Transitorios de deslizamiento y terremotos en zonas de cizallamiento de espesor finito
Se realizaron experimentos numéricos de deslizamiento de falla cuasi
dinámico amortiguado que incluyen un comportamiento de tasa y estado en estado
estable para simular sismos y una reología plástica para modelar la deformación
permanente.
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Evolución de la formulación plástica de fricción dependiente de la
velocidad. Hay cuatro etapas: 1) Inter-sísmico: si el estado de esfuerzos de un
elemento está dentro de la envolvente de falla, las tensiones aumentan
elásticamente hasta ceder. 2) Sísmico: cuando ocurre un terremoto, el ángulo de
fricción disminuye a medida que aumenta la tasa de deslizamiento. 3) Sísmico:
el elemento se debilita plásticamente, se define una nueva envolvente de falla
y el estado de esfuerzos disminuye hasta que el círculo de Mohr regresa dentro
de la nueva envolvente de falla. Durante este período, la deformación plástica o
daño es acumulado y genera una caída retardada del esfuerzo cortante. 4) Inter-sísmico:
después de un terremoto, el ángulo de fricción aumenta a medida que disminuye
la velocidad de deslizamiento. El elemento vuelve a estar en la etapa 1 durante
la cual el estado de tensión aumenta elásticamente. Créditos: Xinyue Tong
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La zona de cizalla del modelo tiene un ancho finito que representa una
zona de falla natural.
Se reprodujeron eventos rápidos y lentos que siguen relaciones teóricas
y de observación para sismos y eventos de deslizamiento lento (SSEs).
Se muestra que la transición entre deslizamiento rápido y lento ocurre
cuando la caída de fricción en la zona de corte es igual a un valor crítico,
Δμc.
Con menores caídas de fricción, los SSEs usan casi todo el trabajo mecánico
para acumular la deformación inelástica, mientras que con las caídas de
fricción más altas, los deslizamientos rápidos utilizan parte del trabajo
mecánico para deslizarse por fricción.
La nueva formulación reemplaza la evolución del estado de velocidad y
estado por la evolución del esfuerzo concurrente con la acumulación de daño
permanente en y alrededor de una zona de falla.
Métodos
DES3D y análisis Lagrangiano rápido (FLAC)
En la actualidad, la formulación más utilizada de la fricción de rocas
es proporcionada por la relación empírica de fricción dependiente de la tasa y
el estado. Este marco considera las propiedades características de la
superficie de la falla, incluida la distancia de deslizamiento, la velocidad de
deslizamiento, el esfuerzo normal y las variables de estado. Sin embargo, este
modelo no incluye mecanismos como la fractura durante la formación de fallas y
la evolución a través de escalas de tiempo tectónicas.
Plasticidad dependiente del tiempo
Para simular la formación de fallas por acumulación de deformación
inelástica y eventos de deslizamiento, se utilizó una formulación plástica
elástica de Mohr-Coulomb que incluye un límite de fluencia, una ley de flujo de
plástico y una ley de fricción.
Implementaciones para eventos de deslizamiento
Con el fin de simular los procesos tectónicos a través del tiempo,
partiendo de LTT DES3D, se aplicó la técnica de tiempo-escalonado adaptativa. La
simulación utiliza un algoritmo explícito de segundo orden para la integración.
