О необходимости совершенствования методов трехосных испытаний при исследовании механического поведения соляных пород и геоматериалов
- 1 — аспирант Белорусский государственный университет ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
- 2 — д-р физ.-мат. наук заведующий кафедрой Белорусский государственный университет ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
- 3 — канд. техн. наук руководитель управления ООО «ПроТех Инжиниринг» ▪ Orcid ▪ Elibrary
Аннотация
Рассматривается необходимость совершенствования стандартных методов трехосных испытаний для описания механического поведения соляных пород. Трехосные испытания являются важным инструментом для определения прочностных и деформационных характеристик горных пород, однако существующие стандарты часто не учитывают специфические особенности солей, такие как значительная пластичность, ползучесть, чувствительность к температурным изменениям, способность залечивания дефектов. В работе подчеркивается критическая важность учета больших деформаций и изменений объема образцов в ходе испытаний, что позволяет более точно моделировать поведение соляных пород. Предлагается введение в стандарты известных коррекционных уравнений для учета объемных деформаций и использования меры деформации Генки. Результаты экспериментальных исследований образцов природных соляных пород и техногенных геоматериалов на их основе демонстрируют существенные погрешности в определении напряженно-деформированного состояния при применении традиционных методов обработки данных без учета специфики солей. Выводы работы предполагают необходимость пересмотра существующих стандартов на трехосные испытания с учетом предложенных подходов, что позволит повысить точность и воспроизводимость данных, критически важных для математического моделирования геомеханических процессов и проектирования в целом.
Литература
- Карев В.И., Химуля В.В., Шевцов Н.И. Экспериментальные исследования процессов деформирования, разрушения и фильтрации в горных породах // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2021. № 5. С. 3-26. DOI: 10.31857/S0572329921050056
- Hunsche U., Albrecht H. Results of true triaxial strength tests on rock salt // Engineering Fracture Mechanics. 1990. Vol. 35. Iss. 4-5. P. 867-877. DOI: 10.1016/0013-7944(90)90171-C
- Ильинов М.Д., Петров Д.Н., Карманский Д.А., Селихов А.А. Аспекты физического моделирования процессов структурных изменений образцов горных пород при термобарических условиях больших глубин // Горные науки и технологии. 2023. Т. 8. № 4. С. 290-302. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-09-150
- Ставрогин А.Н., Тарасов Б.Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб: Наука, 2001. 343 с.
- Shi-Yuan Li, Urai J.L. Rheology of rock salt for salt tectonics modeling // Petroleum Science. 2016. Vol. 13. Iss. 4. P. 712-724. DOI: 10.1007/s12182-016-0121-6
- Ильинов М.Д., Карташов Ю.М., Карманский А.Т., Козлов В.А. Влияние нарушенности горных пород на их реологические свойства // Записки Горного института. 2010. Т. 185. С. 31-36.
- Аптуков В.Н., Волегов С.В. Моделирование процесса формирования остаточных напряжений и поврежденности в образцах соляных пород, полученных из керна // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2020. № 3. С. 3-11. DOI: 10.15372/FTPRPI20200301
- Hunsche U. Uniaxial and Triaxial Creep and Failure Tests on Rock: Experimental Technique and Interpretation // Visco-Plastic Behaviour of Geomaterials. Springer, 1994. P. 1-53. DOI: 10.1007/978-3-7091-2710-0_1
- Тавостин М.Н., Кошелев А.Е., Осипов Ю.В. Исследование физико-механических свойств каменной соли с учетом предварительного всестороннего нагружения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. № 2. С. 89-96.
- Wolters R., Sun-Kurczinski J.Q., Düsterloh U. et al. WEIMOS: Laboratory investigation and numerical simulation of damage reduction in rock salt // The Mechanical Behavior of Salt X. CRC Press, 2022. P. 190-199. DOI: 10.1201/9781003295808-18
- Lüdeling C., Günther R.-M., Hampel A. et al. WEIMOS: Creep of rock salt at low deviatoric stresses // The Mechanical Behavior of Salt X. CRC Press, 2022. P. 130-140. DOI: 10.1201/9781003295808-13
- Suggested methods for determining the strength of rock materials in triaxial compression: Revised version // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1983. Vol. 20. Iss. 6. P. 285-290. DOI: 10.1016/0148-9062(83)90598-3
- Aydan Ö., Ito T., Özbay U. et al. ISRM Suggested Methods for Determining the Creep Characteristics of Rock // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2014. Vol. 47. Iss. 1. P. 275-290. DOI: 10.1007/s00603-013-0520-6
- La Rochelle P., Leroueil S., Trak B. et al. Observational Approach to Membrane and Area Corrections in Triaxial Tests // Advanced Triaxial Testing of Soil and Rock. ASTM International, 1988. P. 715-731. DOI: 10.1520/STP29110S
- Lade P.V. Triaxial Testing of Soils. Wiley-Blackwell, 2016. 432 p. DOI: 10.1002/9781119106616
- Паньков И.Л., Морозов И.А. Деформирование соляных пород при объемном многоступенчатом нагружении // Записки Горного института. 2019. Т. 239. С. 510-519. DOI: 10.31897/PMI.2019.5.510
- Асанов В.А., Барях А.А., Жигалкин В.М. и др. Лабораторное исследование деформирования соляных пород // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 1. С. 14-18.
- Guan Wang, Wei Xing, Jianfeng Liu, Lingzhi Xie. Comparison of Triaxial Compression Short-Term Strength Tests and Data Processing Methods for Rock Salt // Clean Energy Systems in the Subsurface: Production, Storage and Conversion. Springer, 2013. P. 305-315. DOI: 10.1007/978-3-642-37849-2_25
- Renbo Gao, Fei Wu, Jie Chen et al. Accurate characterization of triaxial deformation and strength properties of salt rock based on logarithmic strain // Journal of Energy Storage. 2022. Vol. 51. № 104484. DOI: 10.1016/j.est.2022.104484
- Yu Bian, Jianfeng Liu, Guosheng Ding et al. Different Methods to Evaluate Strength from Compression Tests for Rock Salt // Clean Energy Systems in the Subsurface: Production, Storage and Conversion. Springer, 2013. P. 281-291. DOI: 10.1007/978-3-642-37849-2_23
- Rouabhi A., Labaune P., Tijani M. et al. Phenomenological behavior of rock salt: On the influence of laboratory conditions on the dilatancy onset // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019. Vol. 11. Iss. 4. P. 723-738. DOI: 10.1016/j.jrmge.2018.12.011
- Карасев М.А., Селихов А.А., Бычин А.К. Лабораторные исследования и анализ математических моделей деформирования раздробленных соляных пород // Известия Уральского государственного горного университета. 2023. Вып. 4 (72). С. 94-105. DOI: 10.21440/2307-2091-2023-4-94-105
- Hinze M., Sinan Xiao, Schmidt A., Nowak W. Experimental evaluation and uncertainty quantification for a fractional viscoelastic model of salt concrete // Mechanics of Time-Dependent Materials. 2023. Vol. 27. Iss. 1. P. 139-162. DOI: 10.1007/s11043-021-09534-9
- Sturm P., Moye J., Gluth G.J.G. et al. Properties of alkali-activated mortars with salt aggregate for sealing structures in evaporite rock // Open Ceramics. 2021. Vol. 5. № 100041. DOI: 10.1016/j.oceram.2020.100041
- Jantschik K., Czaikowski O., Moog H.C., Wieczorek K. Investigating the sealing capacity of a seal system in rock salt (DOPAS project) // Kerntechnik. 2016. Vol. 81. Iss. 5. P. 571-585. DOI: 10.3139/124.110721
- Барях А.А., Константинова С.А., Асанов В.А. Деформирование соляных пород. Екатеринбург: УрО РАН, 1996. 204 с.
- Хлопцов В.Г., Семёнова М.В., Хлопцов Д.В. Механические свойства каменной соли. Москва; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2022. 104 с.
- Карасев М.А., Селихов А.А., Бычин А.К. Лабораторное исследование закладочного материала на основе галитовых отходов // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2023. № 23. С. 180-188. DOI: 10.26160/2658-3305-2023-23-180-188
- Осипов Ю.В., Вознесенский А.С. Определение реологических свойств бишофита по данным трехосных испытаний // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2022. № 6. С. 15-26. DOI: 10.15372/FTPRPI20220602
- Козловский Е.Я., Журавков М.А. Исследование напряженно-деформированного состояния различных типов крепи шахтного ствола в массиве карналлитовых пород // Механика машин, механизмов и материалов. 2023. № 2 (63). С. 53-60. DOI: 10.46864/1995-0470-2023-2-63-53-60
- Аптуков В.Н., Волегов С.В. Моделирование процесса деформирования и разрушения образцов соляных пород при сжатии // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. 2017. Вып. 3 (38). С. 49-54. DOI: 10.17072/1993-0550-2017-3-49-54
- Karasev M.A., Protosenya A.G., Katerov A.M., Petrushin V.V. Analysis of shaft lining stress state in anhydrite-rock salt transition zone // Rudarsko-geološko-naftni zbornik. 2022. Vol. 37. № 1. P. 151-162. DOI: 10.17794/rgn.2022.1.13
- Труфанов А.Н., Ростовцев А.В. Актуальные изменения в области стандартов по определению механических характеристик грунтов // Международный строительный конгресс. Наука. Инновации. Цели. Строительство: Сборник тезисов докладов. М.: НИЦ «Строительство», 2023. С. 118-119. DOI: 10.37538/2949-219Х-2023-118-119
- Ильинов М.Д., Коршунов В.А., Поспехов Г.Б., Шоков А.Н. Комплексные экспериментальные исследования механических свойств горных пород: проблемы и пути их решения // Горный журнал. 2023. № 5. С. 11-18. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.02