Физические признаки стадий процесса накопления дефектов при деформировании горных пород

Abstract

Проведен анализ результатов лабораторных экспериментов по деформированию горных пород и натурных измерений на действующем горном предприятии. Показано, что в рассмотренных экспериментах выделяются две стадии дефектообразования. Анализ энергетических распределений сигналов акустической эмиссии показал, что на первой стадии распределение имеет экспоненциальный вид. Происходит хаотичное образование дефектов по всему объему. На второй стадии появляются пространственные области, в которых система переходит в состояние самоорганизованной критичности. Наблюдается локализация дефектообразования. Энергетическое распределение сигналов акустической эмиссии становится степенным. С помощью компьютерного моделирования был проведен расчет напряжений в ансамблях дефектов одинакового и существенно различающегося размера. Обнаружены «опасные» конфигурации дефектов, развитие которых приводит к образованию дефектов, способных к саморазвитию даже в условиях постоянной нагрузки, что ведет к появлению магистральной трещины. Предложенный нами подход позволяет понять физическую основу многостадийного характера процесса дефектообразования. Показано, что функциональный вид энергетического распределения сигналов АЭ на ранних этапах нагружения позволяет выделить пространственную область образца, в которой в дальнейшем произойдет локализация дефектообразования, приводящая к макроразрушению.