Том 19 (2016)


Режимы с обострением при разрушении образцов горных пород и элементов земной коры

И.Ю. Смолин1,2, П.В. Макаров1,2, А.С. Кульков1,2, М.О. Еремин1,2, Р.А. Бакеев1,2

1Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, 634055, Россия
2Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, 634050, Россия

УДК 539.3, 539.4

Хорошо известно, что заключительная стадия макроскопического разрушения развивается как катастрофа в сверхбыстром режиме с обострением. Однако особенности этой стадии достаточно хорошо изучены только на больших масштабах в случаях землетрясений. Для прогноза разрушений особый интерес представляет как сама стадия сверхбыстрого катастрофического разрушения, так и механическое поведение среды в состоянии самоорганизованной критичности перед выходом разрушения на режим с обострением с целью выявления предвестников перехода процесса разрушения в катастрофическую стадию. В работе экспериментально и численно изучены механическое поведение среды перед катастрофической стадией и выход на режим с обострением. Образцы горных пород (мрамор и искусственный мрамор) испытывались на трехточечный изгиб и одноосное сжатие. Скорости смещения боковой поверхности нагруженных образцов записывались с помощью лазерного доплеровского виброметра. Частота записи при измерениях составляла 48 кГц, точность определения амплитуды скоростей 0.1 мкм/с. Измеренная продолжительность стадии режима с обострением составила 10-20 мс. Численно смоделировано механическое поведение образцов в условиях экспериментов, включая катастрофическую стадию разрушения. Из сравнения с экспериментальными данными определены параметры модели накопления повреждений. Выявлен ряд особенностей механического отклика перед катастрофическим разрушением, которые можно трактовать как предвестники разрушения.

 

It is well known that the final stage of macroscopic fracture develops as a catastrophe in a superfast blow-up mode. However, the specific features of this stage are well studied only on large scales of earthquakes. Of particular interest for fracture prediction are both the stage of superfast catastrophic fracture and the mechanical behavior of the medium in the state of self-organized criticality prior to transition of fracture to the blow-up mode in order to reveal precursors of fracture transition to the catastrophic stage. This paper studies experimentally and theoretically the mechanical behavior of the medium prior to the catastrophic stage and transition to the blow-up mode. Rock samples (marble and artificial marble) were tested in a three-point bending and uniaxial compression tests. The lateral surface velocities of loaded samples were recorded using a laser Doppler vibrometer. The recording frequency in measurements was 48 kHz, and the determination accuracy of the velocity amplitude was 0.1 µm/s. The estimated duration of the blow-up fracture stage is 10-20 ms. The mechanical behavior of samples in the experimental conditions, including the catastrophic fracture stage, is simulated numerically. The damage accumulation model parameters are determined from a comparison with the experimental data. Certain features of the mechanical response prior to catastrophic fracture are revealed which can be interpreted as fracture precursors. 

 


стр. 77 – 85

Образец цитирования:
И.Ю. Смолин, П.В. Макаров, А.С. Кульков, М.О. Еремин, Р.А. Бакеев  Режимы с обострением при разрушении образцов горных пород и элементов земной коры // Физ. мезомех. - 2016. - Т. 19. - № 6. - С. 77-85


вернуться