ПРИЧИНИ ТА МЕХАНІЗМ РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД

Abstract

Мета. Основною метою роботи є встановлення причин і розроблення деформаційного передвісника руйнування гірських порід. Методика. В роботі наведено лабораторні експериментальні дані щодо деформування та руйнування гірських порід в об’ємному напруженому стані на установці нерівнокомпонентного об’ємного стискання конструкції Донецького фізико-технічного інституту Національної академії наук України (далі – ДонФТІ НАН України). Проаналізовано умови виникнення резонансних явищ за деформування та руйнування гірських порід. Результати. Показано, що гірські породи є класичними ауксетиками, в яких пружні показники в процесі механічного навантаження змінюють величину та знак. Характерні деформації, за яких пружні характеристики змінюють свою величину, є квантованими й постійними для всіх матеріалів. Показано, що приріст деформацій є знакоперемінним, що підкреслює хвильовий характер деформації. В процесі деформації виділено чотири характерних етапи, притаманних усім породам незалежно від виду напруженого стану й величини всестороннього тиску. Передвісником руйнування є резонансне зростання амплітуди приросту лінійних і зсувних деформацій на третьому етапі внаслідок подвійного вихро-хвильового резонансу по швидкості, розмірах структур і частоті. У разі зрівняння за величиною модулів зсуву й об’ємного стискання (швидкості власного коливання часток породи та швидкості звуку в середовищі) виникає ударна хвиля й динамічне руйнування. За відсутності резонансу по швидкості спостерігається «повільна» течія. Наукова новизна. Вперше показано, що пружні характеристики гірських порід не є константами матеріалу, а є структурно чутливими характеристиками опору деформації, що змінюються за величиною й за знаком під час механічного навантаження; зсувні деформації мають ротаційний характер. У процесі деформування гірських порід спостерігаються чотири характерних етапи. З точки зору руйнування найбільш цікавим є третій етап – резонансне зростання приросту максимальної, мінімальної та зсувної деформації. Коли модуль об’ємного стискання дорівнює модулю зсуву, виникає антирезонанс й ударна хвиля. Без ударної хвилі матеріал просто тече. Практичне значення – резонансне зростання амплітуди приросту максимальної, мінімальної та зсувної деформації є критерієм руйнування взагалі й динамічного руйнування зокрема, що на практиці може використовуватися як передвісник або прогнозний критерій руйнування