以北京地区两条主要活动断层为例进行了计算，获得结果与北京地区区域应力场及断层应力场具有较好的一致性 相似文献
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为深入研究1997年新疆伽师地区连续发生的强震群的震源破裂特征,利用全球数字地震台网(GDSN)宽频带数字资料及区域台网资料,较详细地研究了伽师强震群的震源机制及震源破裂特征.结果表明:伽师强震群的震源机制解主要有走滑和正倾两种破裂类型,其共同特点是主压应力轴方向沿北北东向,主张应力轴沿北西向,与区域构造应力场方向存在差异,具有明显局部特征;从震源破裂特征来看,伽师强震的滑动尺度、上升时间和持续时间均较小,震源破裂面积不大,是由一点向四周快速扩散的脆性破裂,无明显伸展方向;伽师强震群的破裂断层面为北东向,与震源深度梯度变化带、地壳接触变形梯度变化带、等烈度线以及地震扩展方向吻合;伽师强震群是在近南北向挤压环境下,在震源区附近剪切和张扭应力作用下发生的多次沿北东向的脆性快速破裂,从而造成了伽师强震群以张性破裂和左旋走滑为主的震源特征. 相似文献
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构造地震一般由断层摩擦失稳所致.断层内部及周边所累积的剪切形变则通过同震滑动位移得到局部释放.因此,震后断层内部及近断层周边的静态剪切应力变化量的空间分布可通过断层面上的滑动位移分布计算得到.本文采用傅氏变换方法(FTM)计算单一有限断层同震滑移场所形成的静态剪切应力变化分布,近断层两侧的应力变化计算可由波数域内应力近似算法获得.结果表明,FTM快速有效、易于实现,有效地避免了常规应力计算中奇异值的出现.以2008年Mw7.9中国汶川大地震为例,采用前人所得有限断层滑动位移模型,得到了断层面和近断层周边准3D剪切应力分布解,并同主震后中强余震的空间分布特征作了比较.结果表明,大部分的中强余震震源位置处于剪切应力变化值为正的区域,由同震位移所产生的局部应力降峰值和均值大小同应力变化的正值大致相当,从而表明了快速且有效地计算断层内部及近断层附近的应力变化分布可以为主震后强余震发生的潜在区域提供指示意义.需要强调的是,应力变化空间分布特征的获取强烈地依赖于有限断层滑移模型解.有关滑动位移反演解的多解性对应力变化计算结果的影响,本文作了必要的讨论. 相似文献
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本文通过地壳应力测量结果和地震资料的综合分析,对深部应力状态与断层运动的关系作了讨论:进而应用库仑准则,推导了三维应力作用下完整岩体和已有的任意空间方向断层面的失稳条件及其滑动方式的解析表达式.通过建立描述岩体和已有断层稳定性的两个函数————破裂函数 Fm 和摩擦函数 Ff,给出了应用破裂机制和摩擦滑动机制综合分析地壳稳定性和失稳性态的方法:根据这种分析方法并结合华北平原区的水压致裂应力测量资料,以及孔隙压力、大地热流等观测结果,定量研究了本区地壳的稳定问题,计算并图示了地壳内破裂函数沿深度的分布,以及各种走向和倾向断层面上的摩擦函数和剪应力分布;计算中以 Byerlee 定律作为断层运动的约束条件,并考虑了地壳密度纵向非均匀性导致的垂直应力沿深度的非线性增长以及深部超静水压力的异常孔隙压力作用.结果表明,华北平原区地壳失稳性态主要表现为已有断层的滑动;伴有高剪应力降的断层运动的深度范围在8至2.0多公里之间:陡断层稳定性低于缓断层,其运动方式以走滑为主;本区 NNE-NE 走向的陡断层是一组易震断层,其震时错动为右旋走滑;孔隙压力的增长对地壳稳定性有显著的影响;华北平原区深部高异常孔隙压力是地震活动的一种重要背景. 相似文献
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The dynamic motions and stabilities of a single-degree-of-freedom elastic system controlled by different friction laws are compared. The system consists of a sliding block connected to an elastic spring, driven at a constant velocity. The friction laws are a laboratory-inferred friction law called the rate-and-state-dependent friction law, proposed by Dieterich and Ruina, and a simple friction law described by dynamic and static frictions. We further extend the solution to a one-dimensional mass-spring model which is an analog of a fault controlled by the rate-and-state-dependent friction law. This model predicts non uniform slip and stress drop along the rupture length of a heterogeneous fault. This result is very different from some earlier modelings based on the simple friction law and a slip weakening friction law. In those earlier modelings the stress and slip functions become smoother with time along the length of the fault rupture, owing to the interactions between fault segments during slip. Because of this smoothing process the number of small events will decrease with time, and the universilly observed stationary magnitude-frequency relation cannot be explained. The interaction between a fault segment and its neighboring segments can be measured when the post-slip stress on this segment is compared with the stress on an identical segment (represented by a block in this modeling) without neighboring segments. If the post-slip stress of the former is much higher than that of the latter, strong interaction exists; if the two are close, only weak interaction exists. The interaction is determined by the relative motion between fault segments and the time duration of interaction. Our new modeling with the rate-and-state-dependent friction law appears to show no such smoothing effect and provides a physical mechanism for the roughening process in the difference between the fault strength and stress that is necessary to explain the observed stationary magnitude-frequency relation. The noninstantaneous healing predicted by the rate-and-state-dependent friction law may be repsonsible for the recurring nonuniform slip and stress drop, and may be explained by the reduction of interaction among fault segments due to the low frictional strength during the fault stopping. The very low friction during slip stopping allows much longer times than does the higher friction due to instantaneous healing for the fault segments to adjust their motions from an upper-limit slip velocity to almost rest. According to newton's second law, a process with fixed masses and constant velocity changes involves low forces and weak interactions if it is accomplished in a long time period, and vice versa. Our modeling also indicates that the existence of strong patches with higher effective stress on a fault is needed for the occurrence of major events. The creeping section of a fault, such as the one along the San Andreas fault in central California, on the other hand, can be simulated with the rate-and-state-dependent friction law by certain model parameters, which, however, must not include strong patches. In this case small earthquakes and aseismic creep relieve the accumulating strain without any large events. 相似文献