НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Геомеханика сильно сжатых пород и массивов
DOI.org/10.5281/zenodo.1196713
УДК 539.42
Е.Е. Дамаскинская, И.А. Пантелеев, Д.Р. Гафурова, Д.И. Фролов
ДАМАСКИНСКАЯ ЕКАТЕРИНА ЕВГЕНЬЕВНА – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник лаборатории физики прочности, e-mail: Kat.Dama@mail.ioffe.ru
ФРОЛОВ ДМИТРИЙ ИГОРЕВИЧ – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник лаборатории физики прочности, e-mail: dm.frolov@mail.ioffe.ru
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Политехническая ул., 26. Санкт-Петербург, 194021
ПАНТЕЛЕЕВ ИВАН АЛЕКСЕЕВИЧ – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник лаборатории физических основ прочности, e-mail: pia@icmm.ru
Институт механики сплошных сред УрО РАН
Академика Королева ул., д. 1, Пермь, 614013
ГАФУРОВА ДИНА РИНАТОВНА – аспирантка, кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых Геологического факультета, e-mail: gilyazetdinova_91@mail.ru
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Ул. Ленинские горы, д. 1, Москва, 119234
Идентификация критического состояния деформированных горных пород
Аннотация: Проведены прямые исследования накопления дефектов на разных этапах деформирования образцов гранита с помощью двух неразрушающих методов: акустической эмиссии (АЭ) и рентгеновской компьютерной микротомографии (КТ). Квазистатические испытания цилиндрических (d = 10 мм, h = 20 мм) образцов гранита Westerly проводились в условиях одноосного сжатия. Контроль за дефектообразованием осуществлялся с помощью метода акустической эмиссии. Образец гранита деформировали поэтапно. На каждом этапе сила, приложенная к образцу, плавно возрастала до определенной величины, затем образец выдерживался при данном уровне нагрузки. После каждого этапа образец разгружался и выполнялась томографическая съемка. Для каждого из 11 исследованных образцов было проведено 10 этапов нагружения и томографической съемки. Распределение числа сигналов АЭ по координате позволило выделить область образца с повы-шенной концентрацией сигналов АЭ. Распределение числа сигналов АЭ по энергии в этой области имеет степенной вид. Такой вид функции указывает на то, что в данной области образца система дефектов перешла в состояние самоорганизованной критичности. По данным компьютерной томографии установлено, что в этой же области образовались трещины. В других частях образца энергетическое распределение сигналов АЭ аппроксимируется экспоненциальной функцией. Таким образом, показано, что анализ функционального вида (степенной или экспоненциальный) энергетических распределений АЭ-сигналов позволяет выделить область образца, в которой образовались крупные трещины, что подтверждают данные рентгеновской томографии.
Ключевые слова: акустическая эмиссия, рентгеновская томография, энергетическое распределение, дефект, горные породы, прогнозирование.
Damaskinskaya E., Panteleev I., Gafurova D., Frolov D.
EKATERINA DAMASKINSKAYA, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Scientist, Laboratory of Strengths Physics, e-mail: Kat.Dama@mail.ioffe.ru
DMITRY FROLOV, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Scientist, Laboratory of Strengths Physics, e-mail: dm.frolov@mail.ioffe.ru
Ioffe Institute
26 Politekhnicheskaya, Saint-Petersburg, Russia, 194021
IVAN PANTELEEV, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Scientist, Physical Strength Laboratory, e-mail: pia@icmm.ru
Institute of Continuous Media Mechanics of the Ural Branch of Russian Academy of Science
1 Ak. Koroleva, Perm, Russia, 614013
DINA GAFUROVA, Postgraduate, e-mail: gilyazetdinova_91@mail.ru
Lomonosov Moscow State University
1 Leninskiye gory, Moscow, Russia, 119234
Identification of the critical state of deformed rocks
Abstract: The article deals with the laboratory investigations of the deformation of heterogeneous brittle materials (rocks) at different stages of loading performed by acoustic emission (AE) and X-ray microtomography. Quasistatic tests of cylindrical (d = 10 mm, h = 20 mm) samples of Westerly granite were carried out under the conditions of uniaxial compression. To monitor continuously the acoustic emission during deformation, an Amsy-5 Vallen-Systeme was used. The granite sample underwent deformation in several stages. At each stage, the sample was pressed and the force of the pressure gradually increased to a certain level, after which it was kept under the given pressure. After each stage, they released the sample from pressure and conducted tomographic surveys. Each of the eleven samples underwent ten stages of pressing and tomographic surveys. The distribution of the AE signals by coordinates enabled one to identify the area of the sample with the increased concentration of the AE signals. The distribution of the AE signals by energy in the area had a power appearance. It testifies to the fact that, in this area of the sample, the system of defects emerged in the state of self-organised criticality. It was ascertained by the computer tomography that there appeared cracks in the same area. In other parts of the sample, the energy distribution of the AE signals was approximated by the exponential function. Thus, it has been demonstrated and confirmed by the data of tomography that the analysis of the functional appearance (power or exponential one) of the energy distribution of the AE signals enables one to determine the area of the sample, in which large cracks appeared.
Key words: acoustic emission, X-ray tomography, energy distribution, defect, rock, forecast.
