胡 平 丁彥慧 吳宏偉 蔡奇鵬 Paul Van Laak

1）北京市地震局，北京 100080

2）香港科技大學，香港

無論是在數(shù)值模擬還是試驗模擬研究工作中，正確處理邊界條件是研究結果有意義、合理、可靠的前提。過去在模擬研究中，最多也最方便的是用剛性邊界條件作為邊界約束條件，顯然這只是一種近似的無奈做法。對于采用非剛性邊界條件約束，首先面對的難題就是還不能準確認識其在自然界中的實際情況，難以找到依據(jù)。本文在對斷層同震錯動行為進行離心機模擬試驗研究的過程中，嘗試采用對比約束最大（剛性邊界）和約束最?。S動邊界）兩種邊界約束試驗的方法，來控制應當介于這兩種情況之間的自然界中的不同邊界約束條件。不難理解，這樣的方案取得的研究結果應當能更真實、控制性地去認識自然界中實際問題。這種控制性邊界條件處理方法在用于類似問題數(shù)值模擬研究中，也應該是值得嘗試的。

1 離心機模擬試驗

本文工作是第四紀地層中斷層同震錯動行為離心機試驗研究工作的一個組成部分，目的就是研究認識不同邊界約束條件對斷層同震錯動行為的影響作用。試驗選用香港科技大學的離心機進行正斷層靜力錯動剛性邊界和隨動邊界兩個對比試驗。這兩個試驗均選用代表北京地區(qū)典型的粘土－砂土多層互層場地特征的模型，預制斷層上斷點均取在模型上部。根據(jù)大多數(shù)實際斷層的考察結果，特別是北京地區(qū)的實際情況，本次試驗模型中預制正斷層的角度φ（斷層面與豎直方向的夾角）取20°。

表1 試驗重要參數(shù)表

2 試驗結果

（1）地表形變。從試驗有關測量、觀察分析看，這兩個試驗在可能造成破壞的斷層兩側地表差異形變方面差別不明顯，只是由于隨動邊界試驗，在基巖錯動后模型箱體出現(xiàn)讓位空間，比剛性邊界試驗的地表沉降量與基巖錯動量的比率有所增大。

（2）地表破裂。從試驗有關測量、觀察剖析看，隨動邊界試驗的主破裂位置、寬度和深度等均與剛性邊界試驗幾近相同，僅多出現(xiàn)了離主破裂有一定距離（約不到30 m）的次破裂。表現(xiàn)出邊界約束小了，易出現(xiàn)更多破裂且破裂影響范圍會增大的趨勢。因此，從本次設計的試驗發(fā)現(xiàn)，約束最大的剛性邊界與約束最小的隨動邊界，試驗結果相近，說明邊界條件的約束對第四紀地層中斷層同震錯動的行為特征影響并不大，只是在破裂發(fā)育程度和破裂影響范圍方面有不同。

3 試驗結論

本次試驗結果表明，最大約束的剛性邊界條件和最小約束的隨動邊界條件對第四紀地層中斷層同震錯動造成的地表形變和破裂行為特征影響不大，只是在破裂發(fā)育程度和破裂影響范圍方面有所不同。表現(xiàn)出了邊界約束變小，易出現(xiàn)更多破裂且破裂影響范圍會增大的趨勢。

4 研究方法探索

本項工作首次嘗試采用對比約束最大（剛性邊界）和約束最小（隨動邊界）兩種極端邊界約束條件進行試驗研究的方法，來控制性認識應當介于這兩種情況之間的自然界中的不同邊界約束情況下第四紀地層中斷層同震錯動行為特征，取得了明確的試驗結論。如果這種方法用于數(shù)值模擬研究同類問題中也可行的話，將可以從控制性認識問題的角度來考慮不同約束邊界條件的相關問題。