Определение динамических и статических модулей упругости образцов гранитов

Изучены упругие свойства образцов горных пород статическим и динамическим методами, проведен сравнительный анализ статических и динамических модулей упругости. Исследования проводились на двух выборках образцов гранитов разной трещиноватости Воронежского месторождения, полученных при отборе проб до 400 м. Выборки были подготовлены на основании исходно-геологических показателей: общего выхода керна, показателя извлечения цельного керна, показателя качества породы. Каждая выборка состояла из десяти образцов горной породы. Для определения статического модуля упругости использовались синхронизированные по времени измерения напряжения с помощью пресса ТП-1—1500 и деформации с использованием тензометрического и программного комплексов. Динамический модуль упругости образцов определялся по измеренным скоростям упругих волн в них и по известной плотности образцов. Для каждой выборки был проведен корреляционно-регрессионный анализ в целях установления характера взаимосвязи между статическим и динамическим модулем упругости образцов. Для выборки трещиноватых образцов гранита было установлено, что теснота корреляционной связи модулей упругости средняя, а для менее трещиноватых — сильная. Также было установлено, что зависимость модулей общей серии образцов имеет линейный характер, и в среднем динамический модуль упругости выше статического в 2,11 раза, что не существенно отличается для двух разных выборок.

Шибаев И. А., Белов О. Д., Сас И. Е. Определение динамических и статических модулей упругости образцов гранитов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4-1. — С. 5—15. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_41_0_5.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-35-90063.

Шибаев Иван Александрович¹ — аспирант, mrdfyz@mail.ru;
Белов Олег Дмитриевич¹ — инженер;
Сас Иван Евгеньевич¹ — инженер;
¹ Национальный Исследовательский Технологический Университет «МИСиС» Горный институт, Москва, Россия.

1. ГОСТ 21153.2—84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии (с Изменениями N 1, 2,) [Электронный ресурс]: Межгосударственный стандарт породы горные от 19.06.84 (С изм. и доп. Постановлением Государственного комитета СССР по Управлению качеством продукции и стандартам от 01.07.1986). Доступ из справочной системы Профессиональные Справочные Системы «Техэксперт».

2. ГОСТ 28985—91. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии [Электронный ресурс]: Межгосударственный стандарт породы горные от 24.04.91 (С изм. и доп. Постановлением Государственного комитета СССР по Управлению качеством продукции и стандартам от 01.07.1992). Доступ из справочной системы Профессиональные Справочные Системы «Техэксперт».

3. ГОСТ 30629—2011. Межгосударственный стандарт. Материалы и изделия облицовочные из горных пород. Методы испытаний [Электронный ресурс]: Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и оценке соответствия в строительстве от 8.12.2011. Доступ из справочной системы Профессиональные Справочные Системы «Техэксперт».

4. Карабутов А. А., Подымова Н. Б., Черепецкая Е. Б. Измерение зависимости локального модуля Юнга от пористости изотропных композитных материалов импульсным акустическим методом с использованием лазерного источника ультразвука // Прикладная механика и техническая физика. — 2013. — № 3 (54). — С.181—190.

5. Karabutov A. A., Podymova N. B., Cherepetskaya E. B. Determination of uniaxial stresses in steel structures by the laser-ultrasonic method // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2017, Vol. 58, pp. 503—510.

6. Bychkov A. S., Cherepetskaya E. B., Karabutov A. A., Makarov V. A. Improvement of Image Spatial Resolution in Optoacoustic Tomography with the Use of a Confocal Array // Acoustical Physics, 2018, Vol. 64, pp. 77—82.

7. Fjaer E. Static and dynamic moduli of weak sandstones // The 37th U. S. Symposium on Rock Mechanics (USRMS), 1999.

8. СП 11—105—97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ [Электронный ресурс]: Департаментом развития научно-технической политики и проектно-изыскательских работ Госстроя России от 01.03.1998. Доступ из справочной системы Профессиональные Справочные Системы «Техэксперт».

9. Martınez-Martınez J., Benavente D., Garcıa-del-Cura M. A. Comparison of the static and dynamic elastic modulus in carbonate rocks // Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2012, Vol. 71, pp. 263—268.

10. Фролова Ю. В., Патрушева Н. А. Сравнительный анализ статического и динамического модулей упругости гранитов и гнейсов Алданского щита // Сергеевские чтения. Инженерная геология и геоэкология. Фундаментальные проблемы и прикладные задачи. — 2016. — C. 100—105.

11. Шибаев И. А., Сас И. Е., Черепецкая Е. Б., Багрянцев Д. М. Обоснование Возможных Упрощений При Оценке Взаимодействия «Грунт-Основание» // Горный Информационно-Аналитический Бюллетень. — 2018. — № 9. — С. 152—157.

12. Wang Y., Han D.-H., Zhao L., Mitra A., Aldin S. An experimental investigation of the anisotropic dynamic and static properties of eagle Ford shales // SPE/AAPG/SEG Unconventional Resources Technology Conference 2019, 2019.

13. Kravcov A. N., Svoboda P., Pospichal V., Morozov D. V., Ivanov P. N. Limit depth of rock mine shafts for underground shelters // Key Engineering Material, 2017, Vol. 755, pp. 198—201.

14. Chen Y., Zuo J., Guo B., Guo W. Effect of cyclic loading on mechanical and ultrasonic properties of granite from Maluanshan Tunnel // Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2020, Vol. 79 (1), pp. 299—311.

15. Tang J., Fang B., Lan Y. Analysis of rock nonlinear deformation behavior with loading and unloading hysteresis effect // Shiyou Diqiu Wuli Kantan/Oil Geophysical Prospecting, 2014, Vol. 49 (6), pp. 1131—1137.

16. Маршалл Н., Мор Ф., Руководство по геомеханическому документированию керна. — SRK Consulting Engineers and Scientists, 2009. — 46 c.

17. Bychkov A. S., Zarubin V. P., Karabutov A. A., Simonova V. A., Cherepetskaya E. B. On the use of an optoacoustic and laser ultrasonic imaging system for assessing peripheral intravenous access // Photoacoustics, 2017, Vol. 5, pp. 10—16.

18. Bychkov A., Simonova V., Zarubin V., Cherepetskaya E., Karabutov A. The progress in photoacoustic and laser ultrasonic tomographic imaging for biomedicine and industry: A review // Applied Sciences (Switzerland), 2018, Vol. 8, Issue 10, No. 1931.

19. Шибаев И. А., Винников В. А., Степанов Г. Д. Определение упругих свойств осадочных горных пород на примере образцов известняка с помощью лазерной ультразвуковой диагностики // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. —

№ 7. — С. 125–134. DOI: 10.25018/0236—1493—2020—7-0—125—134.

20. Zarubin V., Bychkov A., Simonova V., Zhigarkov V., Karabutov A., Cherepetskaya E. A refraction-corrected tomographic algorithm for immersion laser-ultrasonic imaging of solids with piecewise linear surface profile // Applied Physics Letters, 2018, Vol. 112, № 214102,. DOI: 10.1063/1.5030586.

21. 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