速率-状态摩擦定律 (Rate-and-State Friction) 计算库

基于 Dieterich (1979) 与 Ruina (1983) 的速率-状态摩擦框架,复现粘滑 (stick-slip)、速度阶跃直接效应、静态对数愈合等摩擦物理现象。参考 jrleeman/rsfmodel、EQcycle_failure_laws、RSF_solvers 等实现。

① 核心摩擦计算器

输入摩擦参数 · 法向力 · 速度 → 输出摩擦力
稳态法:θ = Dc/V;瞬时法:给定 θ;静止愈合法:给定 Δt(摩擦随静止时间对数增长)
本构:μ(V,θ) = μ₀ + a·ln(V/V₀) + b·ln(V₀θ/Dc);稳态 μss(V) = μ₀ + (a−b)·ln(V/V₀);摩擦力 F = μ·N

② 弹簧-滑块粘滑仿真

准动力模型 · 黏/滑状态机
辐射阻尼 η = N/(2cₛ)
粘滑判据:a − b < 0(速度弱化)且 k < kcrit = N(b−a)/Dc。 准动力模型(Rice 1993):忽略惯性、保留辐射阻尼,以黏着(θ 愈合、静摩擦增长)与滑动(对数律 + 辐射阻尼)两个阶段交替复现锯齿形粘滑。

③ 速度阶跃实验(直接效应)

V₁ → V₂ 阶跃
阶跃瞬间 μ 跳变 Δμ直接 = a·ln(V₂/V₁)(直接效应),随后演化至 Δμ稳态 = (a−b)·ln(V₂/V₁)

④ 静态愈合(对数时间增长)

slide-hold 解析式
静止保持 Δt 秒后,状态变量按老化律线性增长 θ = θ₀ + Δt(θ₀ = Dc/V₀), 静摩擦 μs(Δt) = μ₀ + b·ln(V₀(θ₀+Δt)/Dc) 随静止时间对数增长。