Комплексное исследование акустоэмиссионных и термомеханических эффектов в образцах каменной соли при их циклическом деформировании

В статье представлены результаты испытаний образцов каменной соли в условиях одноосного сжатия в режиме последовательных циклов нагрузки – разгрузки с увеличивающимися от цикла к циклу значениями максимального достигнутого напряжения. В описываемых экспериментах, кроме стандартных измерений изменений механических величин, характеризующих наблюдаемые процессы деформирования, проведена синхронная регистрация параметров вариаций инфракрасного (ИК) излучения и акустической эмиссии (АЭ), сопутствующих указанным процессам. Цель экспериментов — исследования закономерностей изменения параметров АЭи ИКизлучения на различных стадиях процесса деформирования с учетом выбранных режимов испытаний. Осуществлен совместный анализ экспериментальных зависимостей механических и физических параметров от времени, а также физических параметров
— от механических. Установлена принципиальная возможность исследований с использованием ИК-измерений эффекта влияния истории нагружения на деформационные и прочностные характеристики образцов геоматериалов (эффекта «памяти»). Выявленные особенности поведения интенсивности теплового излучения геоматериалов при их циклическом нагружении позволяют высказать предположение о возможности практического применения фиксируемых эффектов в системах геоконтроля в комплексе с апробированными методиками получения количественных оценок напряжений в породных массивах, основанными на использовании акустоэмиссионного и деформационного «эффектов памяти».

Блохин Д. И., Харченко А. В. Комплексное исследование акустоэмиссионных и термомеханических эффектов в образцах каменной соли при их циклическом деформировании // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4-1. — С. 129—137. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_41_0_129.

Блохин Дмитрий Иванович^1,2 — канд. техн. наук, dblokhin@yandex.ru;
Харченко Анна Викторовна² — канд. техн. наук, av-kharchenko@yandex.ru;
¹ Национальный Исследовательский Технологический Университет «МИСиС», Москва, Россия;
² Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАН, Москва, Россия.

1. Богданов Ю. М., Журавлева Т. Ю., Сильверстов Л. К., Тавостин М. Н. Результаты исследования геомеханических процессов при закачке и отборе газа на ПХГ в каменной соли // Газовая промышленность. — 2010. — № 6. — С. 72—75.

2. Богданов Ю. М., Журавлева Т. Ю., Тавостин М. Н., Калиниченко И. В. Оценка конвергенции и срока службы подземных выработок – емкостей в каменной соли в системе ПХГ // Газовая промышленность. — 2011. — № 7. — С. 55—58.

3. Жигалкин В. М., Усольцева О. М., Семенов В. Н., Цой П. А., Асанов В. А., Барях А. А., Паньков И. Л., Токсаров В. Н. Деформирование квазипластичных соляных пород при различных условиях нагружения. Сообщение 1: Закономерности деформирования соляных пород при одноосном сжатии // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2005. — № 6. — C. 14—25. https://doi.org/10.1007/s10913006-0013-z.

4. Li W., Han Y., Wang T., Ma J. DEM micromechanical modeling and laboratory experiment on creep behavior of salt rock // Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2017, Vol. 46, pp. 38—46. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2017.07.013.

5. Chen J., Du C., Jiang D., Fan J., He Y. The mechanical properties of rock salt under cyclic loading-unloading experiments // Geomechanics and Engineering, 2016, Vol. 10, №. 3, pp. 325—334. DOI: 10.12989/gae.2016.10.3.325.

6. Liu J., Wang C., Pei J., Wang L., Xu H., Deng C. A New Testing Method for the Characterization of the Tension-Compression Cyclic Behavior of Rock Salt // Geotechnical Testing Journal, 2020, Vol. 43, №. 4, pp. 844—852. DOI: 10.1520/GTJ20180349.

7. He M. M., Ren J., Su P., Li N., Chen Y. H. Experimental Investigation on Fatigue Deformation of Salt Rock // Soil Mechanics and Foundation Engineering, 2020, Vol. 56, №. 6, pp. 402—409. https://doi.org/10.1007/s11204—020—09622-x.

8. Захаров В. Н., Кубрин С. С., Фейт Г. Н., Блохин Д. И. Определение напряженнодеформированного состояния горных пород при разработке угольных пластов, опасных по гео — и газодинамическим явлениям // Уголь. — 2012. — № 10. — С. 34—36.

9. Шейнин В. И., Блохин Д. И. Исследования особенностей проявления термомеханических эффектов при одноосном сжатии образцов каменной соли // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2012. — № 1. — С. 46—54. https://doi.org/10.1134/S1062739148010054.

10. Беспалько А. А., Штирц В. А., Яворович Л. В., Чулков А. О., Федотов П. И. Инфракрасное свечение скважин и его физическое моделирование на образцах горных пород при одноосном силовом нагружении // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2017. — №. 3. — С. 16—20.

11. Lou Q., He X. Experimental study on infrared radiation temperature field of concrete uniaxial compression // Infrared Physics & Technology, 2018, Vol. 90, pp. 20—30. https:// doi.org/10.1016/j.infrared.2018.01.033

12. Шейнин В. И., Блохин Д. И., Новиков Е. А., Мудрецова Л. В. Исследование стадий деформирования известняка на основе акустоэмиссионных и термомеханических эффектов // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 2019. — № 6. — С. 11—14. https://doi.org/10.1007/s11204—020—09621-y

13. Cao K., Ma L., Zhang D., Lai X., Zhang Z., Khan N. M. An experimental study of infrared radiation characteristics of sandstone in dilatancy process // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2020, Vol. 136, Article 104503. https://doi. org/10.1016/j.ijrmms.2020.104503

14. Лавров А. В., Шкуратник В. Л., Филимонов Ю. Л. Акустоэмиссионный эффект памяти в горных породах. — М.: Издательство МГГУ, 2004. — 450 с.

15. Lavrov A. Fracture-induced phenomena and memory effects in roks: a review, Strain, 2005, Vol. 41, № 4, pp. 135—149. https://doi.org/10.1111/j.1475—1305.2005.00233.x

16. Meng Q., Chen Y., Zhang M., Han L., Pu H., Liu J. On the Kaiser effect of rock under cyclic loading and unloading conditions: insights from acoustic emission monitoring // Energies, 2019,Vol. 12, № 17, Article 3255. doi:10.3390/en12173255

17. Пантелеев И. А., Мубассарова В. А., Зайцев А. В., Шевцов Н. И., Коваленко Ю. Ф., Карев В. И. Эффект Кайзера при трехосном сжатии песчаника с последовательным вращением эллипсоида заданных напряжений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 3. — С. 47—55. https://doi.org/10.1134/ S1062739120036653

18. Бельтюков Н. Л. Особенности использования эффекта Кайзера для оценки напряженного состояния массива горных пород // Горное эхо. — 2019. — № 3. — С. 24—31. https://doi.org/10.7242/echo.2019.3.7

19. Filimonov Y., Lavrov A., Shkuratnik V. Acoustic emission in rock salt: effect of loading rate // Strain, 2002, Vol. 38, pp. 157—159. DOI: 10.1046/j.1475—1305.2002.00022.x