地壳中两种典型动态过程的计算仿真研究

【摘要】：数值模拟技术在科学研究和工程设计领域得到越来越广泛的应用。为了探讨仿真技术在地球科学的研究中的应用,我们利用国际通用商业有限元软件ANSYS作了地球物理学问题的模拟。我们的研究工作是包括两个方面:岩石的流变性质和地震的动应力触发。 采用三维有限元模型模拟岩体,模型由依次接触的三层介质组成,层间定义为不可入的接触面。在岩体流变性质的模拟中,为了突出流变性质在岩体变形中的重要的作用,定义材料的蠕变关系。模拟结果表明,流变性质是地质构造中形成石香肠构造的主要因素。也初步确定了波长与流变参数之间的一些关系。 在模拟地震动应力触发时,我们发现,在库仑力小于岩体的最大内摩擦的时候,岩石块体不会发生错动。若附加静态压力将使摩擦力变大,岩石块体更不容易产生错动。但是加载一个压缩性冲击载荷,反而导致岩体的错动,随后能够停止运动。模拟表明这种现象是由于动态应力波的反射造成的,应力波在自由表面的反射后,相位改变了180度,发生了半波损失,压缩性冲击波变成了拉伸性冲击波,因而导致了岩体的错动。因此地震的动应力触发是一个合理的过程,并被我们的观察所证实。 我们的研究表明,有限元模拟是研究地球科学的一个有效的方法。