Содержание к диссертации
Введение
1. Краткий обзор 12
1.1. Графики повторяемости 12
1.2. Лабораторные исследования по физике землетрясений 21
2. Вопросы методики и техника опытов по разрушению обращения 33
2.1. Аппаратура в опытах с возрастающей нагрузкой 34
2.2. Аппаратура в опытах с постоянной нагрузкой 37
2.3. Образцы 42
2.4. Методика наблвдений и обработки материалов 43
2.5. Вопросы подобия в лабораторных опытах 53
2.6. Система регистрации и наклон графиков повторяемости... 64
Выводы по главе 2 69
3. Влияние свойств разрушаемого материала и режима деформирования на наклон графиков повторяемости и величину сейсмической энергии 70
3.1. Влияние неоднородности материала 70
3.2. Влияние прочности разрушаемого материала 74
3.3. Графики N [Е) при разных условиях нагружения 76
3.4. Влияние скорости деформации на наклон Y графиков 80
3.5. Сейсмическая энергия при деформации и разрушении образцов 86
3.6. Соотношение между сейсмической энергией и запасом упругой энергии в образце 99
Выводы по главе 3 103
4. Изменение характеристик акустического режима в процессе деформации 105
4.1. Изменения во времени соотношения между числом сильных и слабых импульсов 105
4.2. Распределение импульсов во времени в процессе деформации и разрушения образцов 109
4.3. Группирование упругих импульсов 116
Выводы по главе 4 130
5. Разрыв как излучатель упругих волн - модель, основные характеристики 131
5.1. Модель, методика и техника проведения эксперимента.. 131
5.2. Основные характеристики сдвига по подготовленному разрыву как излучателя упругих волн 142
5.2.1. Диаграмма направленности излучения 150
5.2.2. Распределение динамических смещений около разрьша ... 157
Выводы по главе 5 168
6. Влияние условий на берегах разшва на излучение им упругих волн 170
6.1. Методика 171
6.2. Форма импульсов 172
6.3. Спектры импульсов 176
6.4. Сейсмический момент 183
Выводы по главе 6 186
7. Обсуждение результатов,сопоставление с шахтными и сейсмологическими набщениямй 187
7.1. Акустические наблюдения в шахтах 187
7.1.1. Аппаратура 187
7.1.2. Постановка наблюдений 188
7.1.3. Обработка результатов шахтных наблюдений 190
7.1.4. Результаты изучения упругих импульсов в шахтах Кизеловского угольного бассейна 196
7.1.5. Результаты изучения упругих импульсов в руднике "Анна", Чехословакия 201
7.2. Влияние материала и режима деформирования на графики повторяемости 210
7.3. Изменение наклона графиков повторяемости во времени. 213
7.4. Распределение толчков во времени 218
Выводы по главе 7 223
Заключение 224
Общие выводы 234
Литература
- Аппаратура в опытах с постоянной нагрузкой
- Графики N [Е) при разных условиях нагружения
- Распределение импульсов во времени в процессе деформации и разрушения образцов
- Распределение динамических смещений около разрьша
Введение к работе
Актуальность. Исследование физической природы сейсмического процесса, или физика землетрясений по определению Ю.В.Ризниченко [95], включает в себя две проблемы, тесно связанные друг с другом, - это физика отдельного очага землетрясения и физика совокупности очагов или сейсмического режима.
В прогрессе физики очага землетрясения и выделении ее в самостоятельное направление исследований чрезвычайно большую роль сыграло привлечение положений механики хрупкого разрушения .к объяснению процессов подготовки и развития очага землетрясения [Ю, 62 -64, 76, 77]. Разработка прогноза землетрясений связывает эти две проблемы воедино, так как подготовка отдельного землетрясения происходит на фоне определенного сейсмического режима области и отражается на его характеристиках.
В сейсмическом режиме можно выделить две стороны - это общий уровень, который определяется долговременными средними характеристиками, или сейсмический климат по Ю.В.Ризниченко, и сейсмическая погода - сегодняшнее состояние сейсмичности, которое характеризуется параметрами, определяемыми по небольшим временным отрезкам. Долговременные средние характеристики связаны со свойствами материала, слагающего земную кору данного региона, со средним уровнем тектонической активности, т.е. со средней скоростью деформации. Временные вариации сейсмичности отражают перераспределение напряжений, процессы подготовки и возникновения отдельных крупных землетрясений.
Для физической интерпретации сейсмологических наблюдений, для суждения о тектонофизической обстановке в регионе необходимо знание связей характеристик сейсмического режима со свойствами материала и условиями деформирования. Получение таких зависимостей только на основании натурных наблюдений связано с очень большими трудностями.
Естественная сейсмичность - это очень сложный процесс, в котором проявляется влияние целого ряда факторов, таких как физико-механические свойства горных пород, слагающих земную кору (речь здесь и в дальнейшем идет о коровой сейсмичности), структура поля напряжений и т.д. Действие этих факторов накладывается друг на друга, так что исключить влияние или учесть действие какого либо фактора в отдельности в естественных условиях не представляется возможным.
Неоднородность материала и поля напряжений, скорость деформации, распределение прочности, неупругие и релаксационные свойства среды - все это создает многофакторную систему, результат действия которой, проявляющийся в сейсмичности, воспринимается как случайный процесс. Отсюда и многие закономерности сейсмического режима проявляются как статистические, лишь при накоплении большого числа событий.
Кроме того исследование естественного сейсмического процесса затрудняется недоступностью тех мест, где разворачивается этот процесс, для непосредственных наблюдений и измерений. У нас нет точных сведений о свойствах материала на глубине, о действующих там напряжениях и о граничных условиях, делать лишь более или менее обоснованные предположения. Отсюда вполне естественно обращение к лабораторному эксперименту, где можно учесть либо исключить действие отдельных факторов.
Поэтому проблема исследования в лабораторных условиях поведения характеристик сейсмического режима, в первую очередь графиков повторяемости сейсмических событий, как во времени, в процессе подготовки разрушения,так и в зависимости от свойств разрушаемого материала и режимов деформирования является актуальной и очень важной для интерпретации сейсмологических наблюдений. Разработка этой проблемы является новым направлением исследований.
Изучение сейсмического режима базируется на определении параметров каждого отдельного очага. Таким образом, исследование влияния физических условий в отдельном очаге на излучение им упругих волн теснейшим образом связано с изучением сейсмического режима и необходимо для правильной интерпретации сейсмологических данных.
Важными физическими характеристиками очага землетрясения являются количество излученной энергии и сейсмический момент. Знание этих величин позволяет определить другие важные параметры, такие как сброшенное напряжение и др. Вместе с тем совокупность сейсмических моментов очагов землетрясений региона дает возможность оценить деформацию горных пород в результате землетрясений - так называемое сейсмическое течение горных масс
Рядом исследователей были получены корреляционные зависимости между энергией (магнитудой) землетрясений и сейсмическим моментом как для отдельных регионов, так и для Земли в целом [ЮО, 229]. Однако не все землетрясения укладываются в эти зависимости, кроме того, детальное изучение афтершоков сильных землетрясений [бб] показало, что для разных групп афтершоков могут быть различные соотношения между
энергией (магнитудой) и сейсмическим моментом.
Отсюда проистекает необходимость исследования влияния физических условий на разрыве (такие как характер взаимодействия берегов разрыва и др.) на излучение им упругих волн.
Цель и задачи работы. Основной целью настоящей работы является разработка и развитие нового направления - исследование в лабораторных условиях поведения характеристик сейсмического режима в зависимости от свойств разрушаемого материала и режимов деформирования, а также поведения их во времени, в процессе подготовки разрушения (магистрального разрыва), и получение зависимостей, которые могут быть использованы при интерпретации сейсмологических данных.
При этом решались следующие задачи.
1. Разработка методики и техники эксперимента и регистрации измеряемых величин в широком диапазоне скоростей деформации.
2. Исследование зависимости сейсмического режима и его характеристик от свойств разрушаемого материала, в первую очередь, от степени его неоднородности.
3. Исследование влияния скорости деформации на сейсмический режим и его характеристики.
4. Исследование поведения сейсмического режима во времени, выявление. признаков подготовки магистрального разрыва.
5. Исследование влияния условий на берегах разрыва на излучение им упругих волн.
Основой методики проведенных исследований являются акустические наблюдения (так называемый метод акустической эмиссии) - т.е. регистрация упругих волн, излучаемых при образовании трещин или при подвижке по подготовленному разрыву. Акустические наблюдения в различных модификациях были ис - 8 пользованы исследователями еще с конца 30-х годов и в настоящее время метод акустической эмиссии широко применяется для индикации процессов разрушения, происходящих в твердых материалах - как в горных породах [з - 5, 18, 21, 91, 171 - 174, 179, 215, 217], так и в разного рода технических конструкциях [50, 84, 123, 164]. В основе этих наблюдений лежит тот физический факт, что при образовании трещин часть энергии выделяется в виде упругих волн, которые и улавливаются различными приемниками. Само название "акустические" здесь имеет несколько особый смысл. В обычном понимании акустические волны
- это волны сжатия и разрежения, распространяющиеся в жидкости и газах. Упругие волны, распространяющиеся в твердых телах,
- сейсмические - могут быть как продольными (сжатия и разрежения), так и поперечными. В данном случае термин "акустический" относится не к типам наблюдаемых волн, а к диапазону частот, в котором ведутся наблюдения. Сейсмические наблюдения (сейсмология, сейсморазведка) лежат в диапазоне частот от сотых и тысячных долей герца до десятков герц. Частотный диапазон акустических наблюдений лежит от десятков и сотен герц (шахтные наблюдения) до сотен килогерц при разрушении образцов горных пород и различных конструкций и деталей.
В наших исследованиях использовалась полоса частот от нескольких десятков гц до 100-150 кгц.
Защищаемые положения. В диссертации разрабатывается новое направление - лабораторное исследование сейсмического режима
и его характеристик. При проведении исследований был получен ряд новых экспериментальных результатов, которые также выносятся на защиту.
а) Влияние неоднородности разрушаемого материала - числа, размеров и формы включений - на наклон J графиков повторяемости.
б) Зависимость выделяемой сейсмической энергии и характеристики сейсмического режима от скорости деформации.
в) Общие, не зависящие от масштаба явления, признаки подготовки магистрального разрыва:
1) изменение соотношения между числом сильных и слабых толчков (больших и малых разрывов), выражающееся в уменьшении наклона графиков повторяемости;
2) сейсмическое затишье в области, связанной с подготовкой разрыва.
г) Влияние характера и величины трения между берегами разрыва на спектры и энергию излучаемых им волн, а также на соотношение между сейсмическим моментом и энергией.
Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов определяется большим числом проведенных опытов, показавшим, что полученные зависимости выходят за пределы возможных ошибок.
Научная новизна. В работе впервые были получены следующие результаты.
1. Выведены условия подобия при образовании разрывов.
2. Получено влияние характера неоднородности разрушаемого материала (числа, формы, и размеров включений) на наклон графиков повторяемости.
3. Исследовано влияние скорости деформации на выделение сейсмической энергии и графики повторяемости.
4. Найдены общие, не зависящие от масштаба разрушения, признаки подготовки магистрального разрыва (разрушения образца, горного удара, сильного землетрясения):
а) изменение соотношения между числом сильных и слабых толчков, выражающееся в уменьшении наклона графиков повторяемости. б) сейсмическое затишье в области подготовки разрыва.
5. Получено влияние характера трения между берегами разрыва на спектральный состав и энергию излучаемых волн.
Практическая ценность. Полученные результаты могут быть использованы при интерпретации сейсмологических данных, а также при постановке и интерпретации шахтных акустических наблюдений. Изменения сейсмического режима при подготовке магистрального разрыва (изменение наклона графиков повторяемости, сейсмическое затишье) могут использоваться в ряде других прогностических признаков на сейсмологических полигонах.
Реализация работы. Полученные результаты использовались в работах отделов сейсмологии и вычислительной геофизики ИФЗ АН СССР, в работах ТИССС, Института вулканологии ДВНЦ, отдела сейсмологии Института геологии и геофизики АН Узб.ССР.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Всесоюзных симпозиумах по сейсмическому режиму, Всесоюзных симпозиумах по механике горных пород, на Всесоюзных симпозиумах по физике очага землетрясения, на международных семинарах в ГДР и ЧССР, на заседаниях Ученого совета по сейсмологии ИФЗ АН СССР.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения. Первая глава содержит краткий обзор работ по рассматриваемым вопросам. Вторая глава посвящена вопросам методики и техники эксперимента, здесь же рассматриваются вопросы подобия. Третья и четвертая главы содержат экспериментальные исследования влияния свойств и условий деформации на сейсмический режим и его характеристики, а также изменений характеристик сейсмического режима во времени, в процессе под - II готовки разрушения. Пятая и шестая главы посвящены исследованию излучения от сдвигового разрыва и влияния на него условий на берегах разрыва. В седьмой главе описываются результаты шахтных наблюдений и проводится сопоставление данных, полученных в лабораторных условиях, с результатами шахтных и сейсмологических наблюдений.
Работа содержит страниц машинописного текста, 67 рисунков, библиография 231 название.
Работа выполнена в Институте физики Земли АН СССР. Значительная часть опытов по деформации и разрушению образцов была проведена на экспериментальной базе Института сейсмостойкого строительства и сейсмологиийаджикской ССР (ТИССС) под руководством и при непосредственном участии автора. Со стороны ТИССС в экспериментах участвовали К.М.Мирзоев и Н.Г.Саломов, которым автор приносит сердечную благодарность.
Аппаратура в опытах с постоянной нагрузкой
Пресс. Для создания постоянной нагрузки на образец использовался пружинный пресс с максимальным усилием 20 т. Деформация пружины, необходимая для создания заданной нагрузки, создавалась с помощью червячного винта. Для определения жесткости пружины была произведена ее тарировка на 50-тонном прессе. На рис. 2 представлен ее тарировочный график. Повторные тарировки после проведения опытов показали, что жесткость пружины была равна I т/см. Максимальное смещение в процессе долговременных опытов было в пределах одного мм. Таким образом, при нагрузке на образец в 5 - 6 т ее постоянство в течение опыта сохранялось с погрешностью 2,0$. Пресс был установлен в подвальном помещении, где температура поддерживалась постоянной с колебаниями
При разрушении образца высвобождалась не только энергия, заключенная в образце, но также и энергия сжатой пружины. При этом сам образец разлетался на очень мелкие осколки, повреждался пьезоэлектрический датчик и другая аппаратура. Для предотвращения этого нами использовались ограничительные пластины, ставившиеся по обе стороны образца. Размер ограничительных пластин был на несколько миллиметров меньше размеров образца, поэтому они не мешали его деформации вплоть до разрушения, но предохраняли от полного выпрямления пружины. Это сохраняло аппаратуру и позволяло наблюдать форму разрушения образца. Образцы разрушались обычным образом с образованием двух пирамид у верхнего и нижнего основания.
Регистрирующая аппаратура. Одно из основных требований к регистрирующей аппаратуре в опытах с постоянной нагрузкой - это длительность непрерывной регистрации (до 30 суток и более). Исходя из этого требования была создана аппаратура для регистрации упругих импульсов и непрерывной записи деформации [29] .
Тракт регистрации упругих импульсов состоял из пьезоэлектрического приемника упругих колебаний, усилителя-преобразователя, гальванометра и сейсмического регистрира РС-2. Пьезоэлектрический приемник устанавливался, как и в опытах с большой скоростью деформации, на боковую грань образца на смазке. Чувствительным элементом в приемнике служил кристалл сегнетовой соли размером 2 х 2 х 2 см.
Усилитель-преобразователь [29 J состоял из трех предварительных каскадов усиления, детектирующей цепочки и оконечного каскада с выходом на гальванометр. Предварительные каскады были собраны на батарейных лампах ІБ2П по обычной схеме на резисторах. После усиления сигнал поступал на детектирующую цепочку, которая состояла из интегрирующего звена с постоянной интегрирования С = 0,12 сек и детектирующего диода. С интегрирующей цепочки сигнал поступал на сетку выходной лампы 2ІШІ. Нагрузкой этой лампы служил согласующий трансформатор, вторичная обмотка которого соединялась с двумя гальванометрами ГБ-4. Общий коэффициент усиления усилителя-преобразователя К = 1000. На рис. 3 представлена частотная характеристика усилителя-преобразователя. После интегрирования и детектирования сигналы превращались в односторонние импульсы, максимальная амплитуда которых была пропорциональна интегралу от входного сигнала по времени.
Запись упругих импульсов на фотобумагу велась двумя гальванометрами ГБ-4 с разной чувствительностью. Собственная частота ристика уснлителя-преобразователя в опытах с постоянной нагрузкой. гальванометров была 7 - 10 гц. Использовался регистрир РС-2 со скоростью развертки 0,25 мм/сек. Такая скорость оказалась достаточной для разделения импульсов на записи. Регистрация импульсов двумя гальванометрами, отличающимися по чувствительности в 4 раза, увеличивала динамический диапазон. Смена ленты производилась І раз в сутки. Для регистрации деформаций был
Фор сконструирован механический демограф. Запись производилась чернилами на бумажную ленту. Скорость развертки была равна 1,8 фор мм/час. Это позволило менять ленту І раз в неделю. Перо д%мог фор рафа было механически связано с подвижной плитой пресса. Дёмог фор раф устанавливался на раме пресса. Градуировка демографа производилась с помощью датчика деформаций часового типа - лиссуры с ценой деления 0,01 мм. В результате градуировки было оценено фор увеличение демографа, которое оказалось равным 40, т.е. одному мм смещения плиты пресса соответствовала амплитуда записи 40 мм
Графики N [Е) при разных условиях нагружения
Влияние прочности разрушаемого материала на наклон графика распределения N (Е) изучалось на серии образцов цемента с крупным кварцевым песком, размер зерен 3 - 5 мм. Эта серия образцов изготавливалась из одного замеса, однако процесс затвердевания и сушки проходил в различных условиях. В результате образцы обладали разной прочностью при одинаковом составе и при одной и той же неоднородности. Разброс по прочности составил от 196 до 356 кг/см . При этом скорости упругих волн в образцах, а следовательно и упругие модули отличались незначительно. Все образцы были разрушены со скоростью деформации Ю сек".
Большое количество импульсов при деформации и разрушении образцов позволило построить распределения N [EJ для каждого образца в отдельности. На рис. II приведены примеры графиков /V (Е) для трех образцов этой серии. Результаты подсчета наклонов У графиков /V (EJ, а также величины прочности і пр. сведены в таблицу. В качестве прочности здесь взята величина максимальной нагрузки при разрушении образца.
По данным, приведенным в таблице, был построен корреляци онный график зависимости у от yZnp. График приведен на рис. 12. Здесь по оси абсцисс отложен yZnp , а по оси ординат - Y . Расположение точек показывает, что f умень-шается с увеличением и по- » что подтверждает результат, полученный нами ранее [20J .
Для выяснения влияния условий разрушения на графики распределения А/(Е) были проделаны две серии по 8 опытов - для образцов с крупным и мелким щебнем - с пластичными прокладками между торцевыми поверхностями образца и плитами пресса, или, как часто говорят, "со смазкой". В этих условиях, когда существенно уменьшаются силы трения между плитами пресса и образцом, последний разрушается путем образования трещин отрыва, параллельных боковым свободным поверхностям. Образцы размерами Юх хІОхІО см разрушались со скоростью деформации 3і 10"" сек" . В качестве пластичных прокладок использовался листовой свинец.
В опытах со свинцовыми прокладками разрушающие нагрузки оказались значительно ниже, чем в опытах без прокладок. Если без прокладок разрушающие нагрузки достигали 400-450 кг/см , то с прокладками они не превышали 250-300 кг/см . При этом менялся и вид упругих импульсов, регистрируемых во время опытов. В опытах с прокладками импульсы были более продолжительными, с большим числом колебаний.
Для двух серий опытов с образцами с крупным и мелким щебнем были построены графики распределения /V (Е) , представленные на рис. 13. Для сравнения здесь же представлены графики, полу ченные в опытах без прокладок. Наклоны / графиков распределения М(Е) получились в случае образцов с крупным щебнем У =0,32 і 0,03, для образцов с мелким щебнем J =0,45 І 0,01. Изменение условий на границе пресс-образец, которое привело к изменению вида разрушения образца не повлияло на наклон У графиков N (Е) - величина If осталась прежней. Вместе с тем,, изменение уровня графиков N[Е проявилось различным образом у образцов разной неоднородности. В случае образцов с крупным щебнем уровень графиков повторяемости в опытах со свинцовыми прокладками оказался выше, чем в опытах с "сухим" контактом между плитами пресса и образцом, общее число трещин увеличилось. В случае же образцов с мелким щебнем в опытах со свинцовыми прокладками общее число трещин уменьшилось по сравнению с опытами без прокладок, уровень графиков повторяемости уменьшился.
Таким образом, изменение напряженного состояния образца при изменении граничных условий приводит к изменению формы разрушения и изменению уровня графиков распределения N(Е] , наклон
У графиков почти не меняется.
Существование графика повторяемости показывает, что образование трещины готовится на более низком уровне трещинами меньших размеров. Прямолинейность этих графиков на разных энергетических уровнях говорит о том, что соотношение между числом трещин соседних рангов остается постоянным, т.е. о некоторой автомодельное процесса в достаточно широком диапазоне энергий.
Поскольку при изменении условий разрушения (при изменении напряженного состояния) наклон графика повторяемости не изменился, можно говорить о том, что основная схема образования трещин осталась неизменной.
Распределение импульсов во времени в процессе деформации и разрушения образцов
Из приведенной таблицы видно, что уменьшение величины Q во второй половине опыта выходит за пределы ошибки определения. В опытах с образцами из цемента с включениями из крупного и мелкого щебня все время опыта делилось на 2 равные части. Для образцов с мелким щебнем были построены графики повторяемости импульсов для двух частей опыта при скоростях деформации: 10" , 3.10" , 5.10 и 8.10 сек. Для образцов с крупным щебнем соответствующие графики были построены при скоростях деформации 10 , ЗЛО и 5.10 сек . В обоих случаях различие между наклонами графиков повторяемости при больших скоростях деформации не выходят за пределы ошибок определения. Для образцов с мелким щебнем при скорости деформации 8.10"" наклон К графика повторяемости во второй половине опыта значимо меньше, чем в первой половине.
В опытах с постоянной нагрузкой все время опытов делилось на 3 части. Количество импульсов не позволило построить графики повторяемости для каждой из частей. Было подсчитано для каждой из частей записи отношение числа импульсов двух старших энергетических классов к числу импульсов двух младших энергетических классов. Результаты подсчетов приведены в таблице. Видно, что по сравнению с начальной частью опыта в 3 части при приближении разрушения отношение числа сильных импульсов к числу слабых значительно увеличилось.
Таким образом, можно отметить, что в опытах с различными скоростями деформации при приближении разрушения образца меняется отношение числа сильных импульсов к числу слабых. Это означает, что в процессе подготовки разрушения растет относительное число более крупных разрывов.
В работе [ 208J описаны результаты акустических наблюдений процессов разрушения образцов горных пород в условиях все стороннего (гидростатического) сжатия с дополнительной одноосной нагрузкой. Автором были построены графики распределения числа импульсов по их максимальной амплитуде, которые являются аналогом графиков повторяемости. Такие графики были построены для разных стадий опыта, при этом было замечено уменьшение наклонов графиков в более поздних стадиях. Это уменьшение наклона автор связывал с увеличением напряжений в образце. Однако, в наших опытах при постоянной нагрузке также отмечается уменьшение отношения числа слабых к числу сильных импульсов. Поэтому нам представляется, что в изменении соотношения между числом больших и малых разрывов в большей степени проявляется тенденция, характерная для подготовки разрушения, а не просто увеличение напряжений как таковое.
Упругие импульсы, возникающие при деформации образцов, отражают процесс образования трещин. Распределение импульсов во времени показывает развитие процессов разрушения образца, которое зависит от скорости деформации, условий нагружения и от свойств материала, в первую очередь, его неоднородности.
В опытах О.Г.Шаминой [l27J при разрушении образцов песчаника в условиях одностороннего сжатия скорости деформации были большими - длительность опытов не превышала I часа. Наблюдалось значительное возрастание числа импульсов к концу опыта. На последние 10% времени опыта приходилось более 70% числа всех импульсов.
Распределение динамических смещений около разрьша
Получение сдвиговой трещины в хрупком материале (что необходимо для получения упругих волн) сопряжено с большими трудностями [l29J . Кроме того, образование трещины с неизбежностью требует новой модели для каждого опыта. Поэтому модель с образующейся трещиной очень хороша для исследования процессов подготовки трещины, но менее удобна для подробного изучения волнового поля, образующегося вокруг нее. Для исследования уп ругих волн гораздо легче и удобнее сдвиговая подвижка по подготовленному разрыву - так называемый п stictt - slip ». у такого сдвигового источника целый ряд преимуществ, а главное -- возможность произведения большого количества опытов, причем наблюдается высокая степень повторяемости формы импульсов, излучаемых при каждом акте подвижки. Поэтому для исследования поля упругих волн, излучаемых сдвиговым разрывом, мы использовали модель подвижки по подготовленному разрыву [36, 37j .
Модель изготавливалась следующим образом. Брались две прямоугольные пластинки из оргстекла размерами 6 х 15 см с хорошо обработанными краями. Затем они плотно складывались длинными торцами и склеивались по краям, так что несклеенным оставался отрезок посередине. После застывания клея у нас фактически была целая пластинка 12 х 15 см с подготовленным разрывом в середине пластины. Сжимающая нагрузка прикладывалась под углом 45 в центральной области разрыва. Для этого по обе стороны разрыва против его середины сверлились 2 отверстия, в которые плотно вставлялись металлические стержни. К ним и прикладывалась сжимающая нагрузка. При ее увеличении берега разрыва начинали проскальзывать друг относительно друга отдельными скачками ( stixK- slip ) с излучением упругих волн. Склейка на концах разрыва при этом не нарушалась. Приготовленная таким об-У разом пластинка вклеивалась с помощью эпоксидной смолы в середину большого круглого листа оргстекла такой же толщины ( 3 мм) диаметром 1300 мм. Поскольку эпоксидная смола и оргстекло обладают одинаковыми упругими свойствами ( рСэ.с. = РСо.с. ), такая склейка не влияла на распространение в листе упругих волн и не искажала формы распространяющегося импульса. В результате мы имели разрыв внутри целого материала, причем на концах разрыва не было отверстий или каких-либо других особенностей. Модель и схема приложения нагрузки и расположения датчиков приведены на рис. 33.
Приложение сжимающей нагрузки в середине разрыва (через металлические стержни) создавало неравномерность в распределении напряжений вдоль разрыва. Наибольшие напряжения были в середине разрыва и убывали к его концам. Но учитывая размеры модели (толщина 3 мм, диаметр 1300 мм), мы не могли прикладывать нагрузку к ее периферии, чтобы создать равномерное распределение внешних напряжении в области разрыва, из-за неизбежных изгибных деформаций листа.
Приложение нагрузки в середине разрыва обусловливало и то обстоятельство, что движение начиналось также в его средней части и распространялось в обе стороны. Это означает, что наша модель представляет так называемый двусторонний или билатеральный разрыв - т.е. она является двумерной моделью круговой расширяющейся дислокации или сдвиговой трещины. На рис. 34 показаны сейсмограммы, записанные датчиками, расположенными вдоль разрыва по его краю. Хорошо видно, что наименьшее время вступления отмечается на сейсмограмме от датчика, расположенного в центре разрыва (трасса 3). Это и означает, что движение начинается в середине разрыва и распространяется к его краям.
Предварительно с помощью ультразвуковой аппаратуры были измерены скорости распространения продольных и поперечных волн в материале модели. Скорость продольных волн оказалась равной 2400 м/сек, поперечных - 1250 м/сек. Анизотропия скоростей продольных и поперечных волн оказалась очень небольшой- в пределах 1,5 - 2,Q$, так что мы ее не учитывали и считали материал модели изотропным (в приемлемом для нас приближении).
