基于有限-离散元耦合方法的剪切颗粒断层泥黏滑行为模拟
地球物理
2018-11-08 v2
摘要
发生黏滑行为的剪切颗粒层被广泛用于研究地震的物理与动力学。本文采用二维有限-离散元耦合方法（FDEM）——其融合了有限元法（FEM）与离散元法（DEM）——显式模拟包含断层泥与平板的剪切颗粒断层系统，并研究不同法向载荷对地震矩、宏观摩擦系数、动能、断层泥层厚度及滑移复发时间的影响。在 FDEM 模型中，平板与颗粒的变形采用 FEM 公式模拟，而颗粒-颗粒及颗粒-平板相互作用则使用基于 DEM 的技术建模。模拟的地震矩分布与实验室实验结果总体一致。此外，模拟结果表明，随着法向载荷增大：(i) 颗粒断层系统的动能增加；(ii) 断层泥层厚度呈减小趋势；(iii) 宏观摩擦系数变化不大。对滑移事件的分析揭示，随着法向载荷增加，出现更多释放动能大、复发时间长的滑移事件，且断层泥层厚度减小量也趋于更大；而宏观摩擦系数跌落减小。模拟不仅揭示了法向载荷对剪切颗粒断层泥动力学的影响，也展示了 FDEM 在研究颗粒断层系统黏滑动力学行为方面的能力。
引用
@article{arxiv.1804.01459,
title = {Modeling of Stick-Slip Behavior in Sheared Granular Fault Gouge Using the Combined Finite-Discrete Element Method},
author = {Ke Gao and Bryan J. Euser and Esteban Rougier and Robert A. Guyer and Zhou Lei and Earl E. Knight and Jan Carmeliet and Paul A. Johnson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1804.01459},
year = {2018}
}