地球动力学模型中的体积（膨胀）塑性及其对热耗散和应变局部化的影响

本文提出了一种新的热-机械地球动力学数值实现，该实现结合了麦克斯韦粘弹性流变学，包括温度相关的幂律位错蠕变和非关联的Drucker-Prager脆性破坏，并考虑了粘塑性流动过程中的体积应力和应变，这与传统的不可压缩假设不同。在求解能量守恒方程时，我们加入了由不可逆机械变形产生的热源项，该热源项包含了粘弹性和粘塑性功，并通过考虑总应力张量和总非弹性应变率张量（包括膨胀塑性效应，适用于岩石圈尺度应用），而不仅仅是像不可压缩材料那样通常假设的剪切项。因此，这种形式的功项允许考虑体积变形，并通过演化的温度场将能量方程与构造成分描述（以及应力平衡）耦合起来。我们的代码设计允许我们独立地开启或关闭该通用流变学的各个特性，从而能够与已发表的壳尺度压缩实验数值结果进行基准测试。我们研究了在壳幔和岩石圈尺度压缩实验中，“脆性”可压缩性是否能促进或抑制变形局部化和热演化。对于壳尺度和岩石圈尺度的实验，我们确定，体积耗散与剪切耗散一起导致温度升高，但根据边界条件的选择，它可能减缓单位时间的热产生。我们的新实现可用于研究碰撞构造和褶皱作用。