In this paper, the process of shear deformation of the medium formed by the cubic grains is investigated experimentally. It is demonstrated that the deformation process is intermittent and accompanied by the radiation of acoustic perturbations. These perturbations obey statistical laws that are inherent in natural seismic processes: the frequency-energy scaling relation (the Gutenberg-Richter law) and the generalized Omori law for temporal decay of aftershocks. The weak perturbations influence on the process of shear deformation is studied for the mono-dispersed medium. During the granular medium stimulation by weak periodic signals, the existence of a critical frequency providing the smallest number of critical events in the granular medium is identified. We also developed the algorithm providing smaller stresses inside the granular massif by means of external perturbations during shear deformation. Taking into account the statistical similarity between shear and seismic processes, these results open prospects for the ability to affect the natural seismic processes.

Force distribution in a granular medium subjected to an impulse loading is investigated in experiment and computer simulations. An experimental technique is developed to measure forces acting on individual grains at the bottom of the granular sample consisting of steel balls. Discrete element method simulation also is performed under conditions mimicking those in experiment. Both theory and experiment display exponentially decaying maximum force distributions at the bottom of the sample in the range of large forces. In addition, the simulations also reveal exponential force distribution throughout the sample and uncover correlation properties of the interparticle forces during dynamic loading of the granular samples. Simulated time dependence of coordination number, orientational order parameter, correlation radius, and force distribution clearly demonstrates the nonequilibrium character of the deformation process in a granular medium under impulse loading.

Земна літосфера-це суттєво неоднорідне структуроване середовище: вона сформована ієрархічною системою об'ємів (блоків), розділених тонкими граничними областями, які, у свою чергу, є блоками нижчого рівня і які також розділені відповідними тонкими областями і т. д. [1]. Така ієрархія охоплює масштаб від тисяч кілометрів (тектонічні плити) до міліметрів (гранули у гірських породах). Особливо яскраво ця блоково-ієрархічна структура проявляється у сейсмоактивних областях, які є граничними зонами, що розділяють найбільші блоки літосфери-тектонічні плити. Завдяки руху тектонічних плит до сейсмоактивних зон неперервно підводиться кінетична енергія, яка накопичується у вигляді пружної енергії, а згодом вивільняється у вигляді землетрусів, та частково дисипує у тепло. Для такого сейсмічного процесу встановлено ряд емпіричних закономірностей, для яких характерна масштабна інваріантність (вони мають вигляд степеневої залежності): закон Гутенберга-Ріхтера (ГР), який зв'язує кількість землетрусів з їх магнітудою [2]; закон Оморі, який описує затухання афтершоків [3], та степеневий закон розподілу епіцентрів, що свідчить про фрактальний розподіл землетрусів у просторі [4]. Землетруси також демонструють далекодіючі просторово-часові кореляції та існування просторово-часових кластерів [5]. Ієрархічна структурованість, обмін енергією із зовнішнім середовищем, відсутність масштабу у сейсмічних процесів визначає необхідність розглядати сейсмоактивну зону як складну ієрархічну, відкриту в термодинамічному сенсі систему, а масштабна інваріантність

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.

No abstract