Экспериментальное исследование влияния температуры и давления на развитие поврежденности в образцах горных пород

На степень поврежденности горных пород влияет множество факторов, важнейшими из которых можно считать температуру и напряженно-деформированное состояние. Одним из подходов к оценке поврежденности пород в натурных условиях является изучение их акустических свойств, в частности измерение скоростей продольных и поперечных упругих волн. Рассмотрено исследование динамики поврежденности образцов известняка с различной пористостью под воздействием изменяющихся давлений и температур. На основе компьютерного моделирования подтверждена возможность выявления момента достижения термического равновесия межу гранями и центром образца по выполаживанию кривой скорости продольной волны. Произведено сравнение результатов моделирования с реальными экспериментальными данными. По результатам лабораторных экспериментов на специально разработанном стенде установлено, что в пористых известняках рост температуры приводит к более интенсивному росту поврежденности, чем в известняках с меньшей пористостью. Рост осевого давления, напротив, приводит к снижению интенсивности дефектообразования. С ростом осевого давления до 9 МПа приращение поврежденности с ростом температуры от 20 до 100 °С для плотных известняков сокращается на 24%, а для пористых — на 48%.

Ключевые слова: горная порода, поврежденность, температура, давление, упругие волны, моделирование.
Как процитировать:

Николенко П. В. Экспериментальное исследование влияния температуры и давления на развитие поврежденности в образцах горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 11. – С. 70–78. DOI: 10.25018/0236-14932020-11-0-70-78.

Благодарности:

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 19-05-00152.

Номер: 11
Год: 2020
Номера страниц: 70-78
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.02:539.2
DOI: 10.25018/0236-1493-2020-11-0-70-78
Дата поступления: 12.08.2020
Дата получения рецензии: 14.09.2020
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.10.2020
Информация об авторах:

Николенко Петр Владимирович — канд. техн. наук, доцент, e-mail: p.nikolenko@misis.ru, НИТУ «МИСиС».

Контактное лицо:
Список литературы:

1. Kahraman S. Evaluation of simple methods for assessing the uniaxial compressive strength of rock // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2001. Vol. 38. No 7. Pp. 981—994. DOI: 10.1016/S1365-1609(01)00039-9.

2. Karakul H., Ulusay R. Empirical correlations for predicting strength properties of rocks from P-wave velocity under different degrees of saturation // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2013. Vol. 46. No 5. Pp. 981—999.

3. Хаят М. Б., Али Д., Рехман Ю. А., Салим А., Мустафа Н. Разработка эмпирических зависимостей оценки предела прочности пород на одноосное сжатие с помощью неразрушающих методов контроля // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 6. — С. 25—34.

4. Johnston J. E., Christensen N. I. Seismic anisotropy of shales // Journal of Geophysical Research. 1995. Vol. 100. Pp. 5991—6003.

5. Kim H., Cho J. W., Song I., Min K. B. Anisotropy of elastic moduli, P-wave velocities, and thermal conductivities of Asan Gneiss, Boryeong Shale, and Yeoncheon Schist in Korea // Engineering Geology. 2012. Vol. 147—148. Pp. 68—77.

6. Gladwin M. T., Stagey F. D. Ultrasonic pulse velocity as a rock stress sensor // Tectonophysics. 1974. Vol. 21. No 1—2. Pp. 39—45.

7. Gladwin M. T. Ultrasonic stress monitoring in underground mining // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1982. Vol. 19. No 5. Pp. 221—228.

8. Tian J., Wang E. Ultrasonic method for measuring in-situ stress based on acoustoelasticity theory // Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 2006. Vol. 25. Pp. 3719—3724.

9. Punturo R., Kern H., Cirrincione R., Mazzoleni P., Pezzino A. Pand S-wave velocities and densities in silicate and calcite rocks from the Peloritani Mountains, Sicily (Italy): The effect of pressure, temperature and the direction of wave propagation // Tectonophysics. 2005. Vol. 409. No 1—4. Pp. 55—72.

10. Motra H. B., Zertani S. Influence of loading and heating processes on elastic and geomechanical properties of eclogites and granulites // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018. Vol. 10. No 1. Pp. 127—137.

11. Scheu B., Kern H., Spieler O., Dingwell D. B. Temperature dependence of elastic Pand S-wave velocities in porous Mt. Unzen dacite // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2006. Vol. 153. Pp. 136—147.

12. Christaras B., Auger F., Mosse E. Determination of the moduli of elasticity of rocks. Comparison of the ultrasonic velocity and mechanical resonance fre-quency methods with direct static methods // Materials and Structures. 1994. Vol. 27. No 4. Pp. 222—228.

13. Gurevich B., Makarynska D., Pervukhina M. Ultrasonic moduli for fluid-saturated rocks: Mavko-Jizba relations rederived and generalized // Geophysics. 2009. Vol. 74. No 4. Pp. N25–N30.

14. Yasar E., Erdogan Y. Correlating sound velocity with the density, compressive strength and young’s modulus of carbonate rocks // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2004. Vol. 41. Pp. 871—875.

15. Углов А. Л. Ерофеев В. И. Смирнов А. Н. Акустический контроль оборудования при изготовлении и эксплуатации. — М.: Наука, 2009. — 279 с.

16. Николенко П. В., Шкуратник В. Л. Установка для ультразвуковых измерений на образцах геоматериалов в условиях термобарических воздействий // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 5. — С. 89—96. DOI: 10.25018/0236-14932019-05-0-89-96.

17. Николенко П. В. Методические вопросы установления влияния термобарических воздействий на скорость распространения ультразвуковых колебаний в горных породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 9. — С. 160—167. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0-160-167.

18. Čermak V., Rybach L. Thermal properties: Thermal conductivity and specific heat of minerals and rocks. Berlin: Springer, 1982. 343 p.

19. Jaeger J. C., Cook N. G. W., Zimmerman R. W. Fundamentals of rock mechanics, 4th edn. London: Chapman & Hall, 2007. 475 p.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.