Spectral-infinite-element simulations of coseismic and post-earthquake deformation
Spectral-infinite-element simulations of coseismic and post-earthquake deformation
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同震和震后变形的谱无限元模拟
DOI：
10.1093/gji/ggy495
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发表时间：
2018
影响因子：
2.8
通讯作者：
Tromp, Jeroen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gharti, Hom Nath;Langer, Leah;Tromp, Jeroen
准确有效地模拟同震和震后形变对于正确推断震源参数和地下结构具有重要意义。这些模拟通常使用具有近似边界条件的截断半空间模型进行。除非使用足够大的模型，否则使用这种边界条件会引入不准确性，这大大增加了计算成本。为了解决这一问题，我们提出了一种将谱元法与映射无限元法相结合的新方法。在这种方法中，我们仍然使用截断的模型域，但添加了无限元素的单个外层。光谱单元捕获域，无限单元捕获远场边界条件。由于无限元的额外层所带来的额外计算成本是微不足道的。数值积分分别通过光谱和无限元中的高斯-勒让德-洛巴托和高斯-拉多正交进行。我们实现了震源的等效矩密度张量法和分裂节点法，并讨论了每种方法的优点。对于震后变形，我们使用二阶精确且无条件稳定的递推算法实现了一般麦克斯韦流变。我们将我们的结果与同震变形的Okada解析解，以及震后变形的Savage & Prescott解析解和PyLith有限元代码进行基准测试。
Accurate and efficient simulations of coseismic and post-earthquake deformation are important for proper inferences of earthquake source parameters and subsurface structure. These simulations are often performed using a truncated half-space model with approximate boundary conditions. The use of such boundary conditions introduces inaccuracies unless a sufficiently large model is used, which greatly increases the computational cost. To solve this problem, we develop a new approach by combining the spectral-element method with the mapped infinite-element method. In this approach, we still use a truncated model domain, but add a single outer layer of infinite elements. While the spectral elements capture the domain, the infinite elements capture the far-field boundary conditions. The additional computational cost due to the extra layer of infinite elements is insignificant. Numerical integration is performed via Gauss–Legendre–Lobatto and Gauss–Radau quadratures in the spectral and infinite elements, respectively. We implement an equivalent moment-density tensor approach and a split-node approach for the earthquake source, and discuss the advantages of each method. For post-earthquake deformation, we implement a general Maxwell rheology using a second-order accurate and unconditionally stable recurrence algorithm. We benchmark our results with the Okada analytical solutions for coseismic deformation, and with the Savage & Prescott analytical solution and the PyLith finite-element code for post-earthquake deformation.
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DOI：
10.1061/(asce)0733-9445(1985)111:11(2355
发表时间：
1985
期刊：
Journal of Structural Engineering-asce
影响因子：
--
作者：
Prabhat Kumar
通讯作者：
Prabhat Kumar
影响因子：
2.8
作者：
Langer, Leah;Gharti, Hom Nath;Tromp, Jeroen
通讯作者：
Tromp, Jeroen
泊松方程的谱无限元解：在自重力中的应用
DOI：
10.1111/j.1365-246x.2005.02711.x
发表时间：
2017
期刊：
arXiv: Geophysics
影响因子：
--
作者：
H. N. Gharti;J. Tromp
通讯作者：
J. Tromp
无限元——理论与应用
影响因子：
4.7
作者：
T. Angelov
通讯作者：
T. Angelov
影响因子：
3
作者：
Y. Okada
通讯作者：
Y. Okada