Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

Для удельной вязкой диссипации можно принять такое предположение:

гО? , (1.190)

Вязкий тип роста трещины (разлома) выявляется при достаточно долгом времени наблюдения и типичен для ползучего роста разломов земной коры.

Как можно показать, для более низкой скорости ползучей трещины нужна более низкая концентрация напряжений.

Критические значения коэффициента концентрации напряжений для других типов (мод) трещинообразования приводят к параметрам трещиностойкости, независимым от Kc(d-

Так, для мелкозернистого песчаника

кл1) = \Л1МПа4м, но его сдвиговая трещиностойкость составляет kcill) = 4,75мпа4м.

Критические значения коэффициентов концентрации являются функциями давления обжатия. Так, для известняков

К с (/) = 0.93 {МПа4м) при р < 20 МПа,

К, (/) - {0.93 + 0.07(р - 20 МПа)} {МПа4)

при р > 20 МПа. Подобный эффект связан с локализованной пластической диссипацией у вершины трещины, если материал разрушен до гранулированного состояния, или с сухим трением вдоль бортов трещины.

1.5.6. РАЗРУШЕНИЕ ПРИ ТРЕХОСНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

Общая зависимость прочности горных пород от давления и температуры будет обсуждаться в гл.6, где представлены данные 70

о трехосных испытаниях. Так как в горных породах несложно увидеть остаточную поврежденность и установить тип трещин, характер их разрушения изучен даже подробнее, чем в случае сыпучих сред.

Сила, прилагаемая испытательной машиной к образцу породы, в самый момент разрушения резко уменьшается. Амплитуду спада называют сбросом напряжений. Если сброс напряжений отличен от нуля, то макроразрушение считается хрупким. Если сброса нет, то макроразрушение можно считать пластическим (хотя микроповрежденность может возникать еще хрупким образом). Поэтому переход от хрупкого разрушения к пластическому происходит с ростом давлений и температур и, оцениваемый по реакции испытательной машины, не совпадает с таким же переходом, отмечаемым по наличию трещин хрупкого разрушения при финитном состоянии образцов (см. гл.6).

Иногда мгновенный сброс напряжений носит характер взрыва, и его называют взрывным, что не совсем верно, поскольку вьщелившаяся энергия зависит не только от достигнутого напряжения, но и от пути, пройденного нагружающим поршнем. Приращения этого пути ограничиваются самой испытательной машиной. Если деформации малы, то процесс разрузки происходит гладко. Он зависит также от формы образца и типа нагружения. Особо интенсивные удары (сбросы) возникают при кручении дискообразных образцов.

Количественные данные о несущей способности испытуемого образца в момент разрушения называют прочностью геоматериала. Иногда она не соответствует максимальной несущей способности (из-за запаздывания локализации внутренней пов-режденности в макротрещину, нарушающую его целостность).

Методами прозвучивания и акустической эмиссии было установлено, что трещины начинают появляться при достижении предела упругости, который значительно ниже поверхности (паспорта) прочности.Так, сигналы акустической эмиссии появляются повторно только после того, как напряжение достигнет уровня предьщущего нагружения (эффект Кайзера). В силу неизбежного раскрытия пустот или трещин в большинстве геоматериалов, что связано с их поликристаллической микроструктурой, этот предел можно назвать также дилатан-сионным пределом. Количественное описание такого сложного хрупкого поведения геоматериалов отражается и на данных, приведенных в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Основные параметры прочности некоторых геоматериалов (при Т = О" С)

Рис. 1.23. Динамические (1), (3) и статические (2), (4)

дилатансионные кривые в условиях обжатия (1), (2) и при нулевом боковом давлении (3), (4); [а\ = 1000 фунт/кв. дюйм [157]

Согласно некоторым экспериментам, динамическая прочность значительно превышает статическую прочность, если скорости деформирования достигают значений, характерных для взрывов, лазерных или электронных импульсов. Однако такое различие можно объяснить существованием предельной скорости роста трещины (см. разд. 5.1).

Эффект предельной скорости был замечен для индивидуальных трещин [92]. Он влияет и на дилатансионные изменения внутренней пустотности горных пород и грунтов (рис. 1.23). Заметим, что скольжение вдоль бортов существующих трещин также имеет предельную скорость [151].