Упругий гистерезис горных пород различных генотипов

Статья посвящена исследованию упругого гистерезиса образцов горных пород в лабораторных условиях. Оценка параметров, характеризующих упругий гистерезис, осуществляется в заданном диапазоне напряжений в образцах, вызванных механическим воздействием. В работе кратко обоснованы выбор и подготовка образцов горных пород и приведена методика механических испытаний, способствующая задать значения напряжений и зафиксировать деформации в результате многоэтапных нагрузки и разгрузки. Получены результаты испытаний по деформированию образцов горных пород в условиях упругого гистерезиса и обсуждены возникающие нелинейные эффекты упругого и упруго-пластического характера. Обоснован нелинейный характер деформирования образцов на основе физических моделируемых механизмов развития микроструктуры образцов. Обсуждены микромеханические подходы и результаты, позволяющие объяснить остаточные деформации на начальном этапе циклических нагрузок и стабилизацию структуры геоматериала на последующих этапах и оценить его нелинейные упругие свойства. В результате обработки данных экспериментов предложены математические модели для различных пород, позволяющие определить нелинейные параметры упругого гистерезиса: статические модули упругости и гистерезисный параметр. Представлена микромеханическая модель как обоснование, которое позволяет оценить степень нелинейности упруго-пластического деформирования.

Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние; одноосное сжатие; микротрещины; упругий гистерезис; горные породы; нелинейность; упругие свойства; образцы горных пород.
Как процитировать:

Высотин Н. Г. Упругий гистерезис горных пород различных генотипов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5—2. — С. 72—79. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_52_0_72.

Благодарности:
Номер: 5
Год: 2022
Номера страниц: 72-79
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.023.25 + 530.152.1
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_52_0_72
Дата поступления: 29.09.2021
Дата получения рецензии: 16.03.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.04.2022
Информация об авторах:

Высотин Николай Геннадьевич — старший преподаватель, http://orcid.org/ 0000-00023011-053X, НИТУ «МИСиС», 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 4, Россия, e-mail: n.vysotin@misis.ru.

Контактное лицо:

Высотин Николай Геннадьевич, e-mail: n.vysotin@misis.ru.

Список литературы:

1. Ostrovsky L. A., Johnson P. A. Dynamic nonlinear elasticity in geomaterials // La Rivista del Nuovo Cimento della Societa Italiana di Fisica. 2001, vol. 24, no. 7, pp. 1—46.

2. Nazarov V. E., Radostin A. V., Ostrovsky L. A., Soustova I. A. Wave processes in media with hysteretic nonlinearity. Part I // Acoustical Physics. 2003, no. 49 (4), pp. 344—353. DOI: 10.1134/1.1591300.

3. Aleshin V. V., Van Den Abeele K. Preisach description for solids with frictional cracks // International Journal of Non-Linear Mechanics. 2018, vol. 104, pp. 28—38. DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2017.12.010.

4. Yang D., Zhang D., Niu S., Feng W., Ge S. Experiment and Study on Mechanical Property of Sandstone Post-peak Under the Cyclic Loading and Unloading // Geotechnical and Geological Engineering. 2018, vol. 36, iss. 3, pp. 1609—1620. DOI: 10.1007/s10706— 017—0414—6.

5. Han D., Li K., Meng J. Evolution of nonlinear elasticity and crack damage of rock joint under cyclic tension // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2020, no. 128, pр. 1—9. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2020.104286.

6. Song H., Zhang H., Fu D., Zhang Q. Experimental analysis and characterization of damage evolution in rock under cyclic loading // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2016, no. 88, pp. 157—164. DOI:10.1016/j.ijrmms.2016.07.015.

7. Винников В. А., Захаров В. Н., Малинникова О. Н., Черепецкая Е. Б. Исследование структуры и упругих свойств геоматериалов с помощью контактной широкополосной ультразвуковой структуроскопии // Горный журнал. — 2017. — № 4. — С. 29—33. DOI: 10.17580/gzh.2017.04.05.

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

9. Wang Y., Zhao L., Han D.-h., Qin X., Ren J., Wei Q. Micro-mechanical analisys of the effects of stress cycles on the dynamic and static mechanical properties of sandstone // International Journal of Rock Mechanics and Mining Science. 2020, vol. 134, no. 104431. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2020.104431.

10. Высотин Н. Г. Нелинейные особенности упругого гистерезиса образцов горных пород при циклическом одноосном // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2021. — № 4—1. — С. 148—157. DOI: 10.2501 8/0236_1493_2021_41_0_148.

11. Стефанов Ю. П. Нелинейные эффекты поведения горных пород и интерпретация экспериментальных данных // Четвертая тектонофизическая конференция в ИФЗ РАН. Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле: Cб. науч. ст. — М., 2016. — С. 358—371.

12. Bogusz A., Bukowska M. Strees-strain characteristics as a source of information on the disraction of rocks under influence of load // Journal of Sustainable Mining. 2015, no. 14, pp. 46—54. DOI: 10.1016/j.jsm.2015.08.007.

13. Винников В. А., Высотин Н. Г. Методика проведения испытаний по определению статического модуля упругости горных пород с использованием результатов лазерноультразвуковой спектроскопии // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2018. — № S1. — С. 90—101. DOI: 10.25018/0236— 1493—2018—1-1—90—101.

14. DIN 14580—2005. Prüfverfahren für Naturstein — Bestimmung des statischen Elastizitätsmoduls. Berlin: Deutsches Institut für Normung e.V. 2005.

15. Сукнёв С. В., Фёдоров С. П. Методы определения упругих свойств горных пород // Наука и образование. — 2014. — № 1(73). — С. 18—24.

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.