Оценка зависимости динамических модулей упругости от пористости образцов известняка методом импульсной диагностики

В работе проведены исследования минерального и элементного составов образцов известняка. Показано, что в образцах присутствуют в среднем 97,5 % кальцита, 2 % кварца, 0,5 % доломита, содержание остальных минералов менее 0,1 %. Для известняка данного состава найдены аналитические выражения, позволяющие связать измеренные плотность образца и скорость продольных волн со значениями плотности известняка и скорости продольных волн образца без пор того же минерального состава. По данной функциональной зависимости определены плотность и скорость продольных волн в известняке без пор; данные значения верифицированы на основе аналитического расчета с использованием уравнения Грина-Кристоффеля, выполненного для среды, состоящей из хаотически ориентированных кристаллов кальцита, кварца, доломита, которые относятся к тригональному классу симметрии. Для каждого образца найдена общая пористость, включающая закрытую и открытую. Выполнены прецизионные измерения скоростей продольных и сдвиговых волн с погрешностью менее 0,2 % на основе лазерноультразвуковой структуроскопии. По измеренным скоростям рассчитаны динамические модули упругости; установлено, что модули Юнга и сдвига квазилинейно зависят от пористости, а для коэффициента Пуассона не прослеживается четкой связи с пористостью. Показано, что комплекс методов, состоящий из минерального анализа образцов и лазерно-ультразвуковой диагностики, позволяет определять корреляционные связи динамических модулей упругости и общей пористости для гетерогенных сред.

Галунин А. А., Гапеев А. А., Поспичал В. Оценка зависимости динамических модулей упругости от пористости образцов известняка методом импульсной диагностики // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4-1. — С. 98—107. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_41_0_98.

Галунин Андрей Алексеевич¹ — аспирант, galunin.andrew@yandex.ru;
Гапеев Артем Андреевич¹ — инженер;
Вацлав Поспичал² — PhD;
¹ Национальный Исследовательский Технологический Университет «МИСиС» Горный институт, Москва, Россия;
² Чешский технический университет в Праге, Чешская Республика.

1. Marinoni N., Pavese Al., Bugini R., Silvestro G. Di. Black limestone used in Lombard architecture // Journal of Cultural Heritage, 2002. Vol. 3, Issue 4, pp. 241—249. DOI: 10.1016/S1296—2074(02)01233—5.

2. La Russa M. F., Belfiore C. M., Ficherа G. V., Maniscalco R., Calabro C., Ruffolo S. A., Pezzino A. The behaviour to weathering of the Hyblean limestone in the Baroque architecture of the Val di Noto (SE Sicily): An experimental study on the «calcare a lumachella» stone // Construction and Building Materials, 2015. Vol. 77, pp. 7—19. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2014.11.073.

3. Dreyfuss T. Artificially induced calcium oxalate on limestone in urban environments — New findings // Journal of Cultural Heritage, 2020. Vol. 42, pp. 56—63. DOI: 10.1016/j. culher.2019.06.011.

4. Gaylarde Chr. C, Gaylarde P. M., Beech Iw. B. Deterioration of limestone structures associated with copper staining // International Biodeterioration & Biodegradation, 2008. Vol. 62. Issue 2, pp. 179—185.

5. Вайсберг Л. А., Каменева Е. Е. Исследование изменения структуры пористости горных пород на разных этапах нагружения // Обогащение руд. — 2019. — № 3. — С. 37—42.

6. Якушина О. А., Ожогина Е. Г., Хозяинов М. С. Микротомография техногенного минерального сырья // Вестник Института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. — 2015. — № 11. — С. 38–43.

7. Вайсберг Л. А., Каменева Е. Е., Пименов Ю. Г., Соколов Д. В. Исследование структуры порового пространства гнейсо-гранита методом рентгеновской компьютерной микротомографии // Обогащение руд. — 2013. — № 3. — С. 37–40.

8. Martinez-Martinez J., Fusi N., Galiana-Merino J. J., Benavente D., Crosta G. B. Ultrasonic and X-ray computed tomography characterization of progressive fracture damage in low-porous carbonate rocks // Engineering Geology, 2016, Vol. 200, pp. 47—57.

9. Kravcov A., Svoboda P., Konvalinka A., Cherepetskaya E. B., Sas I. E., Morozov N. A., Zatloukal J. Evaluation of crack formation in concrete and basalt specimens under cyclic uniaxial load using acoustic emission and computed X-Ray Tomography // Key Engineering Materials, 2017, Vol. 722, pp. 247—253.

10. Chawre B. Correlations between ultrasonic pulse wave velocities and rock properties of quartz-mica schist // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2018, Vol. 10, Issue 3, pp. 594—602, DOI:10.1016/j.jrmge.2018f.01.006.

11. Gheibi A., Hedayat A. Ultrasonic imaging of microscale processes in quartz gouge during compression and shearing // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2020, Vol. 12, Issue 6, pp. 1137—1151, DOI:10.1016/j.jrmge.2020.03.011.

12. Scales J. A., Malcolm A. E. Laser characterization of ultrasonic wave propagation in random media // Physical Review E, 2003, Vol. 67, pp. 67—73, DOI: 10.1103/ PhysRevE.67.046618.

13. Карабутов А. А., Подымова Н. Б., Черепецкая Е. Б. Определение одноосных напряжений в стальных конструкциях лазерно-ультразвуковым методом // Прикладная механика и техническая физика. — 2017. — № 3. — С. 146—155. DOI: 10.15372/ PMTF20170315.

14. Shibaev I. A., Cherepetskaya E. B., Bychkov A. S., Zarubin V. P., Ivanov P. N. Evaluation of the internal structure of dolerite specimens using X-ray and laser ultrasonic tomography // International Journal of Civil Engineering and Technology, 2018. Vol. 9, Issue 9, pp. 84—92.

15. Shibaev I. A., Morozov D. V., Dudchenko O. L., Pavlov I. A. Estimation of local elastic moduli of carbon-containing materials by laser ultrasound // Key Engineering Materials, 2018. Vol. 769, pp. 96—10. DOI:10.4028/www.scientific.net/KEM.769.96.

16. Grigoriev K. S., Kuznetsov N. Yu., Cherepetskaya E. B., Makarov V. A. Second harmonic generation in isotropic chiral medium with nonlocality of nonlinear optical response by heterogeneously polarized pulsed beams // Optics Express, 2017, Vol 25, Issue 6, pp. 6253—6262. DOI: 10.1364/OE.25.006253.

17. Александров К. С, Продайвода Г. Т. Анизотропия упругих свойств минералов и горных пород. — СО РАН, 2000. — 349 с.