1、第20卷第4期 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 2001年8月V0120, No4 Journal ofLiaoning Technical University(Natll脚Science) Aug 2001空号t IO嘴0，62(枷”04-舛29-02基于剪切梁层间失效模型的地震分析李忠华，杨金明：，潘一山-(1辽宁工程技术大学力学与工程科学系，辽宁阜新123000；2锤击攥业集团有限责任公司辽宁铁法112700)摘要：将剪切梁层间失散模型用于分析地震的发生，将岩体简化为由弹塑性璺re夹层粘皓在一起的剪切粱；考虑了侧压力沿竖向的变化：将地层浑部产生的反平面剪切载荷作为诱发地震的原因分析
2、了岩悻的位移和应力分布规律褥到了层问裂纹产生及其扩暖规律建立了地曩发生的条件，提出了一种亍置报地震的方法、关键词：剪切鬃：层阃失效：地震预报中用号：TB 30l：P315 文赫标识码：A引 言在反平面剪切载荷及侧压力共同作用下层问裂纹形成及其扩展所导致的层间失效是岩石结构失效的重要模式。沈新普采用粘性裂纹模型研究层间裂纹得到了侧压力作用下反平面剪切单调载荷引起的层问裂纹扩展规律”l，给出了软化失稳和回折失稳两种失稳行为发生的条件I“。本文将剪切粱层间失效模型用于分析地震的发生。将岩体简化为含竖向夹层的剪切梁；将侧压力假设为水平地应力，考虑其沿竖向的变化；将地层深部产生的反平面剪切载荷作为诱发地
3、震的原因；分析层间裂纹产生及其扩展规律得到地震发生的条件。1岩体的剪切梁模型假设岩体为由竖向夹层粘结在一起的剪切粱，宽为b、厚为2f、深为日，中间存在一条竖向夹层(图1)；在水平地应力仃。()、深部水平剪图1有竖向裂纹的剪切架模型Fig l 3bbeam model with ve力Q作用下，梁间夹层发生塑性软化并形成撕开型裂纹。假设岩体为弹性剪切梁，剪切弹性模收一日期：2l_0510怍者筒秆：李忠华(1964-)，男，辽宁建昌，剐教授奉文犏拉：拍瑞华量为G只发生Y向水平相对位移w：梁中剪应力为f(曲，沿同一水平为均匀分布。一G罢，窘Gt旷o (1)如 血 2夹层的弹塑性软化模型对于给定的水平
4、地应力仃。(z)，随着深部剪力Q的增加，从深部到地表依次形成摩擦滑动区、塑性损伤区和弹性区(图2)。其本构关系为田2夹层的软化模型弹性区 f，2Kwt os吁2詈 (2)塑性区；，：t：一x，。，堆swsK=立三生 (，)滑动摩擦区 f，=_盯。(J)，w (4)假设水平地应力与垂深成正比d。(J)=p(日一z) (5)式中石=导，E=iGe，r：=靠f-+等1，G，、G。、h分别为夹层的剪切弹性模量、软化模量和厚度，为滑动摩擦系数，m为峰值强度。9生 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 第加卷层间裂纹稳定扩展时的解析解滑动摩攘区(OJ玉)w=一警百p#l。iH石I，)(6)弘f(0)一孚肌i
5、X2 (7)f Zm性REtK(xl工x2)w=C1cos(o篮)+c2 sm)专 国一0f=G0c6CI sin(藏)一C2 cos慨)】 (9)弹性区k工H) W=C，e-4 (10)f=c，G恤一4 (11)式中口=厝，口=压，cl、c2、c3为积分常数。由各区交界处f、H，的连续条件可确定积分常数，并可求得。=言卜m时叫等c-劲舯喜-J(譬0 J+2睾。f(0 J=_40(m，一，?)+，。fsin眠_卅厚劬”坤，4地震发生的条件当而=日时，塑性区到达地面，为裂纹稳定扩展的临界状态。如深都水平剪力印继续增加，则裂纹扩展将失去稳定性。此时撕开裂纹长度小日一扣m(汁叫案忡代八式03)得临界
6、载荷r ，2、口=酬珥一I、 。， (15)+警般cosb一删抽鼬叫)1以上分析了岩体中存在单一竖向夹层的情况，将随裂纹的扩展塑性区到达地面时的临界状态作为地震发生的条件。如果在地层某一局部范围内存在多条竖向夹层，在地应力和地层深部岩体水平错动而产生的水平剪力作用下，诱发地震可能性更大。按此分析，通过对一定深度地层中岩体相对位移进行观测，可以预报地震是否发生。5结论本文认为地层中局部范围内岩体可以简化为由弹塑性竖向夹层粘结在一起的剪切粱：此范围外岩体作用考虑为水平侧压力，并沿竖向变化；地层深部产生的反平面剪切载荷为诱发地震的主要原因：通过分析剪切梁与夹层的相互作用，可以得到岩体的位移与应力分布
7、规律，及层间裂纹产生及其扩展规律；夹层塑性区到达地面时的临界点即为地震发生的临界条件；通过对定深度地层中岩体相对位移进行观测，可以预报地震是否发生。参考文献：lI】沈新瞢求解层间界面反平面剪切破坏的剪切集模型0卜基车特性lJ】 应用蠡学和力学211娜4)(11)：1101lJ，【2J沈新普求解层向界面反平面剪切破坏的剪切粱模型仍卜失尊特性I刀应用教学和力学，2000,5001)：1109一1116Earthquake Analysis Based on Shear Beam Model for Interface FailureLI Zhong-hu_，YANG J抽-ming，PAN幽，e悼
8、ofMeehan妇and Eq由栅ng Sdenee宣“函岫g Teehnlesd University，Fu卫in 123000，Cl吐na)Ah出1ld：Shear beam model for interface fmlure WaS used for the earthquake occurnng analysis in this papeRock body WU simplified to shear beams willl elastic-plasfic vertical interface layerChanges of side presgur|ealong v口如alwere
9、consideredAntpLaneshearloadsunderdeeplayerweregarded asthec锄sesforcar吐IquakeAnalyt妇d solution was given forrule ofrock displacement and SU_eSS distributions and forming and developing ofthe crack in interface layerA COIldifion of earthquake occurring WaS set upA method of earthquake predictionw8s proposedKey words：shear beam model；interface faikme；earthquake prediction
