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  • 1
    Publication Date: 2020-10-27
    Description: Frictional behavior of experimental faults during a simulated seismic cycle Elena Spagnuolo (1), Stefan Nielsen (2), Marie Violay (3), Fabio Di Felice (1), Giulio Di Toro (4,5) (1) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Rome, Italy (elena.spagnuolo@ingv.it), (2) Durham University, Durham, UK (stefan.nielsen@durham.ac.uk), (3) ENAC, LEMR, Lausanne, Switzerland (marie.violay@epfl.ch ), (4) University of Manchester, Manchester, UK (giulio.ditoro@manchester.ac.uk), (5) Università degli Studi di Padova, Padua, Italy Laboratory friction studies of earthquake mechanics aim at understanding complex phenomena either driving or characterizing the seismic cycle. Previous experiments were mainly conducted on bi-axial machines imposing velocity steps conditions, where slip and slip-rate are usually less than 10 mm and 1 mm/s, respectively. However, earthquake nucleation on natural faults results from the combination of the frictional response of fault materials and wall rock stiffness with complex loading conditions. We propose an alternative experimental approach which consists in imposing a step-wise increase in the shear stress on an experimental fault under constant normal stress. This experimental configuration allows us to investigate the relevance of spontaneous fault surface reworking in (1) driving frictional instabilities, (2) promoting the diversity of slip events including the eventual runaway, and (3) ruling weakening and re-strengthening processes during the seismic cycle. Using a rotary shear apparatus (SHIVA, INGV, Rome) with an on-purpose designed control system, the shear stress acting on a simulated fault can be increased step-wise while both slip and slip-rate are allowed to evolve spontaneously (the slip is namely infinite) to accommodate the new state of stress. This unconventional procedure, which we term “shear stress-step loading”, simulates how faults react to either a remote tectonic loading or a sudden seismic or strain event taking place in the vicinity of a fault patch. Our experiments show that the spontaneous slip evolution results in velocity pulses whose shape and occurrence rate are controlled by the lithology and the state of stress. With increasing shear stress and cumulative slip, the experimental fault exhibits three frictional behaviors: (1) stable behavior or individual slip pulses up to few cm/s for few mm of slip in concomitance to the step-wise increase in shear stress; (2) unstable oscillatory slip or continuous slip but with abrupt changes in slip rate (lower than 10 cm/s) under about constant imposed shear stress; (3) fault dramatic weakening or continuous slip with gradually increasingly slip rates up to 6.5 m/s (an imposed upper bound limitation). The shear stress-step loading experimental technique proposed here provides new hints on the behavior of pre-existing faults during the seismic cycle and, for instance, reproduces precursory slip events observed in some large in magnitude earthquakes (e.g., Izmit, Mw 7.6, 1999).
    Description: Published
    Description: Vienna
    Description: 1T. Deformazione crostale attiva
    Keywords: friction ; earthquake mechanics
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: Conference paper
    Location Call Number Limitation Availability
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  • 2
    Publication Date: 2020-03-03
    Description: All’interno dei percorsi forma vi di Alternanza Scuola­Lavoro un gruppo di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha proposto e sviluppato con una terza classe del Liceo Scientifico Cavour di Roma un progetto riguardante l’avvicinamento degli studenti al mondo della ricerca scientifica, allo scopo di affrontarla e svilupparla in tu e le sue fasi. Dopo aver spiegato e condiviso l’obiettivo della ricerca con gli alunni, la prima fase del progetto ha riguardato la raccolta dei da tramite l’utilizzo di strumenti di misura; si è in seguito proceduto all’analisi dei dati ottenuti , attraverso un foglio elettronico di calcolo, la produzione di grafici e mappe tema che e infine la scrittura di un articolo scientifico (parte essenziale del lavoro del ricercatore) con la descrizione della ricerca svolta e dei risultati ottenuti . La ricerca ha riguardato la distribuzione del radon indoor in alcuni rioni di Roma. Gli studenti hanno avuto la possibilità di misurare il radon indoor tramite strumenti specifici nelle loro abitazioni e nella loro scuola, di analizzarne la distribuzione spaziale e temporale e di individuare dei casi particolarmente anomali. Sono stati quindi evidenziati i legami tra i valori misura , la geologia del sottosuolo e le tipologie abitative, illustrate per mezzo di mappe tematiche, facendo confluire il tutto o nella scrittura di un articolo scientifico. Il presente rapporto tecnico è stato introdotto dai ricercatori e sviluppato dagli studenti .
    Description: Published
    Description: 1-24
    Description: 1TM. Formazione
    Description: N/A or not JCR
    Keywords: radon ; 05.09. Miscellaneous
    Repository Name: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
    Type: article
    Location Call Number Limitation Availability
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