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岩体失稳过程中的降维、减熵与有序性

已有 2880 次阅读 2011-11-20 19:14 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦|关键词:岩体失稳,降维,减熵,有序性| 降维, 岩体失稳, 减熵, 有序性

由岩石单轴拉张试验(如图1所示)可看出:随着外荷载增加,首先是均匀的变形阶段,微破裂在空间均匀地分布,随着变形进入非线性阶段,微破裂开始丛集,并逐渐向未来大断裂面附近集中,这种集中和丛集过程使微破裂的空间分布出现有序降维趋势。

1  在岩石变形过程中微破裂的空间分布[1]

从微破裂的均匀、随机的空间分布(无序)到出现变形局部化,直至贯通断裂(有序),其根本原因在于系统离开了原有的平衡态,系统失稳之源也来自于无序结构的失稳和新的有序结构的形成。

在向失稳态演化过程中,岩体必然要产生一些变形破坏现象,此时系统有熵产生,它使系统进化。进化过程中,熵产生伴随着系统内部有序(不稳定性)和无序(稳定性)的存在与竞争。此时产生的熵必定为负熵,否则岩体系统的演化必将终止。由此可见,岩体失稳过程必伴随有减熵过程。图2示出了云南龙陵地震强震前的地震活动熵的时间进程,可看出强震前复杂孕震系统的减熵特征有普遍存在的特点。

2  云南龙陵地震强震前地震活动熵的时间变化[2]

系统科学理论也已证明:降维、减熵、有序的内涵是一致的。降维和减熵过程的存在表明系统的动态特征是一个从无序到有序的发展过程,说明系统的约束变得越来越强,表现出某种临界行为。有序性往往意味着系统的不稳定性,即熵和分维值低,有序度大,系统的稳定性差。因此,系统在不稳定性时,可能形成耗散结构。图3给出了在地震前分维值与时间的关系,可看出在向失稳态演化过程中,降维过程是客观存在的。

3云南普洱地震前分维随时间的变化[2]

参考文献

[1] Mogi K.. 1985. Earthquake Predication, Tokyo, Academic Press.

[2] 蔡静观,许昭水等1993云南地区强震前孕震系统的非线性阶段地震研究,Vol.16No.42026

 



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1 孙强

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