Влияние прямого теплового воздействия на трещинообразование в одноосно сжатых образцах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В ряде опубликованных работ высказывалось предположение, что влияние электромагнитного воздействия на сейсмический режим в натурных условиях или на процесс трещинообразования в лабораторных экспериментах может быть объяснено ролью джоулева нагрева при прохождении электрического тока через флюидонасыщенные горные породы. Нагрев флюида в поровом пространстве может приводить к росту давления флюида в порах и трещинах, что, в свою очередь, может стимулировать дополнительное растрескивание твердого скелета и снижение прочности горной породы. В данной работе с целью выявления роли теплового фактора на процесс трещинообразования горных пород представлены результаты прямого нагрева образцов искусственного песчаника в условиях одноосного сжатия. Образцы были взяты из той же партии, которая ранее изучалась в экспериментах по влиянию прохождения электрического тока через образец на характеристики акустической эмиссии (АЭ) и на процесс его разрушения. Тепловой поток в представленных экспериментах подводился к противоположным боковым граням образца с помощью элементов Пельтье, представляющих собой обратный термоэлектрический преобразователь. Плотность теплового потока на поверхности образца достигала почти 104 Вт/м2; локальная температура наружной поверхности образца вблизи нагревательного элемента повышалась в процессе нагрева на 10–15°С в зависимости от длительности включения тока. Эксперименты показали, что даже при столь значительных тепловых потоках влияние нагрева проявляется лишь при нагрузках, близких к разрушающим (Kp ≥ 0.95–0.97). Эффект нагрева проявлялся в том, что процесс трещинообразования в образце интенсифицировался, а сам образец постепенно переходил в запредельное состояние и, в конце концов, разрушался. При меньших нагрузках прямой нагрев образца не оказывает заметного эффекта на процесс трещинообразования.

Об авторах

В. А. Зейгарник

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: zeigarnik@ihed.ras.ru
г. Москва, Россия

В. А. Новиков

Объединенный институт высоких температур РАН; Институт динамики геосфер им. М.А.Садовского

Email: novikov@ihed.ras.ru
г. Москва, Россия; г.Москва, Россия

В. Н. Ключкин

Объединенный институт высоких температур РАН

г. Москва, Россия

В. И. Окунев

Объединенный институт высоких температур РАН

г. Москва, Россия

Список литературы

  1. Богомолов Л.М., Мубассарова В.А., Закупин А.С., Пантелеев И.А., Сычев В.Н. К вопросу о механизмах влияния электромагнитных полей на микронеупругость деформируемых геоматериалов и геосред. Тезисы докладов Седьмого международного симпозиума “Проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов”. Бишкек. 2017. С. 220.
  2. Богомолов Л.М. О механизме электромагнитного влияния на кинетику микротрещин и электростимулированных вариациях акустической эмиссии породных образцов // Физическая мезомеханика. 2010. Т. 13. № 3. С. 39–56.
  3. Богомолов Л.М. Как электромагнитные импульсы влияют на разрывообразование на разных структурно-масштабных уровнях (Физика энерговоздействия). Триггерные эффекты в геосистемах. Материалы Всероссийского Семинара-совещания. 2010. Москва. ИДГ РАН. М.: ГЕОС. 2010а. С. 52–61.
  4. Богомолов Л.М., Закупин А.С., Каменев П.А., Мубассарова В.А., Пантелеев И.А., Сычев В.Н. К вопросу о механизмах влияния электромагнитных полей на микронеупругость деформируемых геоматериалов и геосред. Тезисы докладов Седьмого международного симпозиума “Проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов”. Бишкек. 2017. С. 220.
  5. Бучаченко А.Л. Микроволновое стимулирование дислокаций и магнитный контроль очага землетрясений // Успехи физических наук. 2019. Т. 189. № 1. С. 47–54.
  6. https://doi.org/10.3367/UFNr.2018.03.038301. [Buchachenko A.L. Mikrowave stimulation of dislocations and the magnetic control of earthquake core //Physics Uspekhi. 2019. V. 62. № 3. P. 46–53. https://doi.org/10.3367/UFNe.2018.03.038301]
  7. Гохберг М.Б., Колосницын Н.И. Триггерные механизмы землетрясений. Триггерные эффекты в геосистемах. Материалы Всероссийского Семинара-совещания. 2010. Москва. ИДГ РАН. М.: ГЕОС. 2010. С. 42–51.
  8. Закупин А.С., Авагимов А.А., Богомолов Л.М. Отклики акустической эмиссии геоматериалов на воздействие электроимпульсов при различных величинах сжимающего напряжения // Физика Земли. 2006. № 10. С. 43–50.
  9. Зейгарник В.А., Богомолов Л.М., Новиков В.А. Электромагнитное инициирование землетрясений: Полевые наблюдения, лабораторные эксперименты и физические механизмы (Обзор) // Физика Земли. 2022. № 1. С. 35–66. https://doi.org/10.31857/S2333722010100
  10. Зейгарник В.А., Ключкин В.Н., Окунев В.И. Влияние электрического тока на акустическую эмиссию механически нагруженных образцов искусственного песчаника // Успехи прикладной физики. 2018. Т. 6. № 3. С. 199–208.
  11. Зейгарник В.А., Ключкин В.Н., Окунев В.И. Спектральный состав акустических сигналов образцов искусственного песчаника в условиях одноосного нагружения // Сейсмические приборы. 2022. Т. 58. № 4. С. 144–159. https://doi.org/10.21455/si2022.4-9/
  12. Зейгарник В.А., Конев Ю.Б., Новиков В.А. Тепловое действие мощного тока на флюидонасыщенные пористые среды. Tриггерные эффекты в геосистемах. Материалы Всероссийского семинара-совещания. Институт динамики геосфер РАН / В.В. Адушкин, Г.Г. Кочарян (ред.). М.: ГЕОС. 2010. С. 202–209.
  13. Лапшин В.Б., Патонин А.В., Пономарев. А.В., Потанина М.Г., Смирнов В.Б., Строганова С.М. Инициация акустической эмиссии в обводненных образцах песчаника // Докл. РАН. 2016. Т. 469. № 1. С. 97–101. doi: 10.7868/S0869565216190191
  14. Мубассарова В.А., Богомолов Л.М., Закупин А.С., Пантелеев И.А. Вариации акустической эмиссии и деформации горных пород при триггерных воздействиях электромагнитных полей (обзор). Часть 1 // Геосистемы переходных зон. 2019. Т. 3. № 2. С. 155–174. doi: 10.30730/2541-8912.2019.3.2.155-174
  15. Новиков В.А., Кульков Д.С., Паров С.В., Горынин И.П. Тепловой механизм электромагнитного инициирования землетрясений: численные оценки и лабораторные исследования // Наука и технологические разработки. 2023. Т. 102. № 2/3. С. 89–12. https://doi.org/10.21455/std2023.2-3-4
  16. Пантелеев И.А., Мубассарова В.А., Дамаскинская Е.Е., Богомолов Л.М., Наймарк О.Б. Влияние слабого электрического поля на пространственно-временную динамику акустической эмиссии при одноосном сжатии гранита. Триггерные эффекты в геосистемах (Москва, 16–19 июня 2015 г.): материалы Третьего Всероссийского семинара-совещания / В.В. Адушкин, Г.Г. Кочарян (ред.). М.: ГЕОС. 2015. С. 244–252.
  17. Пантелеев И.А., Новиков В.А., Окунев В.И. Пространственно-временные закономерности акустического отклика модельного протяженного разлома на флюидные и электрические воздействия // Динамические процессы в геосферах. 2024. Т. 16. № 3. С.102–113. https://doi.org/10.26006/29490995_2024_16_3_102
  18. Ржевский В.В., Ямщиков В.С., Шкуратник В.Л. Термоэмиссионные эффекты памяти в горных породах // Докл. АН СССР. 1985. Т. 283. № 4. С. 843–845.
  19. Ростовский Н.С. Перколяционная модель изменения электропроводности и проницаемости пористой насыщенной среды при пропускании через нее импульсного или переменного электрического тока. Динамика многофазных сред. IX Всесоюзный семинар. Якутск.1988 / Фомин В.М. (ред.). Новосибирск. 1989. С.180–185.
  20. Ростовский Н.С., Селяков В.И. Влиние микронеоднородности среды на закон фильтрации // Изв. АН СССР. Сер. Механика жидкости и газа. № 2. 1989. С. 84–94.
  21. Ростовский Н.С. Изменение проводимости микронеоднородных сред при пропускании через них электрического тока. Дис… канд. физ.-мат. наук. М.: Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта. 1990. 174с.
  22. Тетельмин В.В. Энергетический анализ особенностей глобального потепления и его последствий // Вестник Российской академии естественных наук. 2023. №3. С. 91–99.
  23. Шимелевич М.И., Оборнев Е.А., Фельдман И.С., Новиков В.А. Численное моделирование вариаций электромагнитных полей при формировании разрыва по разлому перед землетрясением // Известия вузов. Геология и разведка. 2017. № 6. С. 42–48.
  24. Akdag S., Karakus M., Tahery A., Nguyen G., Manchaoet H. Effect of thermal damage on strain burst mechanism for brittle rocks under true-triaxial loading conditions // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2018. V. 51(6), P. 1657–1682. https://doi.org/10.1007/s00603-018-1415-3
  25. Bogomolov L.M., Zakupin A.S., Sychev V.N. Electric impacts on the Earth’s crust and variations in weak seismicity. 2011. Lambert Academic Publishing, Saarbruken. ISBN: 978-3-8465-14.
  26. Elkhoury J.E., Niemeijer F., Brodsky E.E., Marone C. Laboratory observations of permeability enhancement by fluid pressure oscillation of in situ fractured rock // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. B02311. doi: 10.1029/2010JB007759
  27. Freund F. Time-resolved study of charge generation and propagation in igneous rocks // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. B5. P. 11001–11020.
  28. Guo P., Wu S.C., Zhang G., Chu C. Effects of thermally-induced cracks on acoustic emission characteristics of granite under tensile conditions // Int. J. Rock Mechanics and Mining. Sciences. 2021. V. 144(1–3). P. 104820. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2021.104820
  29. Novikov V.A., Okunev V.I., Klyuchkin V.N., Liu J., Ruzhin Yu.Ya., Shen X. Electrical triggering of earthquakes: results of laboratory experiments at spring-block models // Earthquake Science. 2017. V. 30. № 4. P. 167–172. doi: 10.1007/s11589-017-0181-8
  30. Schmitt S.V., Segal P., Matsuzava T. Shear heating-induced thermal pressurization during earthquake nucleation // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. B06308. doi: 10.1029/2010JB008035
  31. Zeigarnik V., Kliuchkin V., Okunev V. Destruction of Artificial Sandstone Samples in a State Close to Unstable with Electrical Pulses / Kocharyan G., Lyakhov A. (eds). Trigger Effects in Geosystems. 2019. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer. Cham. P. 207–217.
  32. Zhang X.P., Wong L.N.Y. Cracking processes in rock-like material containing a single flaw under uniaxial compression: a numerical study based on parallel bonded-particle model approach // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2012. V. 45. P. 711–737. https://doi.org/10.1007/s00603-011-0176-z
  33. Zhao J., Sun W., Luo H., Wu S., Hou Z. Effect of thermal treatment on microcracking characteristics of granite under tensile condition based on bonded-particle model and moment tensor // Scientific Reports. 2024. V. 14(1). P. 8806. DOI: 10:1038/s41598-024-59470-0
  34. Zhao Z.H. Thermal influence on mechanical properties of granite: a micro-cracking perspective // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016. V. 49. P 1293–1303. doi: 10.1007/s00603-015-0767-1

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».