Numerical investigation of in-situ stress perturbation near a weak fault by 3D displacement discontinuity method

ABSTRACT: In this paper, a numerical investigation utilizing the 3D displacement discontinuity method is performed to examine the stress perturbations and induced displacements near a weak fault. The modelling is constructed based on indirect boundary integral equations. In this work, the fault plane is first modelled as a rectangular plane which is then divided into numerous rectangular boundary elements with imposed shear singularities on the surface which is normal to the fault plane to simulate a traction-free scenario. The numerical results of the total induced stresses and displacements are then compared to existing solutions of a penny-shaped crack for validation purposes. With verified results, the paper discusses various factors that have impacts on the induced stress and displacements: aspect ratio, strike direction, and dip angle.

RÉSUMÉ: Dans cet article, une enquête numérique est effectuée pour examiner les perturbations de stress et les déplacements induits près d’une faille faible utilisant la méthode de discontinuité de déplacement 3D (DDM). La modélisation est basée sur l'équation intégrales indirectes des limites. Dans ce travail, le plan de faille est d’abord modélisé comme un plan rectangulaire qui est ensuite divisé en de nombreux éléments limites rectangulaires avec des singularités de cisaillement imposées à la surface qui est normal pour le plan de faille pour simuler un scénario sans traction. Les résultats numériques du total des contraintes induites et des déplacements sont ensuite comparés aux solutions existantes d’une fissure en forme de centime pour validation. Avec des résultats vérifiés, l’article discuterait différents facteurs qui ont des impacts sur le stress induit et les déplacements : rapport d’aspect, direction de frappe et angle de chute.