Проявления акустической эмиссии в мерзлых грунтах при одновременном влиянии на них переменных механических и термических воздействий
- 1 — Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» ▪ Orcid
- 2 — Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
- 3 — Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Аннотация
Предметом исследования является установление фундаментальных закономерностей акустической эмиссии в мерзлых грунтах, позволяющих создать способы контроля (мониторинга) их устойчивости под действием переменных температурных полей и квазистатических механических нагрузок от расположенных на этих основаниях инженерных объектов различного назначения. Прикладная значимость таких способов – повышение скорости и снижение трудоемкости инженерно-геологических изысканий в северных регионах России, осуществляемых с целью прогноза потери устойчивости оснований зданий и сооружений для обеспечения их безопасной эксплуатации. Исследование выполнено на оригинальном аппаратурном комплексе. Дано его описание и приведены характеристики. С использованием этого комплекса изучены термоакустоэмиссионные эффекты, возникающие при многократном чередовании циклов заморозки и оттаивания грунта в ходе развития его деформированного состояния, начиная с фазы нормального уплотнения и вплоть до финальной стадии разрушения (фазы выпирания). Показано, что на основе таких информативных параметров, как термически стимулированные активность и длительность импульсов акустической эмиссии, может быть получен показатель, количественно характеризующий стадии напряженно-деформированного состояния грунтов. Приведена экспериментальная зависимость поля значений этого показателя в функции от механической нагрузки и фракционного состава испытуемого грунта. Показана качественная сходимость указанной зависимости с классической диаграммой деформирования грунтов, полученной Н.М.Герсевановым, на которой выделяются стадии уплотнения, потери устойчивости (сдвигов) и разрушения. Рассмотрены и обоснованы возможные физические механизмы и особенности формирования акустико-эмиссионного отклика на каждой из указанных стадий. Отмечено, что обоснованные в рамках проведенного исследования подходы к получению, обработке и интерпретации акустико-эмиссионной измерительной информации позволяют осуществлять контроль и мониторинг несущей способности и напряженно-деформированного состояния грунтов непосредственно в полевых условиях.
Литература
- Kotov P.I., Roman L.T., Sakharov I.I., Paramonov V.N., Paramonov M.V. The effect of thawing conditions and the type of tests on the deformation characteristics of thawing soils. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov. 2015. N 5, p. 8-13
- (in Russian).
- Vasil'chuk Yu.A., Voznesenskii E.A., Golodkovskaya G.A., Ziangirov R.S., Korolev V.A., Trofimov V.T. Soil science. Moscow: Izd-vo MGU, 2005, p. 1024 (in Russian).
- Zykov Yu.D. Geophysical methods for studying cryolithozone. Moscow: Izd-vo MGU, 2007, p. 272 (in Russian).
- Ivanov I.A., Mosyagin M.N., Khabibulin F.Kh., Gostev V.V. The results of the study of the carrying capacity and
- dynamic viscosity of clay soils, taking into account the temperature factor. Izvestiya vuzov. Neft' i gaz. 2001. N 4, p. 62-65
- (in Russian).
- Skvortsov A.G., Sadurtdinov M.R., Tsarev A.M. Seismic criteria for identifying the frozen state of rocks. Kriosfera Zemli. 2014. Vol. 18. N 2, p. 83-90 (in Russian).
- Shevnin V.A., Kvon D.A., Ryzhov A.A. Petrophysical approach to the electrical properties of loose soils. Zapiski Gornogo instituta. 2017. Vol. 226, p. 397-404. DOI: 10.25515/PMI.2017.4.397 (in Russian).
- Novikov E.A., Oshkin R.O., Shkuratnik V.L., Epshtein S.A., Dobryakova N.N. Application of thermally stimulated acoustic emission method to assess the thermal resistance and related properties of coals. International Journal of Mining Science and Technology. 2018. Vol. 28. Iss. 2, p. 243-249. DOI: 10.1016/j.ijmst.2017.12.019
- Novikov E.A., Shkuratnik V.L., Zaytsev M.G., Oshkin R.O. Changes in properties and state of coal exposed to freeze-thaw weathering: Evidence from thermally induced acoustic emission. Earth's Cryosphere. 2018. Vol. 22. N 4, p. 76-85. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2018-4(76-85)
- Jin-wen, Zhao Yang-Sheng, Wan Zhi-jun, Dong Fu-ke, Feng Zi-jun, Li Yi. Experimental study of acoustic emission characteristics of granite thermal cracking under middle-high temperature and triaxial stress. Rock and Soil Mechanics. 2009. N 30(11), p. 3331-3336.
- Zhang Z.Z., Xu X.L., Sun Q.P., Dong Y. Effect of Thermal Treatment on Fractals in Acoustic Emission of Rock Material. Advances in Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 2016. Article ID 6309856, p. 9. DOI: 10.1155/2016/6309856
- Sheinin V.I., Levin B.V., Blokhin D.I., Favorov A.V. Identification of nonstationary changes in stress state of geomaterials by infrared radiometry data. Journal of Mining Science. 2003. Vol. 39. Iss. 5, p. 431-437. DOI: 10.1023/B:JOMI.0000029305.43373.5f
- Kireev S.B., Litvinenko V.S., Telegin A.N. The modern technology of seismic prospecting with the use of reflection method applied to oil and gas exploration. 6-th Saint Petersburg International Conference and Exhibition on Geosciences 2014: Investing in the Future, 2014, p. 242-246.
- Likai Zhu, Volker C. Radeloff, Anthony R. Ives. Characterizing global patterns of frozen ground with and without snow cover using microwave and MODIS satellite data products. Remote Sensing of Environment. 2017. Vol. 191, p. 168-178. DOI: 10.1016/j.rse.2017.01.020
- Shkuratnik L.V., Novikov E.A. Thermally stimulated acoustic emission of rocks as a promising tool of geocontrol. Gornyi Zhurnal. 2017. N 6, p. 21-26. DOI: 10.17580/gzh.2017.06.04
- Shkuratnik V.L., Novikov E.A. Physical modeling of the grain size influence on acoustic emission in the heated geomaterials. Journal of Mining Science. 2012. Vol. 1. N 48, p. 9-14. DOI: 10.1134/S1062739148010029
- Shkuratnik V.L., Oshkin R.O., Zaitsev M.G. Effect of the Stress-Strain State of Sandy-Clay Soils on Their Thermally Stimulated Acoustic Emission. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2017. Vol. 54. Iss. 2, p. 81-86. DOI: 10.1007/s11204-017-9438-4
- Song-Tao Zhai, Gang Wu, Yuan Zhang. Research on Characteristics of Microstructure and Acoustic Emission of Marble in the Heating Process. International Society for Rock Mechanics, SINOROCK. 18-20 June, 2013. Shanghai, China, p. 245-250. DOI: 10.17580/gzh.2017.06.04