Геофизические исследования: статья

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ДАННЫМ ТРЕХОСНЫХ ИСПЫТАНИЙ
И.А. ГАРАГАШ1
Н.В. ДУБИНЯ1
О.А. РУСИНА2,1
С.А. ТИХОЦКИЙ1
И.В. ФОКИН1
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Журнал: Геофизические исследования
Том: 19
Номер: 3
Год: 2018
Страницы: 57-72
УДК: 539.3, 539.4.01
DOI: 10.21455/gr2018.3-4
Ключевые слова: геомеханическое моделирование, прочностные свойства горных пород, неассоциированный закон пластического течения, переменный угол внутреннего трения
Аннотация: Работа посвящена применению закона неассоциированного пластического течения для описания деформационных процессов, протекающих в подверженных внешним нагрузкам горных породах. Сформулированы определяющие соотношения, характеризующие деформацию горной породы, находящуюся за пределом упругости. Использована концепция изменяющегося угла внутреннего трения породы как функции накопленной пластической деформации. В рамках сформулированной модели описаны кривые “напряжение-деформация”, полученные в результате трехосных тестов, проведенных на образцах трещиноватых горных пород. Показано, что использование закона неассоциированного пластического течения позволяет более точно описывать экспериментальные кривые по сравнению со стандартными методиками обработки аналогичных экспериментальных данных, например, при использовании критерия Кулона-Мора. На численном примере продемонстрировано образование полос локализации пластической деформации, наблюдаемое и в реальных геологических условиях. Предложен механизм, согласно которому необратимая деформация накапливается в горной породе при ее деформировании в пластической области за счёт образования новых трещин, а также активизации и развития трещин, существовавших в породе до начала деформационного процесса. Показана тенденция развития трещиноватости: в условиях трехосного нагружения цилиндрического образца горной породы активизируются трещины, нормали к которым составляют с осью образца определенный угол. Модель изменяющегося угла внутреннего трения позволяет качественно и количественно описать, какие именно трещины могут развиваться в образце в каждый момент деформационного процесса. Сформулированная и проверенная на экспериментальных данных модель деформирования трещиноватых горных пород под воздействием внешних напряжений может быть использована для более корректного описания реологии породы при решении задач геомеханики.