Инд. авторы:	Григорьев А.С., Шилько Е.В., Астафуров С.В., Димаки А.В., Высоцкий Е.М., Псахье С.Г.
Заглавие:	О влиянии динамических возмущений напряженного состояния на процесс накопления необратимых деформаций на границах раздела в блочных средах
Библ. ссылка:	Григорьев А.С., Шилько Е.В., Астафуров С.В., Димаки А.В., Высоцкий Е.М., Псахье С.Г. О влиянии динамических возмущений напряженного состояния на процесс накопления необратимых деформаций на границах раздела в блочных средах // Физическая мезомеханика. - 2015. - Т.18. - № 4. - С.24-37. - ISSN 1683-805X.
Внешние системы:	РИНЦ: 24041097;
Реферат:	rus: Изучено влияние напряженного состояния границ раздела структурных элементов блочной среды на ее деформационный отклик при динамических воздействиях. Показано, что приведенная величина сдвигового напряжения и среднее напряжение являются основными факторами, определяющими деформационный отклик границы раздела. Для аналитического описания зависимости величины инициированного необратимого смещения на границе от приведенного сдвигового напряжения предложено использовать логистическую функцию, центральная точка которой соответствует переходу от квазиупругой к квазипластической стадии сдвигового деформирования межблочной границы. Показана значимость полученных эмпирических зависимостей для понимания закономерностей накопления необратимых деформаций во фрагментах разломных зон и, в частности, для развития предложенного ранее авторами подхода к оценке характерного уровня действующих сдвиговых напряжений на отдельных участках тектонических разломов. eng: The paper studies how the stress state of interfaces between structural elements in a block medium affects its deformation response to dynamic impact. It is shown that the reduced shear stress and average stress are the major factors that determine the deformation response of an interface. We propose to describe the dependence of the value of initiated irreversible displacement at the interface on the reduced shear stress using a logistic function. The central point of this function corresponds to the transition from the quasi-elastic to quasi-plastic stage of the interface shear deformation. The obtained empirical dependences are important for understanding the mechanism of irreversible strain accumulation in fault zone fragments and, particularly, for the development of an earlier proposed approach to estimate the characteristic level of active shear stresses in individual tectonic fault regions.
Ключевые слова:	разломная зона; логистическая функция; сдвиговое напряжение; необратимое смещение; метод подвижных клеточных автоматов; численное моделирование; динамическое воздействие; интерфейс; блочная среда; diagnostics; fault zone; logistic function; shear stress; irreversible displacement; Movable cellular automata method; numerical simulation; dynamic impact; interface; block medium; граница раздела; диагностика;
Издано:	2015
Физ. характеристика:	с.24-37
Цитирование:	1. Sadovskiy M.A. Distribution of preferential sizes in solids // Trans. USSR Acad. Sci. Earth Sci. Ser. - 1983. - V. 269. - P. 8-11. 2. Кочарян Г.Г., Спивак А.А. Динамика деформирования блочных массивов горных пород. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 423 с. 3. Nonlinear Dynamics of the Lithosphere and Earthquake Prediction / Ed. by V. Keilis-Borok, A.A. Soloviev. - Berlin: Springer-Verlag, 2003. - 337 p. 4. Макаров П.В., Смолин И.Ю., Стефанов Ю.П., Кузнецов П.В., Трубицын А.А., Трубицына Н.В., Ворошилов С.П. Нелинейная механика геоматериалов и геосред. - Новосибирск: Изд-во «Гео», 2007. - 235 с. 5. van der Pluijm B.A., Marshak S. Earth Structure: An Introduction to Structural Geology and Tectonics. - New York: WW Norton & Company Ltd, 2004. - 656 p. 6. Dobretsov N.L., Psakhie S.G., Ruzhich V.V., Popov V.L., Shil’ko E.V., Granin N.G., Timofeev V.Yu., Astafurov S.V., Dimaki A.V., Starchevich Ya. Ice cover of Lake Baikal as a model for studying tectonic processes in the Earth’s crust // Dokl. Earth Sci. - 2007. - V. 413. - No. 2. - P. 155-159. 7. Ben-Zion Y., Sammis C.G. Characterization of fault zones // Pure Appl. Geophys. - 2003. - V. 160. - P. 677-715. 8. Davatzes N.C., Eichhubl P., Aydin A. Structural evolution of fault zones in sandstone by multiple deformation mechanisms: Moab fault, Southeast Utah // Geol. Soc. Am. Bull. - 2005. - V. 117. - No. 1-2. - P. 135-148. 9. Finzi Y., Hearn E.H., Ben-Zion Y., Lyakhovsky V. Structural properties and deformation patterns of evolving strike-slip faults: numerical simulations incorporating damage rheology // Pure Appl. Geophys. - 2009. - V. 166. - P. 1537-1573. 10. Sagy A., Brodsky E.E., Axen G.J. Evolution of fault surface roughness with slip // Geology. - 2007. - V. 35. - No. 3. - P. 283-286. 11. Kocharyan G.G., Kishkina S.B., Ostapchuk A.A. Seismic picture of a fault zone. What can be gained from the analysis of fine patterns of spatial distribution of weak earthquake centers? // Geodyn. Tectonophys. - 2010. - V. 1. - No. 4. - P. 419-440. 12. Seminsky K.Zh. Internal structure of fault zones: spatial and temporal evolution studies on clay models // Geodyn. Tectonophys. - 2012. - V. 3. - No. 3. - P. 183-194. 13. Psakhie S.G., Dobretsov N.L., Shilko E.V., Astafurov S.V., Dimaki A.V., Ruzhich V.V. Model study of the formation of deformation-induced structures of subduction type in block-structured media. Ice cover of Lake Baikal as a model medium // Tectonophysics. - 2009. - V. 465. - P. 204-211. 14. Marone С. Laboratory-derived friction laws and their application to seismic faulting // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. - 1998. - No. 26. - С. 643-696. 15. Кочарян Г.Г., Костюченко В.Н., Павлов Д.В. Инициирование деформационных процессов в земной коре слабыми возмущениями // Физ. мезомех. - 2004. - Т. 7. - № 1. - C. 5-22. 16. Кочарян Г.Г., Кулюкин А.А., Марков В.К., Марков Д.В., Павлов Д.В. Малые возмущения и напряженно-деформированное состояние земной коры // Физ. мезомех. - 2005. - Т. 8. - № 1. - С. 23-36. 17. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. - М.: Изд-во «Недра», 1986. - 301 с. 18. Sherman S.I., Gorbunova E.A. Variations and origin of fault activity of Baikal rift system and adjacent territories in real time // Earth Sci. Front. - 2008. - V. 15. - No. 3. - P. 337-347. 19. Psakhie S.G., Ruzhich V.V., Shilko E.V., Popov V.L., Dimaki A.V., Astafurov S.V., Lopatin V.V. Influence of the state of interfaces on the character of local displacements in fault-block and interfacial media // Tech. Phys. Lett. - 2005. - V. 31. - No. 8. - P. 712-715. 20. Churikov V.A., Kuzmin Yu.O. Relation between deformation and seismicity in the active fault zone of Kamchatka, Russia // Geophys. J. Int. - 1998. - V. 133. - P. 607-614. 21. Psakhie S.G., Ruzhich V.V., Shilko E.V., Popov V.L., Astafurov S.V. A new way to manage displacements in zones of active faults // Tribol. Int. - 2007. - V. 40. - P. 995-1003. 22. Dieterich J.H., Kilgore B. Implications of fault constitutive properties for earthquake prediction // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1996. - V. 93. - P. 3787-3794. 23. McGarr A., Fletcher J. Maximum slip in earthquake fault zones, apparent stress, and stick-slip friction // Bull. Seismol. Soc. Am. - 2003. - V. 93. - P. 2355-2362. 24. Filippov A.E., Popov V.L., Psakhie S.G., Ruzhich V.V., Shilko E.V. Converting displacement dynamics into creep in block media // Tech. Phys. Lett. - 2006. - V. 32. - No. 6. - P. 545-549. 25. Ferdowsi B., Griffa M., Guyer R.A., Johnson P.A., Marone C., Carmeliet J. Microslips as precursors of large slip events in the stick-slip dynamics in sheared granular layers: A discrete element model analysis // Geophys. Res. Lett. - 2013. - V. 40. - P. 4194-4998. 26. Кочарян Г.Г. Разломная зона как нелинейная механическая система // Физ. мезомех. - 2010. - Т. 13. - Спец. вып. - С. 5-17. 27. Chen Q., Freymueller G.T. Geodetic evidence for a near-fault compliant zone along San Andreas fault in the San Francisco Bay area // Bull. Seismol. Soc. Am. - 2002. - V. 92. - No. 2. - P. 656-671. 28. Kuzmin Yu.O. Recent geodynamics of the faults and paradoxes of the rates of deformation // Izv. Phys. Solid Earth. - 2013. - V. 49. - No. 5. - P. 626-642. 29. Kuzmin Yu.O. Recent geodynamics of fault zones: Faulting in real time scale // Geodyn. Tectonophys. - 2014. - V. 5. - No. 2. - P. 401-443. 30. Кочарян Г.Г., Кулюкин А.А., Павлов Д.В. Роль нелинейных эффектов в механике накопления малых возмущений // Физ. мезомех. - 2006. - Т. 9. - № 1. - C. 5-14. 31. Кочарян Г.Г., Кулюкин А.А., Павлов Д.В. Некоторые особенности динамики межблокового деформирования в земной коре // Геология и геофизика. - 2006. - Т. 47. - № 5. - C. 669-683. 32. Melosh H.J. Acoustic fluidization: A new geological process? // J. Geophys. Res. - 1979. - V. 84. - P. 7513-7520. 33. Melosh H.J. Dynamical weakening of faults by acoustic fluidization // Nature. - 1996. - V. 379. - P. 601-606. 34. Ружич В.В., Трусков В.А., Черных Е.Н., Смекалин О.П. Современные движения в зонах Прибайкалья и механизмы их инициирования // Геология и геофизика. - 1999. - Т. 40. - № 3. - С. 360-372. 35. Gomberg J., Bodin P., Reasenberg P. Observing earthquakes triggered in the near field by dynamic deformations // Bull. Seismol. Soc. Am. - 2003. - V. 93. - P. 118-138. 36. Johnson P.A., Carpenter B., Knuth M., Kaproth B.M., Le Bas P.-Y., Daub E.G., Marone C. Nonlinear dynamical triggering of slow slip on simulated earthquake faults with implications to Earth // J. Geophys. Res. B. - 2012. - V. 117. - P. 04310(1-9). 37. Kostic S., Franovic I., Perc M., Vasovic N., Todorovic K. Triggered dynamics in a model of different fault creep regime // Sci. Rep. - 2014. - V. 4. - P. 5401(1-7). 38. Johnson P.A., Jia X. Nonlinear dynamics, granular media and dynamic earthquake triggering // Nature. - 2005. - V. 437. - P. 871-874. 39. Duan B., Kang J., Li Y.-G. Deformation of compliant fault zones induced by nearby earthquakes: theoretical investigations in two dimensions // J. Geophys. Res. B. - 2011. - V. 116. - P. 03307-1-03307-22. 40. Псахье С.Г., Ружич В.В., Шилько Е.В., Попов В.Л., Димаки А.В., Астафуров С.В., Лопатин В.В. О влиянии состояния границ раздела на характер локальных смещений в разломно-блоковых и интерфейсных средах // Письма в ЖТФ. - 2005. - Т. 31. - № 16. - С. 80-87. 41. Hearn E.H., Fialko Y. Can compliant fault zones be used to measure absolute stresses in the upper crust? // J. Geophys. Res. B. - 2009. - V. 114. - P. 04403-1-04403-18. 42. Астафуров С.В., Шилько Е.В., Ружич В.В., Псахье С.Г. Исследование влияния локального напряженного состояния границ раздела блоков геологических сред на их отклик при динамических воздействиях // Геология и геофизика. - 2008. - Т. 49. - № 1. - С. 67-77. 43. Шилько Е.В., Астафуров С.В., Ружич В.В., Псахье С.Г. О возможности оценки уровня сдвиговых напряжений на границах раздела в блочных средах // Физ. мезомех. - 2009. - Т. 12. - № 3. - С. 15-22. 44. Psakhie S.G., Shilko E.V., Grigoriev A.S., Astafurov S.V., Dimaki A.V., Smolin A.Yu. A mathematical model of particle-particle interaction for discrete element based modeling of deformation and fracture of heterogeneous elastic-plastic materials // Eng. Fract. Mech. - 2014. - V. 130. - P. 96-115. 45. Shilko E.V., Psakhie S.G., Schmauder S., Popov V.L., Astafurov S.V., Smolin A.Yu. Overcoming the limitations of distinct element method for multiscale modeling of materials with multimodal internal structure // Comp. Mater. Sci. - 2015. - V. 102. - P. 267-285. 46. Lin W. Mechanical properties of mesaverde sandstone and shale at high pressures: Technical Report UCRL-53419. - Lawrence Livermore National Laboratory, University of California. - 1983. - 37 p. 47. Labuz J.F., Dai S.-T., Papamichos E. Plane-strain compression of rock-like materials // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr. - 1996. - V. 33. - P. 573-584. 48. Mustoe G.G.W. A generalized formulation of the discrete element method // Eng. Comput. - 1992. - V. 9. - P. 181-190. 49. Bićanić N. Discrete Element Methods // Encyclopedia of Computational Mechanics. V. 1: Fundamentals / Ed. by E. Stein, R. Borst, T.J.R. Hughes. - Chichester: Wiley, 2004. - P. 311-337. 50. Jing L., Stephansson O. Fundamentals of Discrete Element Methods for Rock Engineering. - Amsterdam: Elsevier, 2007. - 545 p. 51. Астафуров С.В., Шилько Е.В., Андреев А.В., Псахье С.Г. Исследование влияния неравноосности сжатия на дилатансионные процессы в блочной среде в условиях сдвигового деформирования // Физ. мезомех. - 2011. - Т. 14. - № 2. - С. 47-55. 52. Psakhie S., Ovcharenko V., Baohai Yu., Shilko E., Astafurov S., Ivanov Yu., Byeli A., Mokhovikov A. Influence of features of interphase boundaries on mechanical properties and fracture pattern in metal-ceramic composites // J. Mater. Sci. Technol. - 2013. - V. 29. - No. 11. - P. 1025-1034. 53. Constitutive Modeling of Geomaterials / Ed. by Q. Yang, J.-M. Zhang, H. Zheng, Y. Yao. - Berlin: Springer-Verlag, 2013. - 815 p. 54. Yu M.-H., Ma G.-W., Qiang H.-F., Zhang Y.-Q. Generalized Plasticity. - Berlin: Springer-Verlag, 2006. - 447 p. 55. Zhou H., Jia Y., Shao J.F. A unified elastic-plastic and viscoplastic damage model for quasi-brittle rocks // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. - 2008. - V. 45. - P. 1237-1251. 56. Макаров П.В. Математическая теория эволюции нагружаемых твердых тел и сред // Физ. мезомех. - 2008. - Т. 11. - № 3. - C. 19-35. 57. Гарагаш И.А., Николаевский В.Н. Неассоциированные законы течения и локализации пластической деформации // Успехи механики. - 1989. - Т. 12. - № 1. - С. 131-183. 58. Стефанов Ю.П. Локализация деформации и разрушение в геоматериалах. Численное моделирование // Физ. мезомех. - 2002. - Т. 5. - № 5. - C. 107-118. 59. Nur A. A note on the constitutive law for dilatancy // Pure Appl. Geophys. - 1975. - V. 113. - P. 197-206. 60. Ruina A. Slip instability and state variable friction laws // J. Geophys. Res. - 1983. - V. 88. - P. 10359-10370. 61. Perrin G., Rice J., Zheng G. Self-healing slip pulse on a frictional surface // J. Mech. Phys. Solids. - 1995. - V. 43. - P. 1461-1495.