Experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains
The approach to the study of the seismically active zone as an open system that is in a state of self-organized criticality is becoming increasingly used in modern research. The models used in this approach should reflect the most characteristic features of such media: discreteness, nonequilibrium,...
Saved in:
| Date: | 2021 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2021
|
| Online Access: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230197 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Institution
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543484857548800 |
|---|---|
| author | Mykulyak, S.V. Polyakovskyi, V.O. Skurativskyi, S.I. |
| author_facet | Mykulyak, S.V. Polyakovskyi, V.O. Skurativskyi, S.I. |
| author_sort | Mykulyak, S.V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-06-03T08:51:48Z |
| description | The approach to the study of the seismically active zone as an open system that is in a state of self-organized criticality is becoming increasingly used in modern research. The models used in this approach should reflect the most characteristic features of such media: discreteness, nonequilibrium, nonlinear and nonlocal nature of interactions. In this paper, the medium is modeled by a granular massif with ribbed grains. Three different massifs are used in the research. Within one massif, all grains are identical, while grains from different massifs differ in shape (cubic or irregular ribbed) and characteristic size.
A number of experiments of shear deformation of such granular massifs were carried out in order to study the influence of the shape and size of grains on the statistical charac-teristics of the process. The influence of the stress state on the deformation properties of these media was also studied. The experiments proved the qualitative similarity of the behavior of different granular media. Obtained experimentally force jumps, represen-ting the reaction of the granular medium to shear deformation, obey the distributions in the form of power dependencies. However, the magnitudes of the forces arising in the massifs depend on the grain shape and size as well as the stress state in the massifs. The experiments with shear deformation of the granular media under the external action of small impulse stresses have shown that such action causes a smoother, devoid of sharp jumps, deformation. External perturbations shift the distribution of the force jumps towards smaller values, leaving their exponents unchanged.
The analysis of experimental results using nonadditive statistical mechanics confirmed the presence of long-range correlations in the massif of ribbed granules during its shear deformation. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:12:03Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-230197 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | English |
| last_indexed | 2025-07-17T11:12:03Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-2301972021-06-03T08:51:48Z Experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains Экспериментальное исследование сдвигового деформирования среды, образованной массивом ребристых гранул Експериментальне дослідження зсувного деформування середовища, утвореного масивом ребристих гранул Mykulyak, S.V. Polyakovskyi, V.O. Skurativskyi, S.I. The approach to the study of the seismically active zone as an open system that is in a state of self-organized criticality is becoming increasingly used in modern research. The models used in this approach should reflect the most characteristic features of such media: discreteness, nonequilibrium, nonlinear and nonlocal nature of interactions. In this paper, the medium is modeled by a granular massif with ribbed grains. Three different massifs are used in the research. Within one massif, all grains are identical, while grains from different massifs differ in shape (cubic or irregular ribbed) and characteristic size. A number of experiments of shear deformation of such granular massifs were carried out in order to study the influence of the shape and size of grains on the statistical charac-teristics of the process. The influence of the stress state on the deformation properties of these media was also studied. The experiments proved the qualitative similarity of the behavior of different granular media. Obtained experimentally force jumps, represen-ting the reaction of the granular medium to shear deformation, obey the distributions in the form of power dependencies. However, the magnitudes of the forces arising in the massifs depend on the grain shape and size as well as the stress state in the massifs. The experiments with shear deformation of the granular media under the external action of small impulse stresses have shown that such action causes a smoother, devoid of sharp jumps, deformation. External perturbations shift the distribution of the force jumps towards smaller values, leaving their exponents unchanged. The analysis of experimental results using nonadditive statistical mechanics confirmed the presence of long-range correlations in the massif of ribbed granules during its shear deformation. Подход к изучению сейсмоактивной зоны как открытой системы, находящейся в состоянии самоорганизованной критичности, все более широко применяется в современных исследованиях. Модели, используемые в данном подходе, должны отражать наиболее характерные черты таких сред: дискретность, неравновесность, нелинейный и нелокальный характер взаимодействий. Рассмотрена среда, моделируемая гранулированным массивом с гранулами ребристой формы. Исследованы три разных массива. В пределах одного массива все гранулы одинаковы, тогда как гранулы из разных массивов различаются формой (кубическая или неправильная ребристая) и характерными размерами. Выполнены эксперименты сдвигового деформирования таких гранулированных массивов с целью изучения влияния формы и размеров гранул на статистические характеристики процесса. Изучено влияние напряженного состояния на деформационные свойства указанных сред. Экспери- ментально доказано качественное сходство поведения различных гранулированных сред. Полученные экспериментально скачки сил, которые представляют собой реакцию гранулированной среды на деформацию сдвига, распределены по степенному закону. Однако величины сил, возникающих в массивах, зависят от формы, размеров гранул и напряженного состояния в массивах. Эксперименты со сдвиговым деформированием гранулированных сред при внешнем воздействии малых импульсных напряжений показали, что такое действие вызывает более плавное, лишенное резких скачков деформирование. Внешние возмущения смещают распределение скачков сил в сторону меньших значений без изменения их показателей степени. Анализ экспериментальных результатов с использованием неаддитивной ста- тистической механики подтверждает наличие дальнедействующих корреляций в массиве ребристых гранул при его сдвиговом деформировании. Підхід до вивчення сейсмоактивної зони як відкритої системи, що перебуває в стані самоорганізованої критичності, набуває усе ширшого застосування у сучасних дослідженнях. Моделі, що використовують за такого підходу, мають відображати найхарактерніші риси подібних середовищ: дискретність, нерівноважність, неліній- ний та нелокальний характер взаємодій. Розглянуто середовище, яке змодельовано гранульованим масивом з гранулами ребристої форми. Досліджено три різні масиви. В межах одного масиву усі гранули однакові, тоді як гранули з різних масивів різняться за формою (кубічна або неправильна ребриста) та характерними розмірами. Виконано ряд експериментів зсувного деформування таких гранульованих масивів з метою вивчення впливу форми та розмірів гранул на статистичні характеристики процесу. Вивчено вплив напруженого стану на деформаційні властивості вказаних середовищ. Експериментально доведено якісну подібність поведінки різних гра- нульованих середовищ. Отримані експериментально стрибки сил, які є реакцією гранульованого середовища на деформацію зсуву, розподілені за степеневим законом. Однак величини сил, що виникають у масивах, залежать від форми, розмірів гранул і напруженого стану в масивах. Експерименти зі зсувним деформуванням гранульованих середовищ за зовнішньої дії малих імпульсних напружень показали, що така дія зумовлює більш плавне, позбавлене різких стрибків деформування. Зовнішні збурення зміщують розподіли стрибків сил у бік менших значень, залишаючи незмінними їх показники степеня. Аналіз експериментальних результатів з використанням неадитивної статистичної механіки підтверджує наявність далекодійних кореляцій у масиві ребристих гранул у разі його зсувного деформування. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2021-06-03 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230197 10.24028/gzh.v43i2.230197 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 43 No. 2 (2021); 178-188 Геофизический журнал; Том 43 № 2 (2021); 178-188 Геофізичний журнал; Том 43 № 2 (2021); 178-188 2524-1052 0203-3100 en https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230197/231136 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | Mykulyak, S.V. Polyakovskyi, V.O. Skurativskyi, S.I. Experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains |
| title | Experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains |
| title_alt | Экспериментальное исследование сдвигового деформирования среды, образованной массивом ребристых гранул Експериментальне дослідження зсувного деформування середовища, утвореного масивом ребристих гранул |
| title_full | Experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains |
| title_fullStr | Experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains |
| title_full_unstemmed | Experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains |
| title_short | Experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains |
| title_sort | experimental study of shear deformation of the medium formed by the massif of ribbed grains |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230197 |
| work_keys_str_mv | AT mykulyaksv experimentalstudyofsheardeformationofthemediumformedbythemassifofribbedgrains AT polyakovskyivo experimentalstudyofsheardeformationofthemediumformedbythemassifofribbedgrains AT skurativskyisi experimentalstudyofsheardeformationofthemediumformedbythemassifofribbedgrains AT mykulyaksv éksperimentalʹnoeissledovaniesdvigovogodeformirovaniâsredyobrazovannojmassivomrebristyhgranul AT polyakovskyivo éksperimentalʹnoeissledovaniesdvigovogodeformirovaniâsredyobrazovannojmassivomrebristyhgranul AT skurativskyisi éksperimentalʹnoeissledovaniesdvigovogodeformirovaniâsredyobrazovannojmassivomrebristyhgranul AT mykulyaksv eksperimentalʹnedoslídžennâzsuvnogodeformuvannâseredoviŝautvorenogomasivomrebristihgranul AT polyakovskyivo eksperimentalʹnedoslídžennâzsuvnogodeformuvannâseredoviŝautvorenogomasivomrebristihgranul AT skurativskyisi eksperimentalʹnedoslídžennâzsuvnogodeformuvannâseredoviŝautvorenogomasivomrebristihgranul |