Оценка коэффициента трещиностойкости при циклическом воздействии температурными полями

Исследовалось изменение вязкости разрушения образцов KIC при циклическом процессе замораживания-оттаивания горных пород Павловского месторождения архипелага Новая земля. Испытания проводились на полуцилиндрических образцах с пропилом, выполненным в центральной части перпендикулярно диаметру. Для этого из кернов диаметром D = 63 мм в соответствии с ISRM были выпилены диски толщиной t = 25 мм. Проводился их распил на две равные части, отклонение от диаметральной плоскости допускалось не более 0,2 мм. Глубина пропила a, имитирующего трещину, удовлетворяла условию 0,4 ≤ a/R ≤ 0,6 (R – радиус диска). Полученные образцы водонасыщались в течение 24 ч и замораживались. Заморозка образцов осуществлялась в течение 6 ч с помощью морозильных камер в двух режимах: при –20 ºС и при –50 ºС. После промерзания полуцилиндры помещались в контейнер с водой не менее чем на 2 ч, где их полностью оттаивали. Было проведено 10 и 20 циклов. Исследование процессов температурного выветривания выявило снижение вязкости разрушения горных пород. Образцы после 10 циклов замораживания при –20 ºС показывают снижение коэффициента трещиностойкости на 9%, при 20 циклах – на 28%. Воздействие более высоких отрицательных температур оказывает еще большее влияние на снижение исследуемого параметра, так воздействие 10 циклов при –50 ºС снижает вязкость разрушения на 23%, 20 циклов при той же температуре – на 32%.

Ключевые слова: вязкость разрушения, коэффициент трещиностойкости, трещина нормального отрыва, замораживание-оттаивание.
Как процитировать:

Черепецкая Е. Б., Безруков В. И. Оценка коэффициента трещиностойкости при циклическом воздействии температурными полями // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 1. – С. 49–58. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_49.

Благодарности:
Номер: 1
Год: 2023
Номера страниц: 49-58
ISBN: 0236-1493
UDK: 551.34
DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_49
Дата поступления: 08.11.2022
Дата получения рецензии: 18.11.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.12.2022
Информация об авторах:

Черепецкая Елена Борисовна1 — д-р техн. наук, профессор, e-mail: eb.cherepetskaya@misis.ru, ORCID ID: 0000-0002-9642-2149,
Безруков Вадим Игоревич1 — студент, e-mail: bezrukov.vi@misis.ru, ORCID ID: 0000-0001-6081-6616,
1 ГИ НИТУ «МИСиС».

 

Контактное лицо:

Безруков В.И., e-mail: bezrukov.vi@misis.ru.

Список литературы:

1. Ebrahimi R., Hosseini M., Taleb Вeydokhti A. Experimental study of effect of number of heating—cooling cycles on mode I and mode II fracture toughness of travertine // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2022, vol. 117, article 103185. DOI: 10.1016/j.tafmec.2021.103185.

2. Li M., Liu X., Pan Y., Qiao S., Hou Z., Hao Z. Experimental studies on the effect of cyclic thermal shock and cooling methods on the mechanical properties and fracture behavior of prefabricated fissured sandstone // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2022, vol. 122 № 103576. DOI: 10.1016/j.tafmec.2022.103576.

3. Deng Z., Zhan X., Zeng W., Yang S., Wu J. A degradation model of modeI fracture toughness of rock under freeze-thaw cycles // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2021, vol. 115, article 103073. DOI: 10.1016/j.tafmec.2021.103073.

4. Желнин М. С., Костина А. А., Плехов О. А., Семин М. А., Бровка Г. П. Численный расчет бокового давления на внешнюю границу ледопородного ограждения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 10. — С. 62—77. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2022_10_0_62.

5. Жуков В. С. Оценка прочностных и упругих свойств горных пород дагинского горизонта шельфа Сахалина // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 4. — С. 44—57. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-4-0-44-57.

6. Komolov V., Belikov A., Demenkov P. Research on load-bearing constructions behavior during pit excavation under «slurry wall» protection // Lecture Notes in Civil Engineering. 2022, vol. 180, pp. 313—323. DOI: 10.1007/978-3-030-83917-8_29.

7. Dudchenko O. L., Shibaev I. A., Ivanov P. N., Kravcov A. N. Development of geotechnical protective measures for strengthening a slope prone to landslide hazards / Topical Issues of Rational Use of Natural Resources. Proceedings of the International Forum-Contest of Young Researchers, 2018. 2019, pp. 147—152.

8. Shibaev I. A., Sas I. E., Bagriantcev D. M., Dudchenko O. L. Multivariate assessment of soil—building foundation interaction using PLAXIS software / Advances in Science, Technology and Innovation. 2018, pp. 341—343. DOI: 10.1007/978-3-030-01665-4_79.

9. Шибаев И. А., Сас И. Е., Черепецкая Е. Б., Багрянцев Д. М. Обоснование возможных упрощений при оценке взаимодействия «грунт-основание» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 9. — С. 152—157. DOI: 10.25018/0236-14932018-9-0-152-157.

10. Шибаев И. А., Белов О. Д., Сас И. Е. Определение динамических и статических модулей упругости образцов гранитов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4-1. — С. 5—15. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_41_0_5.

11. Прищепа Д. В. Обоснование моделей напряженно-деформированного состояния трещиноватого породного массива // Проблемы недропользования. — 2017. — № 1. — С. 81—88. DOI: 10.18454/2313-1586.2017.01.081.

12. Sheshde E. A., Cheshomi A., Gharechelou S. Estimation of mode I static fracture toughness of carbonate rock using small rock fragments // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022, vol. 218, article 110980. DOI: 10.1016/j.petrol.2022.110980.

13. Курленя М. В., Миренков В. Е. Влияние напряженно-деформированного состояния массива горных пород на направление развития трещин гидроразрыва // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 3. — С. 5—13. DOI: 10.25018/02361493-2019-03-0-5-13.

14. Кашников Ю. А., Ашихмин С. Г., Кухтинский А. Э., Шустов Д. В. О связи коэффициентов трещиностойкости и геофизических характеристик горных пород месторождений углеводородов // Записки Горного института. — 2020. — Т. 241. — С. 83—90. DOI: 10.31897/PMI.2020.1.83.

15. Kravcov A. N., Svoboda P., Pospchal V., Morozov D. V., Ivanov P. N. Assessment of longterm strength of rocks // Key Engineering Materials. 2017, vol. 755, pp. 62—64. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/KEM.755.62.

16. Papanastasiou P. The effective fracture toughness in hydraulic fracturing // International Journal of Fracture. 1999, vol. 96, pp. 127—147. DOI: 10.1023/A:1018676212444.

17. Шибаев И. А., Винников В. А., Степанов Г. Д. Определение упругих свойств осадочных горных пород на примере образцов известняка с помощью лазерной ультразвуковой диагностики // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 125—134. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-125-134.

18. Kravcov A., Cherepetskaya E., Svoboda P., Blokhin D., Ivanov P., Shibaev I. Thermal infrared radiation and laser ultrasound for deformation and water saturation effects testing inlimestone // Remote Sensing. 2020, vol. 12, no. 24, article 4036. DOI: 10.3390/rs12244036.

19. Sun D., Rao Q., Wang S., Shen Q., Yi W. Shear fracture (Mode II) toughness measurement of anisotropic rock // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2021, vol. 115, article 103043. DOI: 10.1016/j.tafmec.2021.103043.

20. Wei M., Dai F., Xu N., Zhao T. Stress intensity factors and fracture process zones of ISRM-suggested chevron notched specimens for mode I fracture toughness testing of rocks // Engineering Fracture Mechanics. 2016, vol. 168, Part a, pp. 174—189. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2016.10.004.

21. Dai F., Xu Y., Zhao T., Xu N., Liu Y. Loading-rate-dependent progressive fracturing of cracked chevron-notched Brazilian disc specimens in split Hopkinson pressure bar tests // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2016, vol. 88, pp. 49—60. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2016.07.003.

22. Tutluoglu L., Keles C. Effects of geometric factors on mode I fracture toughness for modified ring tests // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2012, vol. 51, pp. 149—161. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2012.02.004.

23. Amrollahi H., Baghbanan A., Hashemolhosseini H. Measuring fracture toughness of crystalline marbles under mode I and II and mixed mode I—II loading conditions using CCNBD and HCCD specimens // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2011, vol. 48, no. 7, pp. 1123—1134. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2011.06.015.

24. Franklin J. A., Sun Zongqi, Atkinson B. K. Suggested methods for determining the fracture toughness of rock // International journal of rock mechanics and mining & geomechanics abstracts. 1988, vol. 25, no. 2, pp. 71—96.

25. Mostafavi M., McDonald S. A., Mummery P. M., Marrow T. J. Observation and quantification of three-dimensional crack propagation in poly-granular graphite // Engineering Fracture Mechanics. 2013, vol. 110, pp. 410—420. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2012.11.023.

26. Fowell R. J. Suggested method for determining mode I fracture toughness using Cracked Chevron Notched Brazilian Disc (CCNBD) specimens // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1995, vol. 32, no. 1, pp. 57—64. DOI: 10.1016/0148-9062(94)00015-U.

27. Kuruppu M. D., Obara Y., Ayatollahi M. R., Chong K. P., Funatsu T. ISRM-suggested method for determining the mode i static fracture toughness using semi-circular bend specimen // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2014, vol. 47, pp. 267—274. DOI: 10.1007/s00603013-0422-7.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.