Влияние предварительной термической обработки на трещиностойкость горных пород

Авторы

  • Игушева Л.А. Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация ORCID 0000-0002-8252-9404

УДК

539.375

DOI:

https://doi.org/10.31429/vestnik-21-1-26-33

Аннотация

Исследовано изменение динамической трещиностойкости гранита в результате действия предварительной термической обработки. На основе известных экспериментальных данных построены скоростные зависимости вязкости разрушения гранита, предварительно обработанного при температурах 25 °C, 100 °C, 250 °C, 450 °C, 600 °C и 850 °C. Для описания разрушения материала использован структурно-временной подход, базирующийся на понятии инкубационного времени. Показано, что с ростом скорости нагружения наблюдается увеличение вязкости разрушения для всех значений температуры. С ростом температуры динамическая вязкость разрушения уменьшается, а значение инкубационного времени увеличивается. Выявлен эффект инверсии трещиностойкости, состоящий в том, что гранит, обработанный при температуре 100 °C, обладает более высокой вязкостью разрушения при квазистатических нагрузках, однако легче разрушается при высокоскоростных воздействиях по сравнению с гранитом, обработанным при температуре 250 °C.

Ключевые слова:

динамическая трещиностойкость, разрушение горных пород, гранит, инкубационное время, скорость нагружения

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение № 075-15-2022-1114 от 30 июня 2022 г.).

Информация об авторе

Людмила Александровна Игушева

аспирант кафедры теории упругости математико-механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета

e-mail: igusheva15@gmail.com

Библиографические ссылки

  1. Арутюнян, Р.В., Большов, Л.А., Припачкин, Д.А., Семенов, В.Н., Сороковикова, О.С., Фокин, А.Л., Смирнова, М.М., Оценка выброса радионуклидов при аварии на АЭС "Фукусима-1" (Япония) 15 марта 2011 г. Атомная энергия, 2012, т. 112, № 3, с. 159–163. [Arutyunyan, R.V., Bolshov, L.A., Pripachkin, D.A., Semenov, V.N., Sorokovikova, O.S., Fokin, A.L., Smirnova, M.M., Assessment release of radionuclides during the accident at the Fukushima-1 nuclear power plant (Japan) March 15, 2011. Atomnaya energiya = Atomic Energy, 2012, vol. 112, no. 3, pp. 159–163. (in Russian)]
  2. Свалова, В.Б., Землетрясения в Турции и Сирии 2023 года и геодинамика Кавказско-Анатолийского региона. Известия высших учебных заведений. Геология и разведка, 2023, № 3, с. 28–41. [Svalova, V.B., Earthquakes in Turkey and Syria in 2023 and the geodynamics of the Caucasus-Anatolian region. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Geologiya i razvedka = Proc. of higher educational establishments. Geology and Exploration, 2023, no. 3, pp. 28–41. (in Russian)]
  3. Yin, T., Li, X., Xia, K., Huang, S., Effect of thermal treatment on the dynamic fracture toughness of Laurentian granite. Rock mechanics and rock engineering, 2012, vol. 45, pp. 1087–1094. DOI: 10.1007/s00603-012-0240-3
  4. Zhang, Q.B., Zhao, J., Quasi-static and dynamic fracture behaviour of rock materials: phenomena and mechanisms. International Journal of Fracture, 2014, vol. 189, pp. 1–32. DOI: 10.1007/s10704-014-9959-z
  5. Kazarinov, N.A., Petrov, Y.V., Cherkasov, A.V., Instability effects of the dynamic crack propagation process. Engineering Fracture Mechanics, 2021, vol. 242, p. 107438. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2020.107438
  6. Yao, W., Xia, K., Zhang, T., Dynamic fracture test of Laurentian granite subjected to hydrostatic pressure. Experimental Mechanics, 2019, vol. 59, pp. 245–250. DOI: 10.1007/s11340-018-00437-4
  7. Petrov, Y.V., On "quantum" nature of dynamic fracture of brittle solids. Doklady Akademii nauk SSSR, 1991, vol. 321, iss. 1, pp. 66–68.
  8. Petrov, Y.V., Quantum analogy in the mechanics of fracture of solids. Physics of the Solid State, 1996, vol.  38, iss. 11, pp. 1846–1850.
  9. Petrov, Y.V., Utkin, A.A., Dependence of the dynamic strength on loading rate. Soviet Materials Science, 1989, vol. 25, iss. 2, pp. 153–156.
  10. Petrov, Y.V, Morozov, N.F., On the modeling of fracture of brittle solids. ASME Journal of Applied Mechanics, 1994, vol. 61, pp. 710–712.
  11. Petrov, Y.V., Karihaloo, B.L., Bratov, V.V., Bragov, A.M., Multi-scale dynamic fracture model for quasi-brittle materials. Int. J. of Engineering Science, 2012, vol. 61, pp. 3–9. DOI: 10.1016/j.ijengsci.2012.06.004
  12. Goldsmith, W., Sackman, J.L., Ewerts, C., Static and dynamic fracture strength of Barre granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 1976. vol. 13, iss. 11, pp. 303–309. DOI: 10.1016/0148-9062(76)91829-5
  13. Zhang, Z.X., Kou, S.Q., Yu, J.H., Yu, Y., Jiang, L.G., Lindqvist, P.A., Effects of loading rate on rock fracture. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 1999, vol. 36, iss. 5, pp. 597–611. DOI: 10.1016/S0148-9062(99)00031-5
  14. Morozov, N.F., Petrov, Y.V., Incubation time based testing of materials. European J.of Mechanics – A/Solids, 2006, vol. 25, pp. 670–676. DOI: 10.1016/j.euromechsol.2006.05.005
  15. Smirnov, V., Petrov, Y.V., Bratov V., Incubation time approach in rock fracture dynamics. Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 2012, vol. 55, pp. 78–85. DOI: 10.1007/s11433-011-4579-3
  16. Златин, Н.А., Мочалов, С.М., Пугачев, Г.С., Брагов, А.М., Временные закономерности процесса разрушения металлов при интенсивных нагрузках. Физика твердого тела, 1974, т. 16, № 6, c. 1752–1755. [Zlatin, N.A., Mochalov, S.M., Pugachev, G.S., Bragov, A.M., Temporal patterns of the process of metals fracture under intense loads. Fizika tverdogo tela = Physics of Solid State, 1974, vol. 16, no. 6, pp. 1752–1755. (in Russian)]
  17. Homma, H., Shockey, D.A., Murayama, Y., Response of cracks in structural materials to short pulse loads. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1983, vol. 31, iss. 3, pp. 261–279. DOI: 10.1016/0022-5096(83)90026-1
  18. Guo, H, Aziz, N.I., Schmidt, L.C., Rock fracture-toughness determination by the Brazilian test. Engineering Geology, 1993, vol. 33, pp. 177–188. DOI: 10.1016/0013-7952(93)90056-I
  19. Lim, I.L., Johnston, I.W., Choi, S.K., Stress intensity factors for semi-circular specimens under three-point bending. Engineering Fracture Mechanics, 1993, vol. 44, iss. 3, pp. 363–382. DOI: 10.1016/0013-7944(93)90030-V
  20. Kang, P., Hong, L., Fazhi, Y., Quanle, Z., Xiao, S., Zhaopeng, L., Effects of temperature on mechanical properties of granite under different fracture modes. Engineering Fracture Mechanics, 2020, vol. 226, p. 106838. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2019.106838

Загрузки

Выпуск

2024. Том 21. № 1

Раздел

Механика

Страницы

26-33

Отправлено

2024-02-12

Опубликовано

2024-03-27

Как цитировать

Игушева Л.А. Влияние предварительной термической обработки на трещиностойкость горных пород // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2024. Т. 21, №1. С. 26-33. DOI: https://doi.org/10.31429/vestnik-21-1-26-33

Copyright (c) 2024 Игушева Л.А.

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.