地震断層発生メカニズムの解明のための非接触変位分布測定を用いたモデル実験

利用非接触位移分布测量的模型实验阐明地震断层产生机制

基本信息

批准号：
09750535
负责人：
堀宗朗
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

阪神大震災以降,直下地震の際の活断層のすベりが引き起こす局所的大被害に関心が高まっている.さらに,超長期にわたって供用される土木構造物には,伏在活断層がすべる可能性も想定しなければならない.基盤内の断層が地表に達し地震断層が形成される場合,引き起こされる強震動は極めて大きい.このような地震断層の被害評価には,断層に伴う地表変形を数値解析する手法が必要である.上記を背景として,本研究は,地表地震断層の新しいモデル実験を行い,断層破壊挙動予測の数値解析手法を開発した.これは,断層発生メカニズムを解明し,それに基づく解析理論を構築することを念頭においている.モデル実験は,ゼラチン供試体のねじりせん断によるリーデル線発生実験である.リーデル線は底部のせん断によって供試体表面に発生する亀裂であり,ねじりせん断をかけることで再現性を向上した.リーデル線の形成過程は高速ビデオカメラによって撮影した.さらに,ビデオ画像の画像解析から変位分布を非接触で測定し,新たに提案した逆解析手法を用いて対応する応力分布を推定した.この結果,分岐が雁行状亀裂形成の支配的メカニズムであることを解明した,これは,1)一様な横ずれせん断が与えられているにもかかわらず周期的な亀裂が発生すること,2)周期的な亀裂は一様に進展せず選択的に進展すること,という観察結果に基づいている.このような分岐現象を巧妙に解析するため,新しい連続体モデルと数値解析手法を構築した.数理的な分岐解析は滑らかな関数を対象とすると有効である.したがって,亀裂の発生・進展が数値的に滑らかに計算されるよう,材料や構造のばらつきを考慮した連続体モデルを作り,このモデルを解析する有限要素法を開発した.この結果,モデル実験で観察された雁行亀裂を再現することに成功した.また,地表地震断層が形成される過程の数値シミュレーションも行った.

自阪神大地震以来，人们越来越关注直接地震期间活动断层滑动造成的局部大破坏。此外，在长期使用的土木工程结构中，隐藏的活动断层也有可能发生滑动。还必须假设在基础内很长一段时间。当断层到达地表并形成地震断层时，会产生极大的强烈地震动。为了评估这种地震断层造成的损害，需要一种对与断层相关的地表变形进行数值分析的方法。作为背景，本研究我们对地震断层进行了新的模型实验，并开发了预测断层破裂行为的数值分析方法。这样做的目的是阐明断层产生机制并构建基于它的分析理论。这是由于剪切而产生 Riedel 线的实验，Riedel 线是由于底部剪切而在样品表面产生的裂纹，通过施加扭转剪切提高了再现性。使用高倍镜拍摄了 Riedel 线的形成过程。 - 高速摄像机。此外，通过对视频图像的图像分析来非接触地测量位移分布，并使用新提出的逆分析方法来估计相应的应力分布，我发现这是这样的。观察结果是：1）尽管走滑剪切是均匀的，但周期性裂缝仍会出现；2）基于对这种分叉现象的巧妙分析，周期性裂缝不是均匀扩展的，而是选择性扩展的。为此，我们构建了一种新的连续体模型和数值分析方法。数学分岔分析在针对平滑函数时是有效的。因此，为了顺利地数值计算裂纹萌生和扩展，我们创建了一个考虑材料变化的连续体模型和结构，并开发了有限元方法来分析该模型，结果成功地再现了模型实验中观察到的雁行裂纹，并对形成过程进行了数值模拟。