загрузка...

Комплексные исследования динамики физических свойств образцов при длительном сжатии


Сопоставление изменений ряда параметров образцов во время длительных испытаний [Виноградов, Мирзоев, Саломов, 1974; Кольцов, Пономарев, Салов и др., 1984; Жуков, Изюмов, Кузьмин, 1990; Жуков, Кузьмин, Салов, 1991а и 19916; Жуков, Кузьмин, 20036] не только дает уникальную информацию о характере протекания процессов деформации в образцах горных пород, но и может быть использовано для интерпретации данных полевых геофизиче- 132

ских наблюдений, проводимых в регионах с квазистатическим характером региональных тектонических напряжений.
Для получения такого рода информации были проведены эксперименты с одновременной регистрацией общей и локальных деформации, активности акустической эмиссии (эксперимент 16) и разности естественных электрических потенциалов на поверхности образца (эксперимент 25).
Длительные исследования измерений разности естественных электрических потенциалов осуществляли с помощью графито- парафиновых электродов, замкнутых попарно на сопротивление 200 кОм. При этом регистрировалась разность потенциалов, возникающая при прохождении тока через шунтирующее сопротивление. Изменение силы тока при этом отражало изменение разности естественных потенциалов между электродами, что позволило следить за их изменениями во времени.
В процессе испытаний образцов регистрировали количество сигналов в единицу времени, или активность АЭ в диапазоне частот 100 кГц 1 МГц [Жуков, Кузьмин, Салов, 1991]. Интервал накопления импульсов составлял 20 с. Приемниками сигналов служили пьезокерамические датчики с собственной частотой 500 кГц. Сигналы усиливались широкополосным усилителем и подавались на вход дискриминатора [Кольцов, Пономарев, Салов и др., 1984]. На выходе дискриминатора появлялся нормированный по амплитуде и длительности сигнал, если одновременно выполнялись следующие требования: а) величина входного сигнала превышает заранее заданный пороговый уровень, б) количество превышений уровня за 50 мкс было не менее 5. Последнее условие позволило отсечь акустические сигналы с частотой менее 100 кГц. Количество импульсов на выходе дискриминатора отображалось цифровым счетчиком, а также регистрировалось самописцами.
Зарегистрированные в процессе длительных испытаний изменения активности акустической эмиссии (АЭ) цельного образца [Жуков, Кузьмин, Салов, 1991] продолжались несколько часов. Активность АЭ достигала величины нескольких десятков импульсов в
секунду, а общее количество импульсов за час достигало 2              4 тыс
(рис. 4.4).
До этих аномалий и после них активность АЭ не превышала фоновых значений 1—2 имп/ч. По характеру проявлений аномалий

АЭ можно предположить, что они вызваны разрушением какой- либо локальной зоны образца с наличием главного толчка, а затем снижением активности во времени. Причем вероятнее всего, что во аномалий АЭ проявляли активность несколько локальных чон что и обусловило сложный характер затухания активности. Подобного типа изменения активности АЭ цельных о разцов при росте нагрузки на них ранее были выявлены С.Д. Виноградовым
л 974 1989).
Также были отмечены периоды аномального всплеска акусти- ческой эмиссии во время проведения эксперимента на ослабленном образце. Количество импульсов достигало нескольких лссягков, первых сотен за час. Продолжительность периода эмиссии имиуль- сов во время этих аномалий короче - несколько минут, и они имеют форму, подобную форме импульсов (рис. 4. ).

Рис 4 4. Изменения активности акустической эмиссии во время длительного постоянного сжатия цельного (а) и ослабленного (о) образцов



Так, аномалия 29 сентября (рис. 4.5), возможно, связана с излучением из нескольких очагов, а аномалии 4 и 6 октября (рис. 4.6) генерированы отдельными локальными зонами.
Сопоставление аномалий АЭ цельного и ослабленного образцов говорит о том, что у цельного образца интенсивность выделения акустических импульсов гораздо выше, чем у ослабленного образца.
Для сопоставления локальных изменений деформационных параметров с повышением активности акустической эмиссии были

Рис. 4.5. Пространственно-временные изменения деформационных параметров при активизации АЭ 29 сентября



использованы значения максимальной (сжатие) и мини
мальной (растяжение -I деформаций, а также их сумма (/
и отношение,              ...1 ‘ для некоторого периода
времени до всплеска активности АЭ и после него.
Изменения локальный деформационных параметров зарегистрированные 29 сентября (см. рие. 4.5) и 6 октября (ем^ рис 4.6), имеют существенно разные характерные при н



alt="" />

зация АЭ, зарегистрированная 29 сентября, имеет вид фонового распределения слабой сейсмичности (см. рис.4.4, б), в то время как активизация АЭ 6 октября имеет явно выраженный характер активизации локальной зоны одной из трещин (аналог разлома).
Определенный интерес вызывает участок XV (см. рис. 4.5), поверхность которого, незадолго до всплеска активности АЭ 29 сентября, испытывает растяжение (увеличение emm), что отражается в росте значений /, но в то же время нет роста значений д. Подобный характер изменений локальных деформационных параметров отмечался и на участках IV и XVI.
Перед всплеском АЭ 6 октября (см. рис. 4.6) были отмечены значительные изменения локальных деформационных параметров, подобные характерным признакам, отражающих процесс подготовки разрушения при росте нагрузки [Соболев, Демин, 1980; Соболев, Кольцов, 1988; Соболев, 1993; Соболев, Пономарев, 2003; Жуков, Кузьмин, 1990].
В частности, незадолго до реализации группы акустических импульсов на участке V происходит резкое уменьшение величины главных максимальной и минимальной деформаций. Амплитуда их локальных изменений достигает 600-10-5 или 0,6 % в течение 80 мин. Существенных изменений площади поверхности (параметра I) и параметра д на этом участке не наблюдалось. Однако на соседнем участке IX поведение локальных деформационных параметров существенно отличается. Так, резкие изменения smax и gmin а также / происходят после всплеска активности АЭ, а сам всплеск сопровождается значительным уменьшением параметра д. В расположенном ниже участке XIII поведение деформационных параметров качественно подобно.
Подводя итоги обсуждения, можно выдвинуть следующий механизм генерации всплеска активности АЭ 6 октября. Источники АЭ, вероятно, находились вблизи участка V, так как там отмечены максимальные изменения егаах и emin до момента увеличения активности АЭ (см. рис. 4.6). Развитие микротрещиноватости, сопровождаемое излучением акустической энергии, могло происходить в направлении участков IX и XIII, что согласуется с характером проведения эксперимента (отсутствие трения на торцах образца облегчало возникновение вертикальных трещин отрыва). Значительные изменения локальных деформаций после реализации всплеска АЭ могут служить признаком разгрузки локальных напряжений в этой

области. Повышенные значения параметра ц перед всплеском АЭ хорошо согласуются с этим предположением.
В процессе длительных испытаний цельного образца отмечены периоды активности акустической эмиссии (АЭ) длительностью несколько часов. Активность АЭ достигала величины нескольких десятков импульсов в секунду, а общее количество импульсов за час достигало 2—4 тыс. Очевидно, они вызваны разрушением локальной зоны образца с наличием главного толчка, а затем снижением активности во времени.
Периоды аномального всплеска АЭ во время проведения эксперимента на ослабленном образце были короче — продолжительность их не превышала нескольких минут — и имели форму импульсов. Интенсивность АЭ достигала нескольких десятков, первых сотен импульсов за час.
Пространственный анализ изменений деформаций и активности АЭ приводит к выводу, что изменения деформационных параметров перед всплеском АЭ проявляются лишь на локальных участках, в непосредственной близости от источников АЭ, и практически не проявляются на других участках и в интегральных деформациях. Отмечены значительные изменения локальнъгх деформационных параметров, предварявших активизацию АЭ. Источники АЭ, очевидно, находились вблизи участка, где были максимальные изменения 8гаах и 8тш до момента увеличения активности АЭ. Развитие микротрещиноватости, сопровождаемое излучением акустической энергии, происходило в направлении соседних участков. Значительные изменения локальных деформаций после реализации всплеска АЭ могут служить признаком разгрузки локальных напряжений в этой области.
Сопоставление изменений во времени активности АЭ и изменений общей продольной деформации образца приводит к выводу об их обратной взаимосвязи: интенсивные изменения деформации не сопровождаются интенсивным выделением АЭ, и, наоборот, интенсивное выделение энергии АЭ не сопровождается изменениями деформационных параметров в условиях длительно действующих квазистатических нагрузок.
Этот результат является экспериментальным подтверждением эмпирических данных о взаимосвязи деформационных и сейсмических процессов, приведенных в первой главе.





Во время длительных испытаний образцов при малой нагрузке (эксперимент 25) регистрировались разности потенциалов между несколькими электродами, размещенными на поверхности одной из граней образца. Из рис. 4.7 видно, что они колебались около уровня 20              30 мВ. Оценка величины силы тока, протекающего че
рез шунтирующее сопротивление 200 кОм, при такой разности потенциалов дает величину порядка 0,1 мкА.
Анализируя временной ход разностей потенциалов, отметим подобие поведенияи модуля Юнга, а также де
формации (см. рис. 4.6 и 4.7) образца. В период времени до 4000 ч во временном ходе              и модуля Юнга также имеются об
щие черты снижение потенциалов и повышение модуля Юнга в периоды 400—1000 ч и 1800—2400 ч.
Интерес представляет и аномальное поведение разности потенциалов до и во время зарегистрированной вариации общей деформации и модуля Юнга (см. рис. 4.3 и 4.7) параметрической природы (4300              4900 ч). Так, при отметке времени 4100 ч произошел
всплескЗатем произошло снижениеи
увеличениеВ период завершения бухты параметрической

деформации после отметки времени 5000 ч наблюдалась повышенная дисперсия как деформации, так и разностей потенциалов.
Представленные выше результаты позволяют утверждать, что в этом случае имеет место устойчивая связь между вариациями электрических потенциалов и деформацией образца. Наиоолее адекватными механизмами такого рода связи могут являться механизмы перераспределения зарядов при трещинообразовании (типа эффекта Степанова, движения заряженных дислокации, электретныи />
эффект).
<< | >>
Источник: Кузьмин Ю.О., Жуков В.С.. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. — 2-е изд., стер.. 2012

Еще по теме Комплексные исследования динамики физических свойств образцов при длительном сжатии:

  1. § 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ
  2. Кузьмин Ю.О., Жуков В.С.. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. — 2-е изд., стер., 2012
  3. КОНКРЕТНОЕ СОЦИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ, МЕТОДЫ, ИНСТРУМЕНТАРИЙ И ПРОЦЕДУРА ИССЛЕДОВАНИЙ В СФЕРЕ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА
  4. § 2. ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ И ДРУГИЕ СВЯЗАННЫЕ С НЕЙ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
  5. Раздел I ТРудовое пРаво: опыТ комплексного исследования
  6. Экономические категории и их динамика при империализме
  7. Существует ли разница в длительности и оплате отпуска при работе с неполным рабочим днем и неполной рабочей неделей?
  8. Глава VI МЕТОДОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ КОНКРЕТНОГО СОЦИОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ В СФЕРЕ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ
  9. Статья 80. Содержание определения суда о назначении экспертизы Статья 81. Получение образцов почерка для сравнительного исследования документа и подписи на документе
  10. § 15. Требования к юридической правоспособности физических лиц. Физическое существование: возникновение и прекращение. Способы доказательства
  11. РАВНОВЕСИЕ ФИРМЫ И ОТРАСЛИ В ДЛИТЕЛЬНОМ ПЕРИОДЕ
  12. 6. Дюрация (длительность)
  13. Чем отличаются продукты от товаров длительного пользования?
  14. 2.1.1 Длительность воздействия фундаментальных факторов
  15. Длительность работы с супружеской парой
  16. 2.2.3. Понятие и признаки промышленного образца
  17. 6. Международные соглашения, касающиеся промышленных образцов
  18. Гаагское соглашение о депонировании промышленных образцов
  19. 2. Законодательство России по патентной охране промышленных образцов