МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ В ЗОНАХ НАКЛОННЫХ РАЗЛОМОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Лобацкая Раиса Моисеевна , Стрельченко Ирина Петровна , Долгих Евгений Сергеевич

2017 / Том 40, номер 4 2017 [ Геология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых ]

Цель. Одной из важных прикладных задач геологии является оценка изменений в областях динамического влияния разломов, которая, как известно, существенно отличается по структурно-вещественным характеристикам в висячих и лежачих крыльях разломов. Логично предположить асимметрию распределения напряженного состояния в зонах динамического влияния разломов и попытаться оценить ее количественно математическим моделированием методом конечных элементов. Методы. Построена трехмерная модель напряженного состояния среды, осложненная наклонной несквозной трещиной, имитирующей зону динамического влияния разлома. Использован метод конечно-элементного моделирования (программа ANSYS). При изменении длины разлома, угла наклона плоскости его сместителя, вещественного состава пород крыльев разлома, прилагаемых внешних нагрузок анализируются и количественно оцениваются зависимости ширины зоны аномального напряженного состояния от перечисленных параметров. Результаты. Моделирование напряженного состояния в областях динамического влияния наклонных разломов позволило установить, что ширина зоны аномального напряженного состояния в висячем крыле увеличивается с уменьшением угла наклона плоскости сместителя, а в лежачем остается практически неизменной. В то же время длина моделируемого разлома и характер внешних нагрузок оказывают влияние только на абсолютные значения максимумов напряжений, а на их асимметричном распределении по отношению к плоскости сместителя практически не сказываются. Выводы. Наиболее важным результатом моделирования является то, что при равных условиях нагружения и длины рассматриваемой трещины отношение ширины зон аномального напряженного состояния висячего крыла к лежачему обратно пропорционально углу наклона плоскости ее сместителя. Асимметричное распределение аномального напряженного состояния в зоне наклонной трещины, зависящее от угла наклона плоскости ее сместителя, дает повод пересмотреть при решении прикладных задач геологии ранее установленные количественные зависимости, в которых ширина зоны динамического влияния разломов условно принималась как симметричная.

Ключевые слова:

геоинформационное моделирование, CAE-система, программа ANSYS, тектонофизическая задача, напряжения, разлом, асимметрия крыльев, GIS-simulation, CAE-system, ANSYS, the problem of tectonophysics, stress, fault, wall assymetry

Библиографический список:

1. Лобацкая Р.М. Структурная зональность разломов. М.: Недра, 1987. 128 с.
2. Шерман С.И. Физические закономерности формирования разломов земной коры. Новосибирск: Наука, 1977. 101 с.
3. Blenkinsop T.G. Relationships between faults, extension fractures and veins, and stress // Journal of Structural Geology. 2008. Vol. 30. Iss. 5. P. 622–632. DOI: 10.1016/j.jsg.2008.01.008
4. Faulkner D.R., Lewis A.C., Rutter E.H. On the internal structure and mechanics of large strike-slip fault zones: Field observations of the Carboneras fault in southeastern Spain // Tectonophysics. 2003. Vol. 367. Iss. 3-4. P. 235–251. DOI: 10.1016/S0040-1951(03)00134-3
5. Wibberley C.A.J., Yielding G., Di Toro G. Recent advances in the under standing of fault zone internal structure: a review // Geological Society, London, Special Publications. 2008. Vol. 299. Iss. 1. P. 5–33. DOI: 10.1144/SP299.2
6. Шерман С.И. Сейсмический процесс и прогноз землетрясений: тектонофизическая концепция. Новосибирск: Гео, 2014. 362 с.
7. Imber J., Holdsworth R.E., Smith S.A.F., Jefferies S.P., Collettini C. Frictional-viscous flow, seismicity and the geology of weak faults: a review and future directions // Geological Society, London, Special Publications. 2008. Vol. 299. Iss. 1. P. 151–173. DOI: 10.1144/SP299.10
8. Sepehr M., Gosgrove J. The role of major fault zones in controlling the geometry and spatial organization of structures in the Zagros Fold-Thrust Belt // Geological Society London Special Publications. 2007. Vol. 272 (1). P. 419–436. DOI: 10.1144/GSL.SP.2007.272.01.21
9. Lobatskaya R.M., Strelchenko I.P. GIS-based analysis of fault patterns in urban areas: A case study of Irkutsk city, Russia // Geoscience Frontiers. 2016. Vol. 7. Iss. 2. P. 558–574. DOI: 10.1016/j.gsf.2015.07.004
10. Михайлова А.В., Ребецкий Ю.Л. Математическое моделирование тектонических структур. Конечно-элементные численные комплексы NASTRAN и U-WAY // Проблемы тектонофизики. К сорокалетию создания М.В. Гзовским лаборатории тектоно-физики в ИФЗ РАН. М.: Изд-во ИФЗ, 2008. С. 37–68.
11. Liu M., Yang Y. Extensional collapse of the Tibetan plateau: Results of three‐dimensional finite element modeling // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2003. Vol. 108. № B8, 2361. Doi: 10.1029/2002JB002248
12. Xu N., Tian H., Kulatilake P.H., Duan Q. Building a three-dimensional sealed geological model to use in numerical stress analysis software: a case study for a dam site // Computers and Geotechnics. 2011. Vol. 38. P. 1022–1030.
13. Осокина Д.Н., Яковлев Ф.Л., Войтенко В.Н. Изучение тектонического разрыва как объекта, объединяющего мегатрещину, ее поля (напряжений, деформаций) и вторичные структуры (тектонофизический анализ) // Тектоно-физика сегодня (к юбилею М.В. Гзовского). М.: Изд-во ОИФЗ РАН, 2002. С. 89-102.
14. Баренблатт Г.И. Подобие, автомодельность, промежуточная асимптотика. Теория и приложения к геофизической гидродинамике. Ленин-град: Гидрометеоиздат, 1982. 256 с.
15. Справочник физических констант горных пород / ред. С.П. Кларк. М.: Мир, 1969. 544 с.

Файлы:

• реферат (скачать | просмотреть) - скачано 8 раз
• статья (скачать | просмотреть) - скачано 28 раз