加速摩擦滑动的临界成核长度

沿缓慢驱动的摩擦界面加速滑动的自发成核是广泛的地球物理、物理和工程系统的核心，对地震物理学尤其具有深远影响。解决此问题的常用方法将成核与扩展蠕变斑块在超过临界长度 $L_c$ 时的不稳定性相关联。临界成核长度 $L_c$ 传统上由弹簧-块体线性稳定性分析得到，并使用依赖于模型的断裂力学估计扩展到分隔弹性可变形体的界面。我们提出了一种替代方法，其中临界成核长度由分隔弹性可变形体的界面上均匀滑动的相关线性稳定性分析获得。对于弹性相同的半空间和速率-状态摩擦，两种方法被证明产生具有相同标度结构但数值前因子显著不同的 $L_c$，导致我们的方法中 $L_c$ 显著更大。所提出的方法还被证明自然适用于有限尺寸系统和双材料界面，为此推导了各种解析结果。为了定量测试所提出的方法，我们执行了惯性有限元方法计算，用于有限尺寸二维弹性可变形体与刚性体在侧向加载下速率-状态摩擦接触。我们表明理论预测的 $L_c$ 及其有限尺寸依赖性与完整数值解在合理良好的定量一致，支持了所提出的方法。这些结果为预测摩擦界面上的快速滑动成核提供了理论框架。