Расширенный поиск
Изучение изменения внутреннего строения при квазипластическом деформировании горных пород в лабораторных условиях
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
2 Московский физико-технический институт национальный исследовательский университет
2 Московский физико-технический институт национальный исследовательский университет
Журнал: Сейсмические приборы
Том: 59
Номер: 3
Год: 2023
Страницы: 32–57
УДК: 539.32
DOI: 10.21455/si2023.3-3
Показать библиографическую ссылку
Дубиня
М.А Н.В. Изучение изменения внутреннего строения при квазипластическом деформировании горных пород в лабораторных условиях
// Сейсмические приборы. 2023. Т. 59. № 3. С. 32–57. DOI: 10.21455/si2023.3-3
@article{Дубиня
М.АИзучение2023,
author = "Дубиня
М.А, Н. В.",
title = "Изучение изменения внутреннего строения при квазипластическом деформировании горных пород в лабораторных условиях
",
journal = "Сейсмические приборы",
year = 2023,
volume = "59",
number = "3",
pages = "32–57",
doi = "10.21455/si2023.3-3",
language = "Russian"
}
Скопировать ссылку в формате ГОСТ
Скопировать ссылку BibTex
Ключевые слова: пластическая деформация, многоуровневое ультразвуковое сканирование, упругие волны, псевдотрехосное сжатие
Аннотация: Исследовались изменения динамических упругих свойств образцов горных пород, помещенных в обстановку псевдотрехосного сжатия и доведенных до состояния квазипластического деформирования. Основное внимание уделено вопросу изменения скоростей продольных и поперечных упругих волн вдоль различных направлений внутри образца и соотношению этого изменения с эволюцией напряженно-деформированного состояния. Продемонстрировано, что накопление в образце горной породы пластической деформации и ее локализация ведут к изменению скоростей распространения упругих волн, которое может быть обнаружено в ходе многоуровневого ультразвукового сканирования. Полученные результаты дают возможность построить математическую модель эффективных свойств горных пород с учетом естественной и наведенной анизотропии.
Список литературы: Баюк И.О., Белобородов Д.Е., Березина И.А., Гилязетдинова Д.Р., Корост Д.В., Краснова М.А., Тихоцкий С.А., Хомяк А.Н., Ялаев Т.Р. Анизотропия или неоднородность? Реше-ние проблемы в масштабе керна // Материалы V Балтийской школы-семинара “Петрофизическое моделирование осадочных пород”, Санкт-Петербург, 11–15 сентября 2016 г. М., 2016. С.17–20.
Веселовский Р.В., Дубиня Н.В., Пономарев А.В., Фокин И.В., Патонин А.В., Пасенко А.М., Фетисова А.М., Матвеев М.А., Афиногенова Н.А., Рудько Д.В., Чистякова А.В. Центр коллективного пользования Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН “Петро-физика, геомеханика и палеомагнетизм” // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13, № 2. Ст. 0579. 12 с. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2-0579
Гарагаш И.А., Николаевский В.Н. Неассоциированные законы течения и локализация пла-стической деформации // Успехи механики. 1989. Т. 12, № 1. С.131–183.
Дубиня Н.В., Белобородов Д.Е., Краснова М.А., Леонова А.М., Тихоцкий С.А. Предвари-тельные исследования возможности предсказания изменений внутренней структуры горных пород, вызванных псевдотрехосным сжатием, на основании зависимости де-формаций от напряжений // Процессы в геосредах. 2022. № 4 (34). С.1809–1820.
Петров В.А., Насимов Р.М. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород: Патент Российской Федерации RU 2515332 C1. Дата ре-гистрации: 18.09.2012 г.
Тихоцкий С.А., Фокин И.В., Баюк И.О., Белобородов Д.Е., Березина И.А., Гафурова Д.Р., Дубиня Н.В., Краснова М.А., Корост Д.В., Макарова А.А., Патонин А.В., Пономарев А.В., Хамидуллин Р.А., Цельмович В.А. Комплексные лабораторные исследования кер-на в ЦПГИ ИФЗ РАН // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96, № 2. С.17–32. https://doi.org/10.21455/std2017.2-2
Хон Ю.А., Зуев Л.Б. Пластическое течение как процесс формирования пространственно-временных структур. Часть II. Зарождение и развитие локализованных структур: двухуровневое макроскопическое описание // Физическая мезомеханика. 2021. Т. 24, № 6. С.15–24. https://doi.org/10.24412/1683-805X-2021-6-15-24
Ai T., Wu Sh., Zhang R., Gao M., Zhou J., Xie J., Ren L., Zhang Zh. Changes in the structure and mechanical properties of a typical coal induced by water immersion // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2021. V. 138. Art. 104597. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104597
ASTM D4767-11 Standard Test Method for Consolidated Undrained Triaxial Compression Test for Cohesive Soils. ASTM, 2020. 14 p. https://doi.org/10.1520/D4767-11R20
Bayuk I.O., Tikhotskiy S.A. Upscaling and downscaling of reservoir rock elastic properties: Rock Physics approach // SEG Technical Program Expanded Abstracts. 2018. P.3653–3657. https://doi.org/10.1190/segam2018-2985365.1
Bieniawski Z.T. Mechanism of brittle fracture of rock: Part I – Theory of the fracture process // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. & Geomech. Abstr. 1967. V. 4, Iss. 4. P.395–406. https://doi.org/10.1016/0148-9062(67)90030-7
Bubeck A., Walker R.J., Healy D., Dobbs M., Holwell D.A. Pore geometry as a control on rock strength // Earth Planet. Sci. Lett. 2017. V. 457. P.38–48. https://doi.org/10.1016/
j.epsl.2016.09.050
Carter N.L., Horseman S.T., Russell J.E., Handin J. Rheology of rocksalt // J. Struct. Geol. 1993. V. 15, Iss. 9–10. P.1257–1271. https://doi.org/10.1016/0191-8141(93)90168-A
Du K., Li X., Tao M., Wang Sh. Experimental study on acoustic emission (AE) characteristics and crack classification during rock fracture in several basic lab tests // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2020. V. 133. Art. 104411. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104411
Han P., Zhang C., Wang X., Wang L. Study of mechanical characteristics and damage mecha-nism of sandstone under long-term immersion // Eng. Geol. 2023. V. 315. Art. 107020. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2023.107020
Hwang C.L., Wang M.L., Miao S. Proposed healing and consolidation mechanisms of rock salt revealed by ESEM // Microsc. Res. Tech. 1993. V. 25, N 5–6. P.456–464. https://doi.org/10.1002/jemt.1070250517
Lajtai E.Z., Scott Duncan E.J., Carter B.J. The effect of strain rate on rock strength // Rock Mech. Rock Eng. 1991. V. 24, Iss. 2. P.99–109. https://doi.org/10.1007/BF01032501
Li W., Zhu Ch., Yang Ch., Duan K., Hu W. Experimental and DEM investigations of temperature effect on pure and interbedded rock salt // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2018. V. 56. P.29–41. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2018.05.020
Liu H., Gao K., Zhu X. Experimental study on dynamic fatigue properties of dolomite samples under triaxial multilevel cyclic loading // Bull. Eng. Geol. Environ. 2021. V. 80. P.551–565. https://doi.org/10.1007/s10064-020-01954-0
Mishurova T., Cabeza S., Bruno G., Sevostianov I. Average phase stress concentrations in mul-tiphase metal matrix composites under compressive loading // Int. J. Eng. Sci. 2016. V. 106. P.245–261. https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2016.06.004
Schenk O., Urai J.L., Piazolo S. Structure of grain boundaries in wet, synthetic polycrystalline, statically recrystallizing halite – Evidence from cryo-SEM observations // Geofluids. 2006. V. 6, Iss. 1. P.93–104. https://doi.org/10.1111/j.1468-8123.2006.00134.x
Stefanov Yu.P., Chertov M.A., Aidagulov G.R., Myasnikov A.V. Dynamics of inelastic defor-mation of porous rocks and formation of localized compaction zones studied by numerical modeling // J. Mech. Phys. Solids. 2011. V. 59, Iss. 11. P.2323–2340. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2011.08.002
Sun X., Li X., Zheng B., He J., Mao T. Study on the progressive fracturing in soil and rock mix-ture under uniaxial compression conditions by CT scanning // Eng. Geol. 2020. V. 279. Art. 105884. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105884
Tan M., Fan L., Mao K., Li J., Wu Ch. Influential factors analysis and porosity correction meth-od of nuclear magnetic resonance measurement in igneous rocks // J. Appl. Geophys. 2019. V. 161. P.153–166. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2018.12.023
Vermeer P.A., de Borst R. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock // Heron. 1984. V. 29, N 3. P.1–64.
Wang G., Li J., Liu Zh., Qin X., Yan S. Relationship between wave speed variation and micro-structure of coal under wet conditions // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2020. V. 126. Art. 104203. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2019.104203
Wang J., Zhang Q., Song Zh., Liu X., Wang X., Zhang Y. Microstructural variations and damage evolvement of salt rock under cyclic loading // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2022. V. 152. Art. 105078. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2022.105078
Yang X., Wang J., Zhu Ch., He M., Gao Y. Effect of wetting and drying cycles on microstructure of rock based on SEM // Environ. Earth Sci. 2019. V. 78. Art. 183. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8191-6
Zhao K., Ma H., Liang X., Li X., Liu Y., Cai R., Ye L., Yang Ch. Damage evaluation of rock salt under multilevel cyclic loading with constant stress intervals using AE monitoring and CT scanning // J. Petrol. Sci. Eng. 2022. V. 208, Part C. Art. 109517. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.109517
Веселовский Р.В., Дубиня Н.В., Пономарев А.В., Фокин И.В., Патонин А.В., Пасенко А.М., Фетисова А.М., Матвеев М.А., Афиногенова Н.А., Рудько Д.В., Чистякова А.В. Центр коллективного пользования Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН “Петро-физика, геомеханика и палеомагнетизм” // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13, № 2. Ст. 0579. 12 с. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2-0579
Гарагаш И.А., Николаевский В.Н. Неассоциированные законы течения и локализация пла-стической деформации // Успехи механики. 1989. Т. 12, № 1. С.131–183.
Дубиня Н.В., Белобородов Д.Е., Краснова М.А., Леонова А.М., Тихоцкий С.А. Предвари-тельные исследования возможности предсказания изменений внутренней структуры горных пород, вызванных псевдотрехосным сжатием, на основании зависимости де-формаций от напряжений // Процессы в геосредах. 2022. № 4 (34). С.1809–1820.
Петров В.А., Насимов Р.М. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород: Патент Российской Федерации RU 2515332 C1. Дата ре-гистрации: 18.09.2012 г.
Тихоцкий С.А., Фокин И.В., Баюк И.О., Белобородов Д.Е., Березина И.А., Гафурова Д.Р., Дубиня Н.В., Краснова М.А., Корост Д.В., Макарова А.А., Патонин А.В., Пономарев А.В., Хамидуллин Р.А., Цельмович В.А. Комплексные лабораторные исследования кер-на в ЦПГИ ИФЗ РАН // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96, № 2. С.17–32. https://doi.org/10.21455/std2017.2-2
Хон Ю.А., Зуев Л.Б. Пластическое течение как процесс формирования пространственно-временных структур. Часть II. Зарождение и развитие локализованных структур: двухуровневое макроскопическое описание // Физическая мезомеханика. 2021. Т. 24, № 6. С.15–24. https://doi.org/10.24412/1683-805X-2021-6-15-24
Ai T., Wu Sh., Zhang R., Gao M., Zhou J., Xie J., Ren L., Zhang Zh. Changes in the structure and mechanical properties of a typical coal induced by water immersion // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2021. V. 138. Art. 104597. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104597
ASTM D4767-11 Standard Test Method for Consolidated Undrained Triaxial Compression Test for Cohesive Soils. ASTM, 2020. 14 p. https://doi.org/10.1520/D4767-11R20
Bayuk I.O., Tikhotskiy S.A. Upscaling and downscaling of reservoir rock elastic properties: Rock Physics approach // SEG Technical Program Expanded Abstracts. 2018. P.3653–3657. https://doi.org/10.1190/segam2018-2985365.1
Bieniawski Z.T. Mechanism of brittle fracture of rock: Part I – Theory of the fracture process // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. & Geomech. Abstr. 1967. V. 4, Iss. 4. P.395–406. https://doi.org/10.1016/0148-9062(67)90030-7
Bubeck A., Walker R.J., Healy D., Dobbs M., Holwell D.A. Pore geometry as a control on rock strength // Earth Planet. Sci. Lett. 2017. V. 457. P.38–48. https://doi.org/10.1016/
j.epsl.2016.09.050
Carter N.L., Horseman S.T., Russell J.E., Handin J. Rheology of rocksalt // J. Struct. Geol. 1993. V. 15, Iss. 9–10. P.1257–1271. https://doi.org/10.1016/0191-8141(93)90168-A
Du K., Li X., Tao M., Wang Sh. Experimental study on acoustic emission (AE) characteristics and crack classification during rock fracture in several basic lab tests // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2020. V. 133. Art. 104411. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104411
Han P., Zhang C., Wang X., Wang L. Study of mechanical characteristics and damage mecha-nism of sandstone under long-term immersion // Eng. Geol. 2023. V. 315. Art. 107020. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2023.107020
Hwang C.L., Wang M.L., Miao S. Proposed healing and consolidation mechanisms of rock salt revealed by ESEM // Microsc. Res. Tech. 1993. V. 25, N 5–6. P.456–464. https://doi.org/10.1002/jemt.1070250517
Lajtai E.Z., Scott Duncan E.J., Carter B.J. The effect of strain rate on rock strength // Rock Mech. Rock Eng. 1991. V. 24, Iss. 2. P.99–109. https://doi.org/10.1007/BF01032501
Li W., Zhu Ch., Yang Ch., Duan K., Hu W. Experimental and DEM investigations of temperature effect on pure and interbedded rock salt // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2018. V. 56. P.29–41. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2018.05.020
Liu H., Gao K., Zhu X. Experimental study on dynamic fatigue properties of dolomite samples under triaxial multilevel cyclic loading // Bull. Eng. Geol. Environ. 2021. V. 80. P.551–565. https://doi.org/10.1007/s10064-020-01954-0
Mishurova T., Cabeza S., Bruno G., Sevostianov I. Average phase stress concentrations in mul-tiphase metal matrix composites under compressive loading // Int. J. Eng. Sci. 2016. V. 106. P.245–261. https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2016.06.004
Schenk O., Urai J.L., Piazolo S. Structure of grain boundaries in wet, synthetic polycrystalline, statically recrystallizing halite – Evidence from cryo-SEM observations // Geofluids. 2006. V. 6, Iss. 1. P.93–104. https://doi.org/10.1111/j.1468-8123.2006.00134.x
Stefanov Yu.P., Chertov M.A., Aidagulov G.R., Myasnikov A.V. Dynamics of inelastic defor-mation of porous rocks and formation of localized compaction zones studied by numerical modeling // J. Mech. Phys. Solids. 2011. V. 59, Iss. 11. P.2323–2340. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2011.08.002
Sun X., Li X., Zheng B., He J., Mao T. Study on the progressive fracturing in soil and rock mix-ture under uniaxial compression conditions by CT scanning // Eng. Geol. 2020. V. 279. Art. 105884. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105884
Tan M., Fan L., Mao K., Li J., Wu Ch. Influential factors analysis and porosity correction meth-od of nuclear magnetic resonance measurement in igneous rocks // J. Appl. Geophys. 2019. V. 161. P.153–166. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2018.12.023
Vermeer P.A., de Borst R. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock // Heron. 1984. V. 29, N 3. P.1–64.
Wang G., Li J., Liu Zh., Qin X., Yan S. Relationship between wave speed variation and micro-structure of coal under wet conditions // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2020. V. 126. Art. 104203. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2019.104203
Wang J., Zhang Q., Song Zh., Liu X., Wang X., Zhang Y. Microstructural variations and damage evolvement of salt rock under cyclic loading // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2022. V. 152. Art. 105078. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2022.105078
Yang X., Wang J., Zhu Ch., He M., Gao Y. Effect of wetting and drying cycles on microstructure of rock based on SEM // Environ. Earth Sci. 2019. V. 78. Art. 183. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8191-6
Zhao K., Ma H., Liang X., Li X., Liu Y., Cai R., Ye L., Yang Ch. Damage evaluation of rock salt under multilevel cyclic loading with constant stress intervals using AE monitoring and CT scanning // J. Petrol. Sci. Eng. 2022. V. 208, Part C. Art. 109517. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.109517
