Experiments on Landquakes Generated by Free‐FallingGranular Masses: Implications for Rockfall Impact Dynamics
01摘要
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岩崩的性质，如分离岩体的体积和几何形状，以及岩石碎片的数量和直径，极大地影响了它们的传播行为，因此需要采取不同的策略来减轻岩崩的危害。由岩崩引起的地震被认为是这些性质的良好代表。为了探索岩崩的自由落体冲击动力学，设计并进行了一系列颗粒体的自由落体实验，并分析了产生的地震特征与初始变量的关系。结果表明，颗粒直径是影响地震的主要因素，对地震平均频率的影响最为显著。影响区域是另一个关键因素，地震最大振幅和地震辐射能与之呈较强的正相关关系，而地震平均频率与之呈弱的负相关关系。最大地震振幅似乎与自由落体颗粒团的层数没有很好的相关性，并且证明了最大地震振幅仅由颗粒团的下部决定。粒子数量和地震信号特征之间的定量关系表明，当用地震来研究岩崩的特征时，需要考虑崩解。此外，在颗粒体崩塌过程中，地震频率随垂直速度的减小和水平速度的增大而减小。
02图表
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03结论
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本文着眼于岩崩动力学与由此产生的地震之间的关系，设计并进行了一系列颗粒体自由落体实验，以探索不同初始变量(即颗粒直径d、颗粒聚集体层数ln和每层颗粒数bn)对地震的影响。通过对实验结果的综合分析，得出以下结论:
1. 对于自由落体过程中未考虑初始崩解的单个粒子，最大地震振幅Amax和地震能量Wel分别与颗粒质量V的体积呈V0.381和V1.748的正相关，平均频率fmean与V呈V- 0.219的负相关。然而，对于在自由落体过程中考虑初始解体的颗粒质量，由于V受到不同参数(d, ln和bn)的影响，观察到地震最大幅度Amax,平均频率fmean和地震能量Wel与质量V的复杂关系。
2. 对于具有不同ln的颗粒聚集体，地震最大幅度Amax似乎与层数ln的相关性较差，这可能是通过观测最大振幅Amax与层数ln呈负相关来解释。
3. 粒径d是影响地震的主要因素，对平均频率的影响最为显著。每层中的粒子数bn是本研究中影响地震的次关键因子，与最大振幅Amax和地震能量Wel呈正相关，与平均频率fmean呈弱负相关。总粒子数Ln对平均频率fmean的影响相对较小，但随着Ln的增加，fmean有轻微下降的趋势
4. 由粒子集合体组成的自由落体质量所产生的地震的最大振幅Amax和地震能量Wel值比由相同体积的单个粒子所产生的地震的Amax和Wel值低。粒子数量与地震信号特征之间的定量关系已经建立，这表明当使用地震来研究岩崩特征时，需要考虑崩解。
5. 碰撞崩塌过程中地震信号特征频率的演变颗粒质量明显受颗粒质量速度分量的控制。信号频率随颗粒垂直速度的减小和水平速度的增大而减小。
通过这些室内试验，为确定岩崩冲击动力学与由此产生的地震之间的关系提供了合理的参考。考虑到天然岩崩的复杂性，本研究主要关注释放的颗粒体的大块冲击所产生的地震信号的突发性发作。需要对粗糙床上的干颗粒流进行更多的地震监测实验。人们怀疑，由河床相互作用引起的地震包含了丰富的细节，可以解释颗粒流的相当大的流动性，超出了简单摩擦模型的预测。通过地震监测了解颗粒流中的颗粒波动和床层地形的影响，可以对地球表面发生的复杂现象提供新的认识。
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