Оценка физико-механических свойств и моделирование кинетики трещинообразования разрушаемых горных пород

• Автор: Волков, Михаил Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

1.1 Модели разрушения горных пород.

1.2 Метод регистрации импульсного электромагнитного излучения .

1.3 Исследование и оценка свойств разрушаемых горных пород на разных этапах деформирования.

1.4 Современные технологии разработки программных комплексов .

1.5 Выводы, цель и задачи исследования.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И МОДЕЛИРОВАНИЯ КИНЕТИКИ ТРЕЩИЮОБРАЗОВАНИЯ РАЗРУШАЕМЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

2.1 Объекты исследования и их основные характеристики

2.2 Лабораторное оборудование и методика проведения экспериментов но разрушению образцов горных пород
2.3 Диаграммы деформирования и оценка физикомеханических свойств горных пород.
2.4 Кинетическая модель трещинообразования разрушаемых горных пород на разных этапах деформирования
2.5 Выводы.
3 АНАЛИЗ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 0 РАЗРУШЕНИЮ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД
3.1 Хранилище структурированных данных.
3.2 ХМГхранилище результатов лабораторных экспериментов по разрушению образцов горных пород.
3.3 Структурирование экспериментальных данных для импорта в ХМЬхранилище
3.4 Выводы.
4 ОЦЕНКА ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗРУШАЕМЫХ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД.
4.1 Архитектура программного комплекса
4.2 Графическая оболочка комплекса программ.
4.3 Программная реализация комплекса
4.4 Оценки физикомеханических свойств нагружаемых образцов
горных пород .
4.5 Выводы
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТРЕЩИНООБРАЗОВАИИЯ НАГРУЖАЕМЫХ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД.
5.1 Оценка и анализ интенсивности трещинообразования на разных этапах деформирования образцов.
5.2 Оценка и анализ параметров кинетической модели разрушения на разных этапах деформирования образцов
5.3 Моделирование кинетики трещинообразования на разных этапах деформирования
5.4 Проверка адекватности результатов моделирования кинетики трещинообразования экспериментальным данным.
5.5 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Л., Христиано-вич С. А., Шемякин Е. И. и многие другие отечественные и зарубежные исследователи [1-]. Как известно, процесс разрушения является сложным и многостадийным, где количество выделяемых стадий зависит от того, какие временные и масштабные этапы этого процесса рассматриваются как индивидуальные стадии. При наиболее общих подходах можно ограничиться выделением двух-трех основных стадий - зарождением начальных микротрещин, их переходом к формированию очага разрушения и последующим макроразрывом [9, ]. Первая из стадий - зарождение микротрещин. Микротрещины образуются со скоростями, близкими к звуковым; их размеры коррелируют с размерами структурных элементов, а энергия активации зарождения микротрещин близка к энергии межатомных связей. В силу структурной неоднородности горных пород приложенная механическая нагрузка распределяется в нагруженном материале неравномерно, в результате чего выделяются некоторые микрообласти с высокими скоростями развития процесса разрушения [9]. К настоящему времени многими исследователями используются два подхода, реализованные в двухстадийной и трехстадийной моделях разрушения. Первая из них - кинетическая концепция прочности твердых тел успешно развивается в ФТИ им. А.Ф. Иоффе [6, ], вторая - в ОИФЗ РАН им. О.Ю. Шмидта [ ]. Основной вывод, содержащийся в работах , 9, ] заключается в том, что разрушение твердого тела при его механическом нагружении происходит не только при достижении предела прочности, но и при меньших нагрузках, однако для этого необходимы более длительные воздействия на образец. Это время затрачивается на развитие термоактивационного процесса накопления повреждений, причем нарушение сплошности наступает при достижении критических концентраций трещин в образце. Тогда процесс разрушения на основании термофлуктуациопной теории можно рассматривать как кинетический процесс накопления трещин в определенном объеме за определенный промежуток времени. Т. Предэкспонеициальный множитель ц совпадает по величине с периодом тепловых колебаний атомов в твёрдом теле; 0 - энергия активации процесса элементарных разрывов, близкая но величине к энергии межатомных связей; у- параметр, характеризующий реальные механические свойства данного материала и называемый структурно-чувствительным коэффициентом; к - постоянная Больцмана. Согласно Журкову С. Н. и Куксенко B. C. [8-9], при достижении концентрационного критерия плавный процесс накопления трещин сменяется ускоренным лавинообразным процессом их слияния и укрупнения, что приводит к макроскопическому разрушению твердого тела. В последнее время значительные успехи достигнуты в понимании кинетического характера процесса подготовки разрушения массивов горных пород как самоорганизующихся иерархических блочных систем, во многом благодаря исследованиям Вылегжанина В. Н., Панина В. Е., Пригожииа И. Р., Ревуженко А. Ф., Регеля В. Р., Ризниченко Ю. В., Рогова Е. И., Садовского М. А., Хакеиа Г. Шемякина Е. И., Пимонова А. Г, Иванова В. В. и других учёных. В работе [] Лимоновым А. Г. была разработана и реализована в виде комплекса программ математическая кинетико-статистичесая двухстадийная модель разрушения горных пород, учитывающая кинетический характер и вероятностную природу процесса разрушения и позволяющая имитировать его с помощью ЭВМ при изменениях интенсивности действующих напряжений. В ОИФЗ РАН также разработано несколько моделей разрушения. Это модели лавинно-неустойчивого трешинообразования (ЛИТ), дила-таитпо-диффузионная (ДД), консолидации, неустойчивости скольжения и фазовых превращений [, ]. Первая из перечисленных моделей наиболее используема для прогноза землетрясений. Достоинством этой модели является то, что она основана на физических аспектах возникновения и роста трещин и применима к разномасштабным разрушаемым объектам - от породных образцов до массивов горных пород. Физические основы этой модели не противоречат основополагающим закономерностям, вытекающим из кинетической концепции прочности и концентрационного критерия разрушения [].