断层力学概论PDF电子书下载

第1章 断层概述 1

1.1断层、断层要素与断层带 1

1.2断层的分类 2

1.2.1断层的几何分类 3

1.2.2断层的成因分类 3

1.3活动断层 4

1.3.1活动断层的定义 4

1.3.2活动断层的标志 6

1.3.3中国活动断层的分布 6

1.3.4一些世界著名的活动断层 7

1.4转换断层 10

1.5地震断层 10

第2章 力学基础 15

2.1均匀介质中的应力与应变 15

2.1.1内力与应力 15

2.1.2单向压缩情况下斜截面上的应力 16

2.1.3双向压缩情况下斜截面上的应力 18

2.1.4地壳应力的几个基本概念 21

2.1.5变形与应变 22

2.2弹性力学基础 24

2.2.1三维弹性体的应力分析 25

2.2.2三维弹性体的应变分析 31

2.2.3应力与应变的关系 34

2.3断裂力学基础 36

2.3.1裂纹的三种基本类型 37

2.3.2裂纹顶端应力分布的特征 38

2.3.3裂纹系统的能量分析 40

2.3.4裂纹的扩展过程与断裂 43

2.3.5复合型裂纹的脆性断裂判据 45

2.3.6弹塑性断裂力学简介 47

2.3.7断层力学研究中应用断裂力学需注意的问题 51

2.4岩石力学基础 52

2.4.1岩石的物理力学性质 52

2.4.2岩石的脆性破裂 63

2.4.3岩石的力学模型 71

2.4.4对应原理 79

第3章 断层的摩擦滑动 82

3.1摩擦力 82

3.1.1外摩擦力与内摩擦力、静摩擦力与滑动摩擦力 82

3.1.2初始摩擦力、最大摩擦力与残余摩擦力 83

3.2摩擦定律概述 84

3.2.1 Amontons定律 84

3.2.2 Jaeger定律 84

3.2.3 Byerlee定律 84

3.3断层面的接触类型 87

3.3.1尖点接触 87

3.3.2平面接触 87

3.3.3齿合接触 88

3.4岩石断面的摩擦滑动 88

3.4.1稳滑与粘滑 89

3.4.2影响稳滑与粘滑的因素 89

3.4.3粘滑前的重要特点——前兆性滑动 97

3.4.4稳滑与粘滑产生的物理机制 98

第4章 断层的应力状态 100

4.1断层形成时的应力状态 100

4.1.1一般断层 100

4.1.2次生断层 103

4.1.3地震断层与构造应力状态 108

4.2断层上的应力 110

4.2.1活断层上的应力 110

4.2.2老断层上的应力 121

4.3断层附近的应力 123

4.3.1断层附近的应力集中 123

4.3.2断层附近的应力积累 128

4.4剪切生热与断层的应力状态 131

第5章 断层的力学模型 135

5.1断层的弹簧-滑块模型 136

5.2断层的障碍体（Barrier）模型 136

5.2.1障碍体模型的主要内容 137

5.2.2障碍体模型的数值试验依据 137

5.2.3障碍体模型的野外证据 141

5.2.4障碍体的分类及其作用 143

5.2.5地震断层障碍体参数的估计方法 144

5.2.6断层障碍体模型的应用 146

5.3断层的凹凸体（Asperity）模型 148

5.3.1 凹凸体模型的主要内容 148

5.3.2 凹凸体模型的应用 150

5.4断层的多重凹凸体模型 151

5.4.1多重凹凸体模型的主要内容 151

5.4.2多重凹凸体模型的野外观测依据 151

5.4.3多重凹凸体模型的一些应用 151

第6章 断层的运动学模型 154

6.1位错理论的提出与发展 154

6.2弹性静位错理论的基本概念 155

6.2.1位错、位错线与位错面 155

6.2.2两种类型的位错 156

6.2.3刃型位错与螺型位错 157

6.3断层的三维弹性静位错模型 157

6.3.1 Volterra位错产生的位移场与应力场 157

6.3.2断层的弹性静位错模型 158

6.4断层的弹性动态位错模型 162

6.4.1 Heaviside模型 163

6.4.2 Haskell模型 164

6.4.3 Brune模型 165

6.5断层的粘弹性位错模型 167

6.5.1粘弹性位错模型的建立 168

6.5.2粘弹性位错模型的应用 169

6.6断层位错模型的局限性 170

第7章 断层的动力学模型 171

7.1无摩擦的二维裂纹破裂模型 172

7.1.1 Knopoff模型 172

7.1.2 Starr模型 174

7.1.3无摩擦二维裂纹模型的应用 175

7.1.4无摩擦二维裂纹模型的局限性及其初步改进 175

7.2二维剪切裂隙自发（spontaneous）破裂传播模型 177

7.2.1 Kostrov的法平面（antiplane）剪切裂隙自发传播模型 177

7.2.2法平面剪切裂纹自发传播的一般理论 177

7.2.3法平面剪切裂纹自发传播的时间过程 179

7.3三维介质中摩擦断层复杂破裂传播数值模拟 179

7.3.1平面摩擦断层破裂传播模型 181

7.3.2平面断层上圆形凹凸体破裂传播数值模拟 182

7.4三维倾斜断层运动不对称性的动力学模拟 185

7.4.1物理模型和分析途径 185

7.4.2数值模拟方法和结果 186

7.5断层动力学模拟地震强度分布统计特征 189

7.5.1滑块和弹簧系统的动力学模型 190

7.5.2滑块和弹簧系统的地震强度分布统计特征模拟 191

第8章 断层运动产生的应力波 195

8.1波动方程 195

8.2地震波 196

8.2.1体波 197

8.2.2面波 199

8.3地震前的长周期形变波 200

8.3.1一些初步的观测研究 200

8.3.2长周期形变波的基本特征 201

8.3.3长周期形变波产生的物理机制 203

8.4慢地震 203

8.4.1慢地震的主要特征 203

8.4.2慢地震与正常地震的关系 204

8.4.3中国一些慢地震的例子 206

8.4.4慢地震产生的物理机制 206

第9章 断层运动产生的位移、形变与应力场 207

9.1位移场 207

9.1.1直立断层错动产生的弹性位移场 207

9.1.2倾斜断层错动产生的弹性位移场 212

9.1.3断层错动产生的粘弹性位移场 219

9.2应变场与倾斜场 223

9.2.1直立断层错动产生的弹性应变场与倾斜场 223

9.2.2倾斜断层错动产生的弹性应变场与倾斜场 224

9.2.3粘弹性介质中的应变场与倾斜场 224

9.3应力场 226

9.3.1弹性介质中的应力场 226

9.3.2粘弹性介质中的应力场 236

第10章 断层蠕变滑动 239

10.1断层蠕变现象 239

10.1.1美国圣安德烈斯断层的蠕变现象 240

10.1.2土耳其北安纳托利亚断层的蠕变现象 240

10.1.3中国一些断层的蠕变现象 240

10.2断层蠕变类型 241

10.2.1稳态蠕变 241

10.2.2间歇性蠕变 241

10.2.3地震前兆性蠕变 242

10.2.4地震后断层蠕变 242

10.3断层蠕变的传播方式 244

10.4断层蠕变事件的经验定律 245

10.5影响断层蠕变的因素与断层蠕变随深度的变化 247

10.6断层蠕变的物理机制 247

第11章 断层的非稳态滑动 249

11.1断层非稳态滑动前的性状 249

11.1.1组合模型观点 249

11.1.2断裂力学观点 250

11.2地震断层破裂的传播与停止 250

11.2.1地震断层破裂的传播方式 250

11.2.2地震断层破裂的传播速度 251

11.2.3地震断层破裂传播停止的机制 251

11.3地幔物质运动与断层作用 253

11.3.1地幔物质运动对断层活动的影响 253

11.3.2地震断层活动的最大深度 254

11.4构造地震的断层成因说 255

11.4.1构造地震断层成因说的提出与发展 255

11.4.2新断层的形成与地震 257

11.4.3从断裂力学的观点看地震过程 260

11.5地震参数与断层参数的关系 261

11.5.1断层参数与震级的确定 261

11.5.2震级与断层参数的统计关系式 262

第12章 断层的相互作用 266

12.1位错理论观点 266

12.1.1地震广义影响场 267

12.1.2静态库仑破裂应力变化及其影响 272

12.1.3地震的动态应力触发 276

12.1.4地震应力触发的进一步思考 277

12.2断裂力学观点 278

12.2.1雁列式裂纹的相互作用 278

12.2.2闭合裂纹的相互作用 280

12.3断层相互作用对地震震源参数的影响 281

12.4断层相互作用对地震前兆的影响 282

第13章 断层运动的科学观察 284

13.1地质学方法 284

13.1.1确定活断层的地质地貌标志 285

13.1.2调查研究古地震的遗迹 285

13.1.3估算活断层的滑动速率与地震的重复周期 285

13.2大地测量学方法 287

13.2.1跨断层位移测量 288

13.2.2大地形变测量 290

13.3地震学方法 292

13.3.1确定断层的空间分布和活动水平 292

13.3.2推测断层闭锁段的位置 292

13.3.3确定地震断层参数 292

13.3.4推测断层带未来可能发生的强震震级 293

13.3.5研究断层地震破裂的全过程 294

13.3.6探测地壳深部断层的结构与性状 294

13.4遥感方法 294

13.4.1航空像片的活动断层解译 294

13.4.2卫星像片的活动断层解译 296

13.5电磁学方法 296

13.5.1采用大极距供电测量电阻率的分布 296

13.5.2测定人工电流的感应磁场 296

13.5.3观测电阻率与磁场随着时间变化的特性 297

13.6地球化学方法 297

13.6.1研究地下流体中化学组分及其比值的变化 297

13.6.2研究土壤和断层岩石中气体化学成分的变化 297

第14章 断层运动与地震预报 298

14.1与地震预报有关的基本问题 298

14.1.1基本认识 298

14.1.2基本途径 298

14.1.3基本的争论 300

14.1.4基本的困难 303

14.1.5基本的出路 305

14.2断层与地震前兆 306

14.3断层蠕变在地震孕育与发生过程中的作用 307

14.4断层蠕变与前震和余震的关系 308

14.5断层蠕变与地震前兆形态的变化 309

14.5.1定性解释 309

14.5.2定量分析 310

14.6断层蠕变与地震前兆的空间分布 310

14.6.1地震活动性 312

14.6.2地震应力降 312

14.6.3地下水 314

14.7断层蠕变观测中的几个问题 314

参考文献 316

编后记 331