Статья

Наименование	Траектории испытания горных пород в стабилометре для получения паспорта прочности с использованием деформационного эффекта памяти
Авторы	Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел	Недропользование
Год	2024	Выпуск	77	Страницы	5 - 20
УДК	622.02:531			EDN	CVTYDH
Аннотация	Получение достоверных и полных данных о физико-механических свойствах грунтов и горных пород основано на использовании сложного лабораторного оборудования, в первую очередь — стабилометров. Проанализированы различные их конструкции для грунтов и горных пород и возможные программы испытаний образцов при многоосном осесимметричном и разнокомпонентном (3D) их нагружении. Рассмотрена классификация траекторий нагружения образцов в стабилометре по параметру Надаи — Лоде. Разработана новая конструкция жесткого стабилометра для осесимметричного (в том числе по схемам Кармана и Бекера) многоосного нагружения образцов цилиндрической формы. Выполнен анализ закономерностей проявления деформационного эффекта памяти в циклах «нагрузка-разгрузка» образца. Предложена методика получения всего многообразия паспортов прочности на восходящей нелинейной и запредельной ветвях полной диаграммы нагружения с использованием единичного образца породы.
Реферат	Цель исследования — разработать конструкцию жесткого стабилометра, программу и траектории осесимметричного многокомпонентного нагружения образцов породы в стабилометре для получения всего многообразия паспортов прочности на любом участке нелинейной ветви полной диаграммы испытаний с использованием деформационного эффекта памяти. Объект — стабилометр жесткого нагружения для получения комплекса физико-механических свойств горных пород. Предмет исследований — процедура и программа испытаний образцов горных пород в жестком стабилометре для определения их физико-механических параметров. Методика и основная идея работы: на основе анализа существующих конструкций стабилометров и экспериментальных методик лабораторного определения физико-механических свойств грунтов и горных пород обосновать и разработать новую конструкцию жесткого стабилометра и с использованием закономерностей деформационного эффекта памяти выбрать траектории многокомпонентного циклического нагружения для получения всего многообразия паспортов прочности породы на одном ее образце. Результаты. Рассмотрены конструкции современных стабилометров, их достоинства и недостатки, особенности лабораторных исследований по определению физико-механических свойств грунтов и пород в стабилометрах, разработана новая конструкция жесткого стабилометра для осесимметричного (по схеме Кармана и Бекера) многоосного нагружения образцов цилиндрической формы; на закономерностях деформационного эффекта памяти разработаны траектории цикличного разнокомпонентного осесимметричного нагружения образца и методика построения паспорта прочности на любом участке нелинейной полной диаграммы нагружения породы. Научная новизна. Элементы новизны имеются в идее получения всего многообразия паспортов прочности на одном образце породы, при разработке оригинальной конструкции жесткого стабилометра с обособленным источником давления в виде баллона сжатого газа и двухступенчатым поршнем, играющим роль мультипликатора давления и жесткого отпорного элемента с использованием ртути в качестве малосжимаемой рабочей жидкости, в методике и в процедуре стабилометрических испытаний образцов горных пород при различных коэффициентах Надаи — Лоде. Практическая значимость. Разработанная конструкция стабилометра предназначена для испытаний строительных материалов и горных пород в условиях многоосного нагружения при произвольных законах изменения нагрузки и деформации, особенно для изучения закономерностей деформирования и разрушения материалов, в том числе и на участке запредельных деформаций, простота конструкции и компактность позволяют использовать весь набор испытательного оборудования в виде передвижной полевой лаборатории при минимальном расходовании кернового материала.
Ключевые слова	горные породы, грунты, физико-механические свойства, многоосное нагружение, стабилометры, параметр Надаи — Лоде, траектории нагружения, полная диаграмма нагружения, деформационный эффект памяти, методика испытаний, многообразие паспортов прочности породы.
Финансирование
Список источников	1. Karev V., Kovalenko Yu., Ustinov K. Geomechanics of Oil and Gas Wells. Switzerland: Springer International Publishing Cham, 2020. 166 р. (Advances in Oil and Gas Exploration and Production). 2. Бишоп А. У. Определение свойств грунтов в трехосных испытаниях. М.: Госстройиздат, 1961. 232 с. 3. Болдырев Г. Г., Сидорчук В. Ф. Определение механических свойств грунтов в компрессионном приборе с измерением боковых напряжений // Автоматизированные технологии изысканий и проектирование. 2003. № 9. C. 69–71. 4. Lee H., Haimson B. True triaxial strength, deformability, and brittle failure of granodiorite from the San Andreas Fault Observatory at Depth // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2011. Vol. 48. Iss. 7. Р. 1199–1207. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2011.08.003 5. Tarasov B., Potvin Y. Universal criteria for rock brittleness estimation under triaxial compression // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2013. Vol. 59. Р. 57–69. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2012.12.011 6. True Triaxial Testing of Rocks / edited by M. Kwaśniewski, X. Li, M. Takahashi. London: CRC Press, 2012. 384 р. (Geomechanics Research Series 4). 7. Ориентационная природа эффекта деформационной памяти при трехосном циклическом неравнокомпонентном сжатии песчаника / Пантелеев И. А. [и др.] // Вестник Сам. гос. техн. ун-та. Сер.: Физ.-мат. науки. 2022. Т. 26. № 2. С. 293–310. EDN MMKNTJ. DOI: 10.14498/vsgtu1890 8. Бриджмен П. У. Физика высоких давлений. М. — Л.: ОНТИ, 1935. 402 с. 9. Литвинский Г. Г. Пинч-эффект при разрушении породы клиновым горным инструментом // Сб. науч. трудов ДонГТУ. 2018. Вып. 9 (52). С. 5–20. EDN XYEIQP 10. Memory effects in rock salt under triaxial stress state and their use for stress measurements in a rock mass / Y. L. Filimonov, A. V. Lavrov, Y. M. Shafarenko, V. L. Shkuratnik // Rock Mech. and Rock Enging. 2001. Vol. 34. Iss. 4. P. 275–291. 11. Lavrov A. Kaiser effect observation in brittle rock cyclically loaded with different loading rates // Mech. Mater. 2001. Vol. 33. P. 669–677. EDN KDMDQN. DOI: 10.1016/S0167-6636(01)00081-3 12. ГОСТ 12248.3. Грунты. Определение характеристик прочности и деформируемости методом трехосного сжатия. М.: Стандартинформ, 2020. 27 с. 13. Литвинский Г. Г. Аналитическая теория прочности горных пород и массивов. Донецк: Норд-Пресс, 2008. 207 с. 14. Лавров А. В., Шкуратник В. Л., Филимонов Ю. Л. Акустоэмиссионный эффект памяти в горных породах. М.: МГГУ, 2004. 437 c.
Полный текст