Исследование физико-механических свойств ийолит-уртита в условиях одноосного и трехосного сжатия

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-127-133

Читать на русскоя языкеН.Н. Кузнецов , А.К. Пак
Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук, г. Апатиты, Российская Федерация
Горная Промышленность №2 / 2024 стр. 127-133

Резюме: Исследование процессов деформирования и разрушения в массивах пород зачастую выполняют в лабораторных условиях на образцах. Для этого используют широко распространенное экспериментальное оборудование, позволяющее создавать условия нагружения, схожие с массивом. В основном реализуется режим нагружения, когда усилия прикладываются только к одной стороне образца (вдоль одной оси), то есть одноосное сжатие или растяжение. Реже применяют экспериментальные установки, которые позволяют создавать условия трехосного напряженного состояния. Такое оборудование зачастую очень дорогое, а испытания требуют много времени и ресурсов. Но тем не менее именно этот режим нагружения является наиболее приближенным к реальным условиям, имеющим место в массиве пород. В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований образцов ийолит-уртита (горной породы Хибинского массива, Кольский регион) в условиях одноосного и трехосного сжатия. Цель исследований заключается в том, чтобы установить, как изменяются значения пределов прочности этой породы, критические значения удельной энергии деформирования, а также склонность к динамическому разрушению при переходе от одноосного режима нагружения к трехосному. В ходе выполненных экспериментальных исследований выявлено, что значения пределов прочности и критические значения удельной энергии деформирования образцов ийолит-уртита резко возрастают в условиях трехосного сжатия по сравнению с одноосным сжатием. Установлено, что изученная скальная порода является склонной к динамическому разрушению при одноосном сжатии и не теряет своей склонности к такому виду разрушения при трехосном сжатии.

Ключевые слова: скальные горные породы, одноосное сжатие, трехосное сжатие, ийолит-уртит, физико-механические свойства, динамическое разрушение

Для цитирования: Кузнецов Н.Н., Пак А.К. Исследование физико-механических свойств ийолит-уртита в условиях одноосного и трехосного сжатия. Горная промышленность. 2024;(2):127–133. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-127-133


Информация о статье

Поступила в редакцию: 21.02.2024

Поступила после рецензирования: 14.03.2024

Принята к публикации: 16.03.2024


Информация об авторах

Кузнецов Николай Николаевич – кандидат технических наук, руководитель лаборатории инструментальных исследований состояния горных пород Арктической зоны РФ, Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук, г. Апатиты, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Пак Александр Климентьевич – научный сотрудник лаборатории инструментальных исследований состояния горных пород Арктической зоны РФ, Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук, г. Апатиты, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.


Список литературы

1. Кузнецов Г.Н. Механические свойства горных пород. М.: Углетехиздат; 1947. 180 с.

2. Турчанинов И.А., Медведев Р.В., Панин В.И. Современные методы комплексного определения физических свойств горных пород. Ленинград: Недра; 1967. 200 с.

3. Ильницкая Е.И., Тедер Р.И., Ватолин Е.С., Кунтыш М.Ф. Свойства горных пород и методы их определения. М.: Недра; 1969. 392 с.

4. Берон А.И., Ватолин Е.С., Койфман М.И. Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения. М.: Недра; 1984. 276 с.

5. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Ленинград: Недра; 1990. 328 с.

6. Каспарьян Э.В., Козырев А.А., Иофис М.А., Макаров А.Б. Геомеханика. М.: Высшая школа; 2006. 503 с.

7. Jaeger J.C., Cook N. G.W., Zimmerman R.W. Fundamentals of rock mechanics. Blackwell publishing, Malden; 2007. 475 p.

8. Feng·X.‑T., Bezalel H.,·Li X., Chang C., Ma X., Zhang X., Ingraham M., Suzuki K. I ISRM suggested method: determining deformation and failure characteristics of rocks subjected to true triaxial compression. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019;52(6):2011–2020. https://doi.org/10.1007/s00603-019-01782-z

9. Karman T. Festigkeits Versuche unter allseitigem Druck. Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure. 1911;55:1749– 1759.

10. Deak F., Van P., Vasarhelyi B. Hundred years after the first triaxial test. Periodica Polytechnica Civil Engineering. 2012;56(1):115–122. https://doi.org/10.3311/pp.ci.2012-1.13

11. Muller O. Untersuchungen an Karb ongesteinen zur Klarung von Gebirgsdruckfragen. Gluckauf. 1930;47:1601–1612.

12. Воларович М.П., Балашов Д.В., Павлоградский В.А. Исследование сжимаемости изверженных горных пород при давлениях до 5 000 кг/см2. Известия АН СССР. Серия Геофизическая. 1959;(5):693–702. Volarovich M.P., Balashov D.V., Pavlogradsky V.A. Study of compressibility of igneous rocks at pressures up to 5,000 kg/cm2. Izvestiya AN SSSR. Seriya Geofizicheskaya. 1959;(5):693–702. (In Russ.)

13. Томашевская И.С. Исследование механических свойств горных пород в условиях высокого давления при сложных напряженных состояниях: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. М., 1996. 12 с.

14. Horibe T., Kobayashi R. Physical properties of coal-measures rocks under triaxial pressure. Journal of Mining Society Japan. 1958;(74):142–146. (In Japan.)

15. Ставрогин А.Н., Тарасов Б.Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб.: Наука; 2001. 343 с.

16. Tarasov B. Superbrittleness of rocks at high confining pressure. In: Van Sint Jan M., Potvin Y. (eds). Proceedings of the 5th International Seminar on Deep and High Stress Mining, Santiago, Chile, Oct 4–8, 2010. Australia: Australian Centre for Geomechanics; 2010, pp. 119–133.

17. Mishra D.A., Janecek I. Laboratory triaxial testing – from historical outlooks to technical aspects. Procedia Engineering. 2017;191:342–351. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.190

18. Liu X., Yu J., Zhang J.,·Yao W., Cai Y., Zhou X. Anisotropic time-dependent deformation and damage constitutive model of rock under true triaxial compression. Mechanics of Time-Dependent Materials. 2023. https://doi.org/10.1007/s11043-023-09617-9

19. Zhang Y., Feng X.-T., Zhang X., Wang Z., Sharifzadeh M., Yang C. A novel application of strain energy for fracturing process analysis of hard rock under true triaxial compression. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019;52(11):4257–4272. https://doi.org/10.1007/s00603-019-01868-8

20. Козырев А.А., Кузнецов Н.Н., Шоков А.Н. Оценка удароопасности скальных горных пород Ждановского месторождения (Кольский полуостров). Горная промышленность. 2022;(6):75–82. https://doi.org/10.30686/16099192-2022-6-75-82 Kozyrev A.A., Kuznetcov N.N., Shokov A.N. Rockburst hazard assessment of hard rocks in the Zhdanovskoe deposit (Kola Peninsula). Russian Mining Industry. 2022;(6):75–82. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-6-75-82

21. Xia M., Zhou K. Particle simulation of the failure process of brittle rock under triaxial compression. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2010;17(5):507–513. https://doi.org/10.1007/s12613-010-0350-4

22. Shi G.-C., Chen G., Pan Y.-T., Yang X.-L., Liu Y., Dai G.-Z. Stress-drop effect on brittleness evaluation of rock materials. Journal of Central South University. 2019;26(7):1807–1819. https://doi.org/10.1007/s11771-019-4135-2

23. Descamps F., Tshibangu J.-P., Ramos S.M., Schroeder C., Verbrugge J.-C. Behavior of carbonated rocks under true triaxial compression. In: Proceedings of the 12th ISRM Congress, Beijin, China. 2011, pp. 597–602.

24. Tarasov B. Dramatic Weakening and Embrittlement of Intact Hard Rocks in the Earth’s Crust at Seismic Depths as a Cause of Shallow Earthquakes. In: Nawaz M., Kundu S.N., Sattar F. (eds) Earth Crust. IntechOpen; 2019. https://doi.org/10.5772/intechopen.85413

25. Каспарьян Э.В., Кузнецов Н.Н., Шоков А.Н., Пак А.К. Исследование условий динамических разрушений в массивах скальных пород. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(4):69–84. https://doi. org/10.25018/0236-1493-2020-40-69-84 Kasparyan E.E., Kuznetsov N.N., Shokov A.N., Pak A.K. Dynamic failure conditions in strong rock masses. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2020;(4):69–84. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-40-69-84

26. Cai M., Kaiser P.K. Rockburst Support: Reference Book. Volume I: Rockburst Phenomenon and Support Characteristics. Sudbury: Laurentian University; 2018. 284 p.

27. Козырев А.А., Кузнецов Н.Н., Макаров А.Б. О критериях удароопасности горных пород. Горная промышленность. 2023;(S1):61–68. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-61-68 Kozyrev A.A., Kuznecov N.N., Makarov A.B. On criteria of rockburst hazard. Russian Mining Industry. 2023; (1 Suppl.):61–68. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-61-68

28. Петухов И.М., Линьков А.М. Механика горных ударов и выбросов. М.: Недра; 1983. 280 с.