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3-D dynamic rupture simulations by a finite volume method

Authors :
Víctor M. Cruz-Atienza
Mondher Benjemaa
Nathalie Glinsky-Olivier
Jean Virieux
Numerical modeling and high performance computing for evolution problems in complex domains and heterogeneous media (NACHOS)
Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (JAD)
Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Geological Sciences [San Diego]
San Diego State University (SDSU)
Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT)
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (LJAD)
Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
Department of Geological Sciences [San Diego State Univ] (Geology SDSU)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Instituto de Geofisica [Mexico]
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Universidad Nacional Autónoma de México = National Autonomous University of Mexico (UNAM)
Source :
Geophysical Journal International, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2009, 178 (1), pp.541-560. ⟨10.1111/j.1365-246X.2009.04088.x⟩, Geophysical Journal International, 2009, 178 (1), pp.541-560. ⟨10.1111/j.1365-246X.2009.04088.x⟩, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2009, 00, pp.000, Geophysical Journal International, 2009, 178 (1), pp.541-560. ⟨10.1111/j.1365-246x.2009.04088.x⟩, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2009, 178 (1), pp.541-560. ⟨10.1111/j.1365-246x.2009.04088.x⟩
Publication Year :
2009
Publisher :
HAL CCSD, 2009.

Abstract

International audience; Dynamic rupture of a 3-D spontaneous crack of arbitrary shape is investigated using a finite volume (FV) approach. The full domain is decomposed in tetrahedra whereas the surface, on which the rupture takes place, is discretized with triangles that are faces of tetrahedra. First of all, the elastodynamic equations are described into a pseudo-conservative form for an easy application of the FV discretization. Explicit boundary conditions are given using criteria based on the conservation of discrete energy through the crack surface. Using a stress-threshold criterion, these conditions specify fluxes through those triangles that have suffered rupture. On these broken surfaces, stress follows a linear slip-weakening law, although other friction laws can be implemented. For The Problem Version 3 of the dynamic-rupture code verification exercise conducted by the SCEC/USGS, numerical solutions on a planar fault exhibit a very high convergence rate and are in good agreement with the reference one provided by a finite difference (FD) technique. For a non-planar fault of parabolic shape, numerical solutions agree satisfactorily well with those obtained with a semi-analytical boundary integral method in terms of shear stress amplitudes, stopping phases arrival times and stress overshoots. Differences between solutions are attributed to the low-order interpolation of the FV approach, whose results are particularly sensitive to the mesh regularity (structured/unstructured). We expect this method, which is well adapted for multiprocessor parallel computing, to be competitive with others for solving large scale dynamic ruptures scenarios of seismic sources in the near future.

Details

Language :
English
ISSN :
0956540X and 1365246X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Geophysical Journal International, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2009, 178 (1), pp.541-560. ⟨10.1111/j.1365-246X.2009.04088.x⟩, Geophysical Journal International, 2009, 178 (1), pp.541-560. ⟨10.1111/j.1365-246X.2009.04088.x⟩, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2009, 00, pp.000, Geophysical Journal International, 2009, 178 (1), pp.541-560. ⟨10.1111/j.1365-246x.2009.04088.x⟩, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2009, 178 (1), pp.541-560. ⟨10.1111/j.1365-246x.2009.04088.x⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ffb94df36f14bc7ca86b82114885beb3
Full Text :
https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2009.04088.x⟩