диссертация (1097841), страница 31
Текст из файла (страница 31)
После каждоговсплеска наблюдается релаксирующий спад, подобный афтершоковому режиму всейсмичности. Очевиден пониженный уровень АЭ при отрицательном значениимеандра подгрузки в экспериментах №№ 1 − 3. В работе [Смирнов и др., 2010] наоснове анализа реакции АЭ на ступенчатую деформацию отмечается не толькосхожесть отклика с афтершоковым процессом, но и зависимость параметров законаОмори от уровня напряжений. На качественном уровне это подтверждаетсяприведенными на рисунке 5.10 графиками для интервалов I-A и I-B: при переходеот интервалов I-A к I-B, то есть с увеличением напряжений, спад АЭ замедляется, авременная задержка спада активности увеличивается.Совершенно другая форма отклика АЭ наблюдается на стадии III-A и III-B(Рисунок 5.10): она близка к прямоугольной форме меандра подгрузки, особенно настадии III-B.
При положительном значении меандра отклик АЭ находится напостоянномуровне(впределахотмеченногодоверительногоинтервала),превышающем средний уровень на 10 − 30% в зависимости от амплитуды меандра.При отрицательном значении меандра уровень АЭ симметрично снижается на теже 10 − 30%. Особенностью данного режима является быстрый переход АЭ снижнего уровня на верхний после положительного фронта меандра и сравнительномедленный переход на нижний уровень через полпериода меандра. Причем, суменьшением амплитуды меандра время перехода АЭ на нижний уровеньсущественно возрастает, достигая T/6 = 10 c. Отсутствие реакции АЭ на изменение204фоновой деформации и отсутствие релаксации после прохождения положительногофронта меандра подгрузки указывает на принципиальное различие в механизмахформирования периодического отклика АЭ на стадиях I и III.
Косвенносуществование различных механизмов подтверждается быстрым переходом отодной формы отклика к другой и наличием пограничной зоны (стадия II), где ненаблюдается никакой периодичности АЭ.При сравнении формы отклика на стадиях III-A и III-B показано, что при еесовпадении в общих чертах, (1) амплитуда отклика на стадии III-B существеннониже, чем на стадии III-A, то есть глубина модуляции уменьшается в процессенагружения образца, (2) дисперсии получаемых оценок для стадии III-Bуменьшились на порядок по сравнению со стадией III-A.
Здесь уместно напомнить,что стадия III-B определялась по дилатансному состоянию образца, а III-A частичнонаходится на линейном (упругом), частично – на нелинейном (пластическом)участках нагрузочной кривой, но в целом – до начала разуплотнения образца, и дляэтого интервала характерна нестабильность формы отклика АЭ (см. рисунок 5.9).Именно эта последняя особенность и могла привести к большой дисперсии оценок,хотя даже в этом случае периодичность отклика определяется уверенно.Малая величина дисперсии оценок на интервале III-B в экспериментах№№ 1 − 3 дает возможность проследить изменение формы отклика на достаточнокоротких участках, относящихся к нескольким последовательным стадиямразрушения образца.
На рисунке 5.7 показано, что перед разрушением образцанаблюдались “форшоковые” вспышки АЭ, превысившие возможности регистрациии соответствующие скачку (частичному сбросу) напряжения. Взяв эти события вкачестве разделителя интервалов III-B на подинтервалы, рассмотрим отклик АЭ(Рисунок 5.11). Разбиение на подинтервалы не изменило предыдущего результата –форма отклика АЭ повторяет форму модулирующего меандра. Более того, нетолько по форме, но и в абсолютных (разумеется, в пределах отдельногоэксперимента) величинах отклик при переходе от одного подинтервала III-B кдругому не изменяется. Если же говорить о соотношении между различнымиэкспериментами, то амплитуды отклика (глубина модуляции) на стадии III-B вэкспериментах №№ 1 − 3 находятся на значениях 0.29, 0.15, 0.08, что достаточно205№III-B-11.61.6Норм.
N .Норм. N .1.610.4111213141516111121Время, сNorm. N .Норм. N .41516111121314151Время, с1.310.710.7111213141516111121Время, с31415161415161Time, s1.3Норм. N .1.3Норм. N .31Время, с1.3310.40.412III-B-3Норм. N .1III-B-210.710.71112131Время, с4151611112131Время, сРисунок 5.11 − Отклик АЭ на периодическое (T = 60 с) модулирующеевоздействие: нормированное число импульсов АЭ (среднее значение, 2доверительный интервал) на участках интервала III-B (Границы участков указаны втексте).близко к соотношению амплитуд модулирующей деформации 4:2:1.Учитывая, что в эксперименте № 4 сама периодическая деформациявыделяется недостаточно контрастно на фоне основного режима ступенчатойдеформации с шагом по времени 10 с, был проведен еще один эксперимент (№ 5,см таблицы 5.1, 5.2) с увеличением шага по времени для основной нагрузки до 60 с,что значительно увеличило длительность эксперимента и обеспечило болеепредставительные с точки зрения статистики исходные данные.
Остальныепараметры остались прежними. Обработка исходных данных этого экспериментане менялась за исключением нормировки числа импульсов: так как в пределаходного периода меандра фоновая деформация не менялась, то нормирующиймножитель определялся средним потоком импульсов АЭ на этом периоде. На61206рисунке 5.12 представлены результаты определения формы отклика АЭ напериодическое воздействие. Названия интервалов остались прежними.
Полученныерезультаты сопоставимы с результатами экспериментов №№ 1 − 4. Форма откликаАЭнаразличныхстадияхсоответствуетописаннымдляпредыдущихэкспериментов. Глубина модуляции на завершающей стадии несколько меньше,чем в эксперименте № 4, однако сама вариация АЭ при смене фазы меандра такжестатистически значима.эксперимент51141.31131.21121.1111IIНорм.
NСмещение, шагГенераторосевогосжатия10.91100.8109020400.7601112131415161415161Время, с21.81.61.41.210.80.60.40.201.11.05III-BНорм. NIНорм. NВремя, с10.950.91112131415161Время, с1112131Время, сРисунок 5.12 - Эксперимент № 5. Отклик АЭ на периодическое (T=60 с)модулирующее воздействие: нормированное число импульсов АЭ (среднеезначение, 2 доверительный интервал) на различных стадиях напряженнодеформированного состояния образца. Границы стадий указаны в тексте.Заключение к Главе 5Для полученных в ходе экспериментов результатов могут быть проведеныаналогии с эффектами модуляции сейсмических шумов, выделяемыми понатурным данным.1. Нестабильность модуляции. Как в природе, где приливное воздействиесуществует всегда, так и в эксперименте модулирующее деформационное207воздействие было активно в течение всего времени.
Однако, показано, чтосуществуют интервалы времени, на которых эффект модуляции АЭ ненаблюдается. Аналогичные интервалы отсутствия синхронизации сейсмическихшумов с приливами отмечены выше (Глава 3).2. Связь модуляции АЭ с напряженно-деформированным состояниемобразца горных пород обнаружена при разбиении всего времени эксперимента всоответствии с характерными фазами нагружения образца. Наиболее ярко эффектмодуляциидилатансномпрослеживаетсяразуплотнении.назавершающейОднакостадиимодуляциябылапредразрушенияопределенаи–назавершающей части упругих деформаций.
Это согласуется с описанным выше(Глава 3) предвестниковым поведением сейсмических шумов перед сильнымилокальными землетрясениями. И если аналогом подготовки землетрясения можнорассматривать стадию, предваряющую разрушение образца, то появлениемодуляции ВСШ перед землетрясением соответствует модуляции АЭ на стадиипластических деформаций.Как главный результат проведенных экспериментов в контексте работырассматривается обнаружение стадийности в акустическом отклике разрушаемогообразца на слабое периодическое внешнее воздействие.
Причем различные стадиисвязываются с различными этапами напряженно-деформированного состоянияобразца в процессе разрушения. Ранее в работах [Sobolev et al., 1996; Смирнов и др.,2010] при поэтапном (с паузами) линейном росте напряжения были обнаруженысмещения максимума АЭ на различных участках нагружения образца. Однакоможно отметить, что этот эффект носил количественный характер, в то время какповедение АЭ в интервалах I и III в условиях добавления периодическойкомпоненты нагрузки отличается на качественном уровне.В каждом эксперименте наблюдалась нестабильность оклика АЭ: наначальном участке (I) можно говорить о синхронизации АЭ и периодическоговоздействия (“афтершоковый” режим), затем на участке упругой деформации (II)синхронизация отсутствует и появляется снова на завершающем участке упругойдеформации (III), продолжаясь до разрушения образца.
Выявлены различия вформе отклика АЭ на начальном участке (I) и при пластической деформации (III).208Причем именно на участке III мы можем говорить о модуляции, когда временнойход интенсивностивоздействию.потока АЭ соответствует поПримечательно,чтоглубинаформе периодическомумодуляциинаучасткеIIIвэкспериментах №№ 4 – 5, то есть при различии “фоновой” и “периодической”деформации на три порядка (как для соотношения тектонической и приливнойдеформациивприроде)находитсявпределах10%исоответствуетпредставленным в главе 3 данным о глубине приливной модуляции ВСШ.Выявленная стадийность может рассматриваться как аналог нестабильностиприливной модуляции сейсмических шумов в сейсмоактивном регионе (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
