Experimental Investigation of Seismic Signal Characteristics Arising from Basal Stress Fluctuations in Granular Flow
01摘要
—
地球物理流动具有独特的流动性和流变特性，边界相互作用在理解颗粒流力学和振动监测中起着至关重要的作用。在本研究中，我们进行了室内实验，利用粒子图像测速分析以及基础三分力和加速度测量来研究颗粒流的动态行为和振动特性。结果表明，随着惯性数的增加，实验流动从准稳态转变为微加速度，导致颗粒间碰撞加剧。应力波动和地震信号的包络曲线具有明显的时间同步性，凸显了它们内在的相互关系。利用扩散法，我们计算了地震能量，它与归一化应力变化呈现出很强的正相关性，幂指数约为 1.5。此外，惯性数和地震能量之间的正相关性强调了粒子碰撞引起的应力波动会诱发地震行为。这些发现为流动条件下应力波动和地震能量的动态演变提供了宝贵的见解，增强了我们对地震监测、应力反馈机制以及岩石雪崩等地球物理流动产生的地震信号的理解。
02图表
—
03结论
—
我们进行了一系列实验室水槽实验，采用粒子图像测速分析跟踪流动状态并测量基底三分量应力和地震信号。所有流动行为都表现出近似稳定或轻度加速的状态。考虑五种不同的分形维数D和倾角θ，我们分析了它们对剪切速率、惯性数、应力波动和地震信号的影响。此外，我们讨论了无量纲惯性数、应力波动和地震信号之间的关系，旨在加深对颗粒系统中应力和振动动力学的理解。我们观察到混合尺寸颗粒流的主体形成有序的纵向结构。细颗粒聚集在底部，局部剪切速率高，而较大的颗粒从底部向上层聚集，导致局部剪切速率降低。坡度角θ、分形维数D和惯性数I之间存在反比关系，可能归因于较高的流速和粒径导致的宏观变形尺度放大。应力波动和地震信号的特征在x和z方向上表现出相似的趋势。应力波动与有效粒径d73、坡度角θ和惯性数I呈正相关。同样，峰值加速度PGA和平均包络Mevn等地震信号特征与有效粒径d73、坡度角θ和惯性数I呈正相关，而质心频率fc与它们呈负相关。应力波动和地震信号的包络在时间序列中表现出很高的变化性，强调了它们的联系，而不是与平均应力的联系。采用扩散法计算地震能量 Wel，遵循拟合良好的归一化应力波动幂律，幂指数在 x 和 z 方向上均接近 1.5。惯性数 I 与地震能量 Wel 呈正相关，表明高能流会诱发强烈的地震活动。这些观测阐明了颗粒流的应力波动和地震能量如何随其运动状态而变化，并阐明了应力波动与地震信号之间的直接关系，为岩石雪崩等地球物理流中的地震监测和应力过程反馈提供了见解。
文献求助请加QQ群：964092729
模型试验讨论及咨询请加QQ群：707519607
交流讨论模型试验研究，请加小编微信：18607111060。向大家学习请教
