ОБ ОСОБЕННОСТЯХ РОСТА ТРЕЩИН В ВЯЗКО-УПРУГОЙ СРЕДЕ С РАЗВИТОЙ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ

Изучение физических механизмов разрушения горных пород позволяет получать информацию, необходимую при разработке новых технологий добычи и переработки полезных ископаемых. Также такие знания дают возможность оценить влияние внешних факторов, например воды, на прочностные характеристики горных выработок и сооружений, в том числе и подземных, в реальных условиях. В работе изучается деформационное поведение и особенности разрушения малогабаритных образцов, вырезанных из модельных вязко-упругих материалов – горных пород (углистого кварцита, серпентинита и искусственного песчаника) при диаметральном сжатии – непрямом растяжении. Лабораторные исследования и последующее моделирование структуры и свойств горных пород, выполненные на малогабаритных образцах, дают возможность решить поставленную задачу, не привлекая дорогостоящее испытательное оборудование и не нарушая целостности образцов. В ходе исследования были изготовлены малогабаритные образцы в форме цилиндров из модельных вязко-упругих материалов. Оценены механические свойства образцов углистого кварцита, серпентинита и искусственного песчаника в исходном состоянии и после суточной выдержки в воде. Показано влияние воды на изменение типа деформационного поведения образцов. Выполнено картирование боковых поверхностей образцов, и составлены топограммы рабочих поверхностей до и после испытаний. На их базе проведен металлографический анализ геометрических характеристик трещин на макро- и микроскопическом уровне. Выдвинуто предположение, что изменение типа деформационного поведения горных пород, а также снижение прочностных свойств исследуемых образцов горных пород под влиянием воды объясняется механизмами эффекта Ребиндера. 

1. Евсеев В.Д. Природа эффекта Ребиндера при разрушении горных пород // Нефтяное хозяйство. 2011. № 11. С. 38–40.

2. Евсеев В.Д. О возможности использования эффекта Ребиндера при бурении скважин // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2010. Т. 317. № 1. С. 165–169.

3. Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенные процессы в земной коре (опасности и катастрофы). М.: ИНЭК, 2005. 252 с.

4. Протосеня А.Г. Предельное состояние насыщенных горных пород и прогноз устойчивости добывающих скважин // Нефтяное хозяйство. 2015. № 2. С. 23–27.

5. Долгий И.Е., Николаев Н.И. Сопротивление горных пород разрушению при бурении скважин // Записки горного института. 2016. Т. 221. С. 655–660.

6. Куксенко В.С., Дамаскинская Е.Е., Кадомцев А.Г. Характер разрушения гранита при различных условиях деформирования // Физика Земли. 2011. № 10. С. 25–31.

7. Гоголин В.А. Деформационные и прочностные характеристики хрупких горных пород при сжатии // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2016. № 3. С. 3–8.

8. Ставрогин А.Н., Тарасов Б.Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб.: Наука, 2001. 343 с.

9. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика (Физика горных пород). М.: Нефть и газ, 2004. 368 с.

10. Anders M.H., Laubach S.E., Scholz C.H. Microfractures: A review // Journal of Structural Geology. 2014. Vol. 69. Part B. P. 377–394.

11. Briševac Z., Kujundžić T. Models to estimate Brazilian indirect tensile strength of limestone in saturated state // Rudarsko-geološko-naftni zbornik. 2016. P. 59–67. DOI: 10.17794/rgn.2016.2.5.

12. Ron H. Vernon: A practical guide to Rock Microstructure. Cambridge: Cambridge University Press, 2004. 579 p.

13. Макклинток Ф., Аргон А.С. Деформация и разрушение материалов. М.: ЁЁ Медиа, 2012. 501 с.

14. Argon A.S. Strengthening mechanisms in crystal plasticity. Oxford: Oxford University press, 2008. 425 p.

15. Briševac Z., Kujundžić T., Čajić S. Current Cognition of Rock Tensile Strength Testing By Brazilian Test // The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin. 2015. P. 101–111. DOI: 10.17794/rgn.2015.2.2.

16. Silberschmidt V.G., Silberschmidt V.V. Analysis of Cracking in Rock Salt // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2000. Vol. 33. № 1. P. 53–70.

17. Briševac Z., Kujundžić T. Models to estimate the Brazilian indirect tensile strength of limestone in saturated state // The Mining-Geology Petroleum Engineering Bulletin. 2016. P. 59–67.

18. Зайцев Д.В., Кочанов А.Н., Пантелеев И.А., Панфилов П.Е. О влиянии масштабного фактора при испытаниях на прочность образцов горных пород // Известия РАН. Серия физическая. 2017. Т. 81. № 3. С. 366–369.

19. Зайцев Д.В., Кочанов А.Н., Токтогулов Ш.Ж., Пантелеев И.А., Панфилов П.Е. Влияние масштабного эффекта и неоднородности горных пород при определении их прочностных свойств // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 11. С. 208–215.

20. Сухонос С.И. Масштабный эффект – неразгаданная угроза. М.: Новый Центр, 2001. 68 с.