Геологи научились прогнозировать разрушение горных пород
Геологи изучили стадии деформации горных пород. Они нашли критерий, с помощью которого можно заранее определить, когда будет достигнута критическая стадия деформации и порода разрушится. Результаты исследования были опубликованы в журнале Interpretation.
Ученые из МГУ, Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург) и Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН (Пермь) показали, что стадии процесса разрушения (деформации) принципиально разные и отличаются характером накопления дефектов в горной породе.
«Сначала дефекты генерируются случайным образом; их размер определяется типичным структурным элементом материала, таким, как, например, зерно в граните. Затем генерируются дефекты, размеры которых не продиктованы структурой материала. Взаимодействие между этими дефектами порождает критические дефекты, которые способны к саморазвитию. По всей вероятности, потеря целостности образца является результатом эволюции ансамбля критических дефектов», — рассказал один из авторов статьи Дмитрий Корост.
Оказалось, что стадии разрушения можно различать по типу распределения энергии сигналов акустической эмиссии. Акустическая эмиссия — это метод контроля целостности материала, основанный на регистрации упругих волн, возникающих в процессе перестройки структуры твердых тел при механическом воздействии. Изменение структуры (например, возникновение трещины) порождает упругую волну, которую регистрирует датчик.
Распределение энергии сигналов акустической эмиссии аппроксимируется функциями различных типов: на первой стадии экспоненциальной функцией, а на второй — степенной, которая указывает на скорое разрушение породы или материала. Главный вывод состоит в том, что изменение типа распределения энергии сигналов акустической эмиссии может быть использовано в качестве критерия перехода процесса разрушения к критической стадии. В работе исследовался процесс разрушения горных пород с помощью акустической эмиссии и рентгеновской компьютерной томографии.
«Критерий, который мы нашли, может оказаться полезным в разных приложениях: оценка состояния конструкций, работающих под нагрузкой; оценка состояния горного массива на действующем горном предприятии; прогнозирование землетрясений. Критерий позволяет выявить пространственную область объекта, в которой может возникнуть локализация образования дефектов, приводящая к разрушению объекта», — сделали вывод ученые.
