Расширенный поиск
О связи локализации пластической деформации в горных породах с изменениями динамических упругих свойств: численное моделирование
1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
3 Московский физико-технический институт национальный исследовательский университет
2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
3 Московский физико-технический институт национальный исследовательский университет
Журнал: Сейсмические приборы
Том: 60
Номер: 4
Год: 2024
Страницы: 62-80
УДК: 539.372
DOI: 10.21455/si2024.4-4
Показать библиографическую ссылку
Антонов А.М., Вершинин
А.В., Дубиня
Н.В., Краснова
М.А. О связи локализации пластической деформации в горных породах с изменениями динамических упругих свойств: численное моделирование
// Сейсмические приборы. 2024. Т. 60. № 4. С. 62-80. DOI: 10.21455/si2024.4-4
@article{Антонов О2024,
author = "Антонов , А. М. and Вершинин ,
А. В. and Дубиня ,
Н. В. and Краснова ,
М. А.",
title = "О связи локализации пластической деформации в горных породах с изменениями динамических упругих свойств: численное моделирование
",
journal = "Сейсмические приборы",
year = 2024,
volume = "60",
number = "4",
pages = "62-80",
doi = "10.21455/si2024.4-4",
language = "Russian"
}
Скопировать ссылку в формате ГОСТ
Скопировать ссылку BibTex
Файлы:
Ключевые слова: пластическая деформация, многоуровневое ультразвуковое сканирование, численное моделирование, метод конечных элементов
Аннотация: В работе представлены результаты численного моделирования упругопластического деформирования цилиндрических образцов горных пород, помещенных в обстановку псевдотрехосного сжатия. Для моделирования использован метод конечных элементов. Рассмотрены различные причины локализации пластических деформаций при преодолении предела упругости: геометрическая неидеальность образца, внутренняя неоднородность, трение между основанием образца и элементами экспериментальной установки. Показано, что для выявления конкретного фактора, приводящего к развитию локализации деформаций, необходимо проведение дополнительных исследований: изучения трения, проведения многоуровневого ультразвукового сканирования или компьютерной томографии перед началом испытания по сжатию образца. Полученные результаты могут быть использованы для углубления теоретической основы математического описания упругопластического деформирования горных пород и развития лабораторных методов исследования их механических свойств.
Список литературы: 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 “Петрофизика, 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 пластической деформации // Успехи механики. 1989. Т. 12, № 1. С.131–183.
Гарагаш И.А., Дубиня Н.В., Русина О.А., Тихоцкий С.А., Фокин И.В. Определение прочностных свойств горных пород по данным трехосных испытаний // Геофизические исследования. 2018. Т. 19, № 3. С.57–72. https://doi.org/10.21455/gr2018.3-4
Дубиня Н.В., Белобородов Д.Е., Краснова М.А., Леонова А.М., Тихоцкий С.А. Предварительные исследования возможности предсказания изменений внутренней структуры горных пород, вызванных псевдотрехосным сжатием, на основании зависимости деформаций от напряжений // Процессы в геосредах. 2022. № 4 (34). С.1809–1820.
Дубиня Н.В., Краснова М.А., Белобородов Д.Е., Леонова А.М., Тихоцкая О.А. Изучение изменения внутреннего строения при квазипластическом деформировании горных пород в лабораторных условиях // Сейсмические приборы. 2023. Т. 59, № 3. C.32–57. https://doi.org/10.21455/si2023.3-3
Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Устинов К.Б. Моделирование геомеханических процессов в окрестности нефтяных и газовых скважин. М.: ИПМех РАН, 2018. 528 с.
Левин В.А., Вершинин А.В. Численные методы. Параллельные вычисления на ЭВМ (Нелинейная вычислительная механика прочности. Т. II). М.: Физматлит, 2015. 542 с.
Морозов Е.М., Левин В.А., Вершинин А.В. Прочностной анализ. Фидесис в руках инженера. М.: URSS, 2015. 401 с.
Николаевский В.Н. Определяющие уравнения пластического деформирования сыпучих сред // Прикладная математика и механика. 1971. Т. 35, № 6. С.1070–1082.
Петров В.А., Насимов Р.М. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород: Патент Российской Федерации RU 2515332 C1. Дата регистрации: 18.09.2012 г.
Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М.: Недра, 1986. 301 с.
Смолин И.Ю., Еремин М.О., Макаров П.В., Буякова С.П., Кульков С.Н., Евтушенко Е.П. Численное моделирование механического поведения модельных хрупких пористых материалов на мезоуровне // Вестник ТГУ. Математика и механика. 2013. № 5 (25). С.78–90.
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 керна в ЦПГИ ИФЗ РАН // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96, № 2. С.17–32. https://doi.org/10.21455/std2017.2-2
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
Bernardi C., Maday Y. Polynomial interpolation results in Sobolev spaces // J Comput. Appl. Math. 1992. V. 43, Iss. 1–2. P.53–80. https://doi.org/10.1016/0377-0427(92)90259-Z
Escribano D.E., Nash D.F.T., Diambra A. Local and global volumetric strain comparison in sand specimens subjected to drained cyclic and monotonic triaxial compression loading // Geotech. Test. J. 2019. V. 42, N 4. P.1006–1030. https://doi.org/10.1520/GTJ20170054
Karpenko V.S., Vershinin A.V., Levin V.A., Zingerman K.M. Some results of mesh convergence estimation for the spectral element method of different orders in FIDESYS industrial package // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2016. V. 158: 11th International Conference on “Mesh methods for boundary-value problems and applications”, Kazan, 20–25 October 2016. Art. 012049. 6 p. https://doi.org/10.1088/1757-899X/158/1/012049
Komatitsch D., Tromp J. Spectral-element simulations of global seismic wave propagation – I. Validation // Geophys. J. Int. 2002. V. 149, Iss. 2. P.390–412 https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.2002.01653.x
Komatitsch D., Vilotte J.-P. The spectral element method: An efficient tool to simulate the seismic response of 2D and 3D geological structures // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1998. V. 88, N 2. P.368–392. https://doi.org/10.1785/BSSA0880020368
Konovalov D., Vershinin A., Zingerman K., Levin V. The implementation of spectral element method in a CAE system for the solution of elasticity problems on hybrid curvilinear meshes // Model. Simulat. Eng. 2017. V. 2017, Iss. 1. Art. 1797561. 7 p. https://doi.org/10.1155/2017/1797561
Levin V.A., Zingerman K.M., Vershinin A.V., Freiman E.I., Yangirova A.V. Numerical analysis of the stress concentration near holes originating in previously loaded viscoelastic bodies at finite strains // Int. J. Solids Struct. 2013. V. 50, Iss. 20–21. P.3119–3135. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2013.05.019
Schubert B. The Spectral-Element Method for Seismic Wave Propagation: Theory, Implementation and Comparison to Finite Difference Methods: Diploma Thesis. München: Ludwig-Maximilians-Universität, 2003. 177 p.
Stefanov Yu.P., Chertov M.A., Aidagulov G.R., Myasnikov A.V. Dynamics of inelastic deformation 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 mixture under uniaxial compression conditions by CT scanning // Eng. Geol. 2020. V. 279. Art. 105884. 9 p. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105884
Vermeer P.A., De Borst R. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock // Heron. 1984. V. 29, N 3. P.1–64.
Vershinin A., Levin V., Kukushkin A., Konovalov D. Application of variable order spectral element method on non-conformal unstructured meshes for an engineering analysis of assemblies with geometric inaccuracies // Proc. 2019 NAFEMS World Congress, Quebec City, 17–20 June 2019. Hamilton: NAFEMS, 2019. Paper No. NWC_19_326. 1 p.
Wang G., Li J., Liu Zh., Qin X., Yan S. Relationship between wave speed variation and microstructure of coal under wet conditions // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2020. V. 126. Art. 104203. 11 p. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2019.104203
Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The Finite Element Method. V. 1: Its Basis and Fundamentals. Ed. 7th. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. 756 p.
Zoback M.D. Reservoir Geomechanics. Cambridge: University Press, 2007. 505 p.
Гарагаш И.А., Николаевский В.Н. Неассоциированные законы течения и локализация пластической деформации // Успехи механики. 1989. Т. 12, № 1. С.131–183.
Гарагаш И.А., Дубиня Н.В., Русина О.А., Тихоцкий С.А., Фокин И.В. Определение прочностных свойств горных пород по данным трехосных испытаний // Геофизические исследования. 2018. Т. 19, № 3. С.57–72. https://doi.org/10.21455/gr2018.3-4
Дубиня Н.В., Белобородов Д.Е., Краснова М.А., Леонова А.М., Тихоцкий С.А. Предварительные исследования возможности предсказания изменений внутренней структуры горных пород, вызванных псевдотрехосным сжатием, на основании зависимости деформаций от напряжений // Процессы в геосредах. 2022. № 4 (34). С.1809–1820.
Дубиня Н.В., Краснова М.А., Белобородов Д.Е., Леонова А.М., Тихоцкая О.А. Изучение изменения внутреннего строения при квазипластическом деформировании горных пород в лабораторных условиях // Сейсмические приборы. 2023. Т. 59, № 3. C.32–57. https://doi.org/10.21455/si2023.3-3
Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Устинов К.Б. Моделирование геомеханических процессов в окрестности нефтяных и газовых скважин. М.: ИПМех РАН, 2018. 528 с.
Левин В.А., Вершинин А.В. Численные методы. Параллельные вычисления на ЭВМ (Нелинейная вычислительная механика прочности. Т. II). М.: Физматлит, 2015. 542 с.
Морозов Е.М., Левин В.А., Вершинин А.В. Прочностной анализ. Фидесис в руках инженера. М.: URSS, 2015. 401 с.
Николаевский В.Н. Определяющие уравнения пластического деформирования сыпучих сред // Прикладная математика и механика. 1971. Т. 35, № 6. С.1070–1082.
Петров В.А., Насимов Р.М. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород: Патент Российской Федерации RU 2515332 C1. Дата регистрации: 18.09.2012 г.
Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М.: Недра, 1986. 301 с.
Смолин И.Ю., Еремин М.О., Макаров П.В., Буякова С.П., Кульков С.Н., Евтушенко Е.П. Численное моделирование механического поведения модельных хрупких пористых материалов на мезоуровне // Вестник ТГУ. Математика и механика. 2013. № 5 (25). С.78–90.
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 керна в ЦПГИ ИФЗ РАН // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96, № 2. С.17–32. https://doi.org/10.21455/std2017.2-2
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
Bernardi C., Maday Y. Polynomial interpolation results in Sobolev spaces // J Comput. Appl. Math. 1992. V. 43, Iss. 1–2. P.53–80. https://doi.org/10.1016/0377-0427(92)90259-Z
Escribano D.E., Nash D.F.T., Diambra A. Local and global volumetric strain comparison in sand specimens subjected to drained cyclic and monotonic triaxial compression loading // Geotech. Test. J. 2019. V. 42, N 4. P.1006–1030. https://doi.org/10.1520/GTJ20170054
Karpenko V.S., Vershinin A.V., Levin V.A., Zingerman K.M. Some results of mesh convergence estimation for the spectral element method of different orders in FIDESYS industrial package // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2016. V. 158: 11th International Conference on “Mesh methods for boundary-value problems and applications”, Kazan, 20–25 October 2016. Art. 012049. 6 p. https://doi.org/10.1088/1757-899X/158/1/012049
Komatitsch D., Tromp J. Spectral-element simulations of global seismic wave propagation – I. Validation // Geophys. J. Int. 2002. V. 149, Iss. 2. P.390–412 https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.2002.01653.x
Komatitsch D., Vilotte J.-P. The spectral element method: An efficient tool to simulate the seismic response of 2D and 3D geological structures // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1998. V. 88, N 2. P.368–392. https://doi.org/10.1785/BSSA0880020368
Konovalov D., Vershinin A., Zingerman K., Levin V. The implementation of spectral element method in a CAE system for the solution of elasticity problems on hybrid curvilinear meshes // Model. Simulat. Eng. 2017. V. 2017, Iss. 1. Art. 1797561. 7 p. https://doi.org/10.1155/2017/1797561
Levin V.A., Zingerman K.M., Vershinin A.V., Freiman E.I., Yangirova A.V. Numerical analysis of the stress concentration near holes originating in previously loaded viscoelastic bodies at finite strains // Int. J. Solids Struct. 2013. V. 50, Iss. 20–21. P.3119–3135. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2013.05.019
Schubert B. The Spectral-Element Method for Seismic Wave Propagation: Theory, Implementation and Comparison to Finite Difference Methods: Diploma Thesis. München: Ludwig-Maximilians-Universität, 2003. 177 p.
Stefanov Yu.P., Chertov M.A., Aidagulov G.R., Myasnikov A.V. Dynamics of inelastic deformation 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 mixture under uniaxial compression conditions by CT scanning // Eng. Geol. 2020. V. 279. Art. 105884. 9 p. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105884
Vermeer P.A., De Borst R. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock // Heron. 1984. V. 29, N 3. P.1–64.
Vershinin A., Levin V., Kukushkin A., Konovalov D. Application of variable order spectral element method on non-conformal unstructured meshes for an engineering analysis of assemblies with geometric inaccuracies // Proc. 2019 NAFEMS World Congress, Quebec City, 17–20 June 2019. Hamilton: NAFEMS, 2019. Paper No. NWC_19_326. 1 p.
Wang G., Li J., Liu Zh., Qin X., Yan S. Relationship between wave speed variation and microstructure of coal under wet conditions // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2020. V. 126. Art. 104203. 11 p. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2019.104203
Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The Finite Element Method. V. 1: Its Basis and Fundamentals. Ed. 7th. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. 756 p.
Zoback M.D. Reservoir Geomechanics. Cambridge: University Press, 2007. 505 p.
