非連續(xù)變形分析與現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)

前言

現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)，作為一門獨(dú)立的學(xué)科和學(xué)術(shù)領(lǐng)域范疇而出現(xiàn)，既有它的理論和學(xué)術(shù)意義，也是人類社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要。其研究的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，核心是研究如何定量確定地殼運(yùn)動(dòng)和變形的空間分布、時(shí)間過(guò)程、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型，以及在預(yù)測(cè)和減輕自然災(zāi)害中的應(yīng)用。本書針對(duì)采用現(xiàn)代測(cè)量手段獲得的大量地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如何分析研究，如何進(jìn)行深層次的加工并揭示其蘊(yùn)涵的內(nèi)部機(jī)理，這一項(xiàng)亟待解決的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，采用數(shù)值分析方法，對(duì)特定區(qū)域的地殼運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力分布及演化規(guī)律進(jìn)行了深入研究。數(shù)值分析方法在現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)研究中起著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)實(shí)世界的客觀描述無(wú)一不是建立在物理模型的精確數(shù)學(xué)表達(dá)上。板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的提出，促進(jìn)了用剛體運(yùn)動(dòng)模型來(lái)描述地殼宏觀大尺度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，該模型在解釋過(guò)去幾百萬(wàn)年全球總體構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方面是成功的，但在局部區(qū)域（例如大陸板塊邊界及內(nèi)部）則誤差很大。另一類描述地殼運(yùn)動(dòng)的物理數(shù)學(xué)模型是固體變形模型，在數(shù)值計(jì)算中多采用有限元法（FEM），對(duì)于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問(wèn)題，有限元法獲得很大成功。事實(shí)上，無(wú)論是大到全球（可分為數(shù)個(gè)大板塊），還是小到一塊巖石（充滿著節(jié)理），都是不連續(xù)的塊體系統(tǒng)，在變形運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都是不連續(xù)的。因此，采用塊體系統(tǒng)非連續(xù)變形數(shù)值分析方法來(lái)研究地殼運(yùn)動(dòng)更科學(xué)，而用有限元法處理眾多的斷裂和不連續(xù)裂縫則是相當(dāng)困難的。非連續(xù)變形分析（DDA）方法是從巖石力學(xué)分析中發(fā)展起來(lái)的一種全新的數(shù)值方法。這種方法用位移作為未知數(shù)，解平衡方程時(shí)則是用與有限單元法中結(jié)構(gòu)矩陣分析相同的方法。非連續(xù)變形分析以嚴(yán)格遵循經(jīng)典力學(xué)規(guī)則為基礎(chǔ)，它可用來(lái)分析塊體系統(tǒng)的力和位移的相互作用，對(duì)各塊體允許有位移、變形和應(yīng)變；對(duì)整個(gè)塊體系統(tǒng)，允許滑動(dòng)和塊體界面間張開或閉合。如果知道每個(gè)塊體的幾何形狀、荷載及材料特性常數(shù)，以及塊體接觸的摩擦系數(shù)、粘著力和阻尼特征，DDA方法便可計(jì)算應(yīng)力、應(yīng)變、滑動(dòng)、塊體接觸力和塊體位移。本書的核心內(nèi)容是研究非連續(xù)變形分析與現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的理論和應(yīng)用。在系統(tǒng)地闡述了現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的研究?jī)?nèi)容、方法和技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)研究數(shù)值分析方法的局限性，采用DDA方法來(lái)研究地殼運(yùn)動(dòng)。為了科學(xué)有效的把DDA方法應(yīng)用于地殼運(yùn)動(dòng)研究，本書首先把DDA方法從平面數(shù)值模型發(fā)展到適用于大范圍地殼運(yùn)動(dòng)研究的球面數(shù)值模型。在此基礎(chǔ)上，編制了球面非連續(xù)變形分析（SDDA）數(shù)值分析軟件，并應(yīng)用該軟件對(duì)新疆伽師地區(qū)的地震活動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，得出一些有益的結(jié)論。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地探討了非連續(xù)變形分析與現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的理論和應(yīng)用，針對(duì)采用現(xiàn)代測(cè)量手段獲得的大量地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用數(shù)值分析方法，對(duì)特定區(qū)域的地殼運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力分布及演化規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。

書籍目錄

第一章　緒論　1．1　現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)研究的意義和內(nèi)容　1．2　現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的研究方法和技術(shù)手段　1．3　現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)研究的數(shù)值分析方法　1．4　非連續(xù)變形分析(DDA)方法概述　1．5　本書研究的主要內(nèi)容第二章　球面坐標(biāo)系中塊體的位移和變形　2．1　球坐標(biāo)系中彈性力學(xué)的基本方程組　2．2　球面上塊體的變形　2．3　球面上塊體變形的矢量運(yùn)算推導(dǎo)第三章　球面坐標(biāo)系中的聯(lián)立方程式　3．1　球面聯(lián)立方程的建立　3．2　球面上單一塊體的應(yīng)力、應(yīng)變及荷載分析　3．3　單一塊體的慣性力子矩陣　3．4　粘性力子矩陣　3．5　位移觀測(cè)量對(duì)塊體運(yùn)動(dòng)和變形的約束　3．6　長(zhǎng)度基線觀測(cè)量對(duì)塊體系統(tǒng)的約束第四章　塊體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)　4．1　塊體間接觸的概念　4．2　塊體間的相互嵌入　4．3　法向彈簧子矩陣　4．4　切向彈簧的設(shè)置及其子矩陣　4．5　摩擦力的處理　4．6　彈簧的施加原則第五章　球面DDA軟件的設(shè)計(jì)及功能分析　5．1　球面DDA軟件的模型　5．2　球面DDA軟件中的一些基本假定和約束　5．3　球面DDA軟件程序設(shè)計(jì)流程圖　5．4　球面DDA軟件程序模塊簡(jiǎn)介　5．5　球面DDA軟件的主要特點(diǎn)　5．6　球面DDA軟件的運(yùn)行環(huán)境及算例第六章　新疆伽師地區(qū)地震活動(dòng)的數(shù)值模擬研究第七章　青藏高原及中國(guó)大陸其它地區(qū)的現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)特征第八章　結(jié)論與建議參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.1 現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)研究的意義現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)，作為一門獨(dú)立的學(xué)科和學(xué)術(shù)領(lǐng)域范疇而出現(xiàn)，既有它的理論和學(xué)術(shù)意義，也是人類社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要。人們從對(duì)漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期的地殼運(yùn)動(dòng)研究，發(fā)展到新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的研究，進(jìn)而必然發(fā)展到探索最近時(shí)期的地殼運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)是地球活動(dòng)的一部分，是億萬(wàn)年地殼運(yùn)動(dòng)發(fā)展至目前的自然延伸，它還是地球動(dòng)力學(xué)研究的重要內(nèi)容和基礎(chǔ)。因?yàn)橐芯康厍騽?dòng)力學(xué)的演化和規(guī)律，首先要研究巖石圈的組成和運(yùn)動(dòng)，而現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)正是上述諸方面的可以直接察覺(jué)、觀測(cè)的反映。地殼運(yùn)動(dòng)研究的趨勢(shì)，也從定性研究走上定量研究，而現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)正是發(fā)生在不久的過(guò)去時(shí)期和現(xiàn)今，可以用儀器直接進(jìn)行觀測(cè)。大地測(cè)量學(xué)和地球物理學(xué)也確實(shí)觀測(cè)到大量地殼運(yùn)動(dòng)的信息數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)許多與地殼運(yùn)動(dòng)有關(guān)的重要現(xiàn)象，都需要得到解釋，這就必然促使“現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)”作為獨(dú)立學(xué)科而提出并得以快速發(fā)展。人類生活在地球上，無(wú)時(shí)無(wú)刻不受到現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的影響和制約。其中一個(gè)重要問(wèn)題是地震災(zāi)害。地震是現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式之一，它直接威脅人類的生存、生活和各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)，要提高地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，減輕地震帶來(lái)的危害，就必須研究現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的時(shí)空規(guī)律。盡管人們可以從各自的學(xué)科，利用不同的手段、方法去研究，但其中心都是探索現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的機(jī)制和規(guī)律。城市建設(shè)、水工建設(shè)和礦山建設(shè)都存在一個(gè)穩(wěn)定性問(wèn)題，這也涉及現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的研究。人類的活動(dòng)又反過(guò)來(lái)影響地殼運(yùn)動(dòng)，如水利建設(shè)或其它工程建設(shè)會(huì)誘發(fā)地震或增強(qiáng)地震活動(dòng)的強(qiáng)度和頻度，大規(guī)模礦產(chǎn)和石油開發(fā)會(huì)造成現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)的不均衡和重新調(diào)整，城市生活、工業(yè)用水可能引起地面大面積沉降。如我國(guó)天津、上海等沿海城市因過(guò)度開采地下水使地面持續(xù)沉降，速率達(dá)5cm／a。這些都與地殼運(yùn)動(dòng)平衡狀態(tài)遭到破壞有關(guān)。總之，現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)直接影響人類的生存和生活，對(duì)此進(jìn)行研究意義重大。

編輯推薦

《非連續(xù)變形分析與現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng)》：測(cè)繪科技專著出版基金資助。

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    非連續(xù)變形分析與現(xiàn)代地殼運(yùn)動(dòng) PDF格式下載

---