Подать статью
Стать рецензентом
Том 276 Вып. 2
Страницы:
157-169
В печати

О необходимости совершенствования методов трехосных испытаний при исследовании механического поведения соляных пород и геоматериалов

Авторы:
Е. Я. Козловский1
М. А. Журавков2
С. И. Богдан3
Об авторах
Дата отправки:
2024-08-26
Дата принятия:
2025-07-16
Дата публикации онлайн:
2025-12-03

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.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
лабораторные испытания трехосные испытания соляные породы механика горных пород стандарты
Перейти к тому 276

Литература

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. Ставрогин А.Н., Тарасов Б.Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб: Наука, 2001. 343 с.
  5. 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
  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.
  7. 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
  8. 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
  9. 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.
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. Lade P.V. Triaxial Testing of Soils. Wiley-Blackwell, 2016. 432 p. DOI: 10.1002/9781119106616
  16. 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
  17. 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.
  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
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. Барях А.А., Константинова С.А., Асанов В.А. Деформирование соляных пород. Екатеринбург: УрО РАН, 1996. 204 с.
  27. Хлопцов В.Г., Семёнова М.В., Хлопцов Д.В. Механические свойства каменной соли. Москва; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2022. 104 с.
  28. 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
  29. 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
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. 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
  34. 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

Похожие статьи

Полигенность алмазов из отложений карнийского яруса Булкурской антиклинали северо-востока Сибирской платформы
2025 А. М. Логвинова, С. С. Угапьева, Е. И. Николенко, А. О. Серебрянников, В. П. Афанасьев
Результаты исследования петрофизических свойств, механических и прочностных характеристик калькаренитовых пород
2025 Дж. Ф. Андриани
Гранулометрия в рамках кинематической теории преобразования открытых систем
2025 И. А. Мельник
Прогноз предельного состояния и дилатансии пород вокруг горных выработок
2025 А. Г. Протосеня, М. А. Карасев, Н. А. Беляков, П. К. Тулин
Особенности и информативные возможности раннерадиального режима на КВД в горизонтальных скважинах с близко расположенными трещинами МГРП
2025 Т. А. Абрамов, И. М. Индрупский
Условия кристаллизации хлоридов при скважинной эксплуатации предельно насыщенных литиеносных рассолов на юге Сибирской платформы
2025 А. В. Сергеева, А. В. Кирюхин, А. Г. Вахромеев, С. Б. Коротков, М. А. Данилова, Е. В. Карташева, А. А. Кузьмина, М. А. Назарова