走进地震预测-加卸载响应比方法 袁帅.pptVIP

走进地震预测-加卸载响应比方法 袁 帅 首先要从一个寓言故事说起：有一个商人让他的骆驼驮了很重的货物，他对同伴炫耀说：“伙计，你瞧我的骆驼多能干啊！”同伴说：“伙计，你的这匹骆驼是很能干，可它也已经驮到极限了，你看它的腿在哆嗦呢！我敢保证，如果再加一根稻草，就足可以把这个可怜的家伙压垮了。”商人很不服气，说：“尊敬的伙计，你也太小瞧我这匹骆驼了，你看它威猛无比，我就不信一根稻草能将它压垮。”同伴说：“那就见证一下吧。”说着同伴捡起一根稻草，往骆驼背上轻轻一放，这匹威猛而能干的骆驼果然轰然倒下。这是一个广为流传的寓言故事，而这个故事也为地震预测提供了启发。 在寓言中，骆驼负重已经达到了临界状态，加一根稻草和减一根稻草对于骆驼来说是有天壤之别的：减一根稻草，骆驼会感觉少许轻松，而加一根稻草骆驼就会被压垮；而在负重很小的情况下，骆驼对于加减一根稻草却有相似的反应，少许加重或者少许轻松。同样道理，如果把地壳比作骆驼的话，当进入大地震前的临界状态，地壳对于加载和卸载的响应也会有着巨大的差别。正是基于这个道理，尹祥础注提出加卸载响应比理论，来为地震预测提供一条新的途径。 地震是极具破坏力的自然现象，地震造成的人员伤亡和财产损失是非常巨大的（见图1），进行地震预测、预报是减少地震破坏力的最有效的方法之一。地震的孕育过程是极其复杂的，但从力学角度看，其物理实质在于震源区介质的损伤、失稳和破坏，地震的孕育过程就是震源区介质的损伤、演化、破坏过程。 图2是典型的岩石的本构曲线，本构关系表征受到外载时，材料的各力学量之间的关系。图中纵坐标表示载荷P，横坐标表示响应R，在一维应力应变状态下即是相应的应力和应变。如果使材料的受力单调增加，材料将分别经历弹性变形（A）、损伤（B）、失稳（C）等过程。弹性变形的本质特征为其可逆性，即加载过程和卸载过程是可逆的（加载和卸载沿同一条曲线变化）；损伤过程的本质特征与弹性过程相反，具有不可逆性（加载和卸载不沿同一条曲线变化），这种差异反映了材料的损伤或劣化的程度。加卸载响应比理论的出发点即基于此。 在加卸载响应比理论里面，首先要定义两个基本的参数。 ①响应率：设载荷增量为 ,相应的响应的增量为 , 定义响应率X为： (1) ②加卸载响应比：令 和 分别代表加载与卸载时段的响应率，则加卸载响应比Y 定义为 (2) 对于弹性变形， , 因而 。而对于损伤过程， ，Y ＞1；当系统失稳时， 。 而将加卸载响应比应用于地震预测要解决三个主要的科学问题。 ①如何对地壳进行加载和卸载 整个孕震区的线尺度可达几百甚至上千公里，对这样巨大的系统进行加卸载，显然不是目前人力所能及的。 力和剪应力就可以通过应力张量的坐标转换得到，然后根据式（3）就可以很容易的计算出库仑破裂应力增量（ ）。③如何选取响应 在地震学中可以用地震能量，在实验中用声发射能量来定义加卸载响应比Y。我们选取地震能量作为响应，定义加卸载响应比Y为 (4)式中E为地震能量，“＋”和“－”分别代表加载和卸载，为一个0~1之间的常数， 时， 是该次地震的能量； 时，即为地学中熟知的贝尼奥夫应变； 及 时， 分别代表震源体的线尺度和面尺度； 时，加卸载响应比定义为加载地震跟卸载地震次数的比值。 和 分别为所研究