von KeAi Communications Co.
Viele Jahrzehnte lang wurde in der Gesteinsmechanik stillschweigend davon ausgegangen, dass eine Gesteinsmasse mit der Summe von Brüchen und intaktem Gestein gleichgesetzt werden kann. Dementsprechend kann das Verhalten einer Gesteinsmasse verstanden werden, indem man sie in kleinere Stücke zerlegt und diese Stücke vollständig charakterisiert. Aus Sicht der statistischen Physik ist diese allgemein angenommene Gleichung (dh Gesteinsmasse = Brüche + intaktes Gestein) jedoch entweder falsch oder zumindest unvollständig.
„Gesteinsmasse ist ein komplexes System, das aus zahlreichen Brüchen und Gesteinen besteht, die über räumlich-zeitliche Skalen hinweg miteinander interagieren“, erklärt Qinghua Lei, der alleinige Autor von eine neue Studie veröffentlicht in Bulletin zur Felsmechanik.
„In einem so komplexen System könnten auf einer höheren Ebene völlig neue Eigenschaften entstehen, die aus dem kollektiven Verhalten der Komponenten auf der niedrigeren Ebene resultieren, sodass das System Eigenschaften aufweist, die seine Teile für sich genommen nicht haben, weshalb der Reduktionismus scheitert . Mehr ist also anders.“
Lei, außerordentlicher Professor an der Universität Uppsala und ehemaliger leitender Forscher und Dozent an der ETH Zürich, erklärt weiter: „Folglich kann das großräumige Verhalten einer Gesteinsmasse nicht durch einfache Anwendungen des Wissens über kleinräumige Kernproben vorhergesagt werden. aufgrund der Hierarchie von Skalen, Heterogenitäten und physikalischen Mechanismen sowie der möglichen Entstehung qualitativ unterschiedlicher makroskopischer Phänomene.“
Basierend auf einer kombinierten statistischen Physik- und Felsmechanik-Perspektive präsentierte Lei eine ausführliche Diskussion über die Entstehungsmechanismen in gebrochenem Gestein. Darüber hinaus schlug er einen mehrskaligen konzeptionellen Rahmen vor, um mikroskopische Reaktionen einzelner Brüche/Gesteine mit dem makroskopischen Verhalten von Gesteinsmassen zu verknüpfen, die aus einer großen Anzahl von Brüchen und Gesteinen bestehen.
„Dieses Multiskalen-Framework kann als nützliches Werkzeug dienen, um experimentell ermittelte konstitutive Beziehungen von Bruch-/Gesteinsproben im Labormaßstab mit phänomenologisch beobachteten makroskopischen Eigenschaften gebrochener Gesteinsmassen im Standortmaßstab zu verbinden“, schließt Lei.
Mehr Informationen:
Qinghua Lei, Mehr ist anders: Zur Entstehung kollektiver Phänomene in gebrochenen Gesteinen, Bulletin zur Felsmechanik (2023). DOI: 10.1016/j.rockmb.2023.100080
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