НПК «Механобр-техника», г. Санкт-Петербург, РФ:

Вайсберг Л. А., научный руководитель, д-р техн. наук, профессор, академик РАН

Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск, РФ:
Каменева Е. Е., доцент, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, elena.kameneva@mail.ru

На образцах гранита и габбро-диабаза изучены эффекты, происходящие в горных породах, имеющих различную текстуру, структуру и пористость, под воздействием сжимающей нагрузки, по величине соответствующей диапазону ~10–90 % от ожидаемого предела прочности при сжатии. Исследования выполнено с применением рентгеновской компьютерной микротомографии (X-ray micro-CT). Установлено, при нагрузках, соответствующих указанному диапазону, в породах происходят пластические деформации, приводящие к необратимому изменению объема образцов после снятия нагрузки. На начальной стадии нагружения (~10–40 % ожидаемого предела прочности при сжатии) характер деформирования исследуемых пород не имеет принципиальных различий: порода уплотняется, что сопровождается уменьшением объема порового пространства и количества пор. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к разуплотнению образцов гранита, что связано с увеличением общей пористости и размеров пор за счет объединения мелких разностей в более крупные. У образцов габбро-диабаза уплотнение происходит во всем исследуемом диапазоне нагрузок. Увеличение объема образцов гранита при росте нагрузки сопровождается также деформацией минерального вещества: выделения микроклина, биотита и рудных минералов уплотняются, а агрегаты зерен плагиоклаза и кварца увеличиваются в объеме.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект №№ 17-79-30056).

1. Ревнивцев В. И., Костин И. М. , Зарогатский Л. П., Гапонов Г. В., Яшин В. П., Хопунов Э. А., Финкельштейн Г. А. Селективное разрушение минералов. М.: Недра, 1988. 286 с.
2. Ржевский В. В., Новик В. Я. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1978. 390 с.
3. Кадомцев А. Г., Дамаскинская Е. Е., Куксенко В. С. Особенности разрушения гранитов при различных условиях деформирования // Физика твердого тела. 2011. Т. 53, вып. 9. С. 1777–1782.
4. Бетехтин В. И., Кадомцев А. Г. Связь кинетики разрушения материалов с эволюцией микроскопических пор и трещин // XXI Петербургские чтения по проблемам прочности. К 100-летию со дня рождения Л. М. Качанова и Ю. Н. Работнова: сб. материалов. Санкт-Петербург, 15–17 апреля 2014 г. СПб.: Соло, 2014. C. 15–17.

5. Вайсберг Л. А., Каменева Е. Е., Пименов Ю. Г., Соколов Д. И. Исследование структуры порового пространства гнейсо-гранита методом рентгеновской компьютерной микротомографии // Обогащение руд. 2013. № 3. С. 37–40.
6. Куксенко В. С., Нагинаев К. Е., Савельев В. Н. Акустико-эмиссионный метод регистрации трещинообразования в реальных конструкциях // Деформация и разрушение материалов. 2009. № 9. С. 45–48.
7. Куксенко В. С., Султонов У. Кинетика накопления микротрещин в механически нагруженных горных породах // Физика и механика разрушения горных пород. Фрунзе: Илим, 1983. С. 45–51.
8. Якушина О. А., Ожогина Е. Г., Хозяинов М. С. Микротомография техногенного минерального сырья // Вестник Института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. 2015. № 11. С. 38–43.
9. Якушина О. А., Хозяинов М. С. Изучение руд и пород методом рентгеновской томографии (технологическая минералогия) // Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения–2014). Алматы: АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения», 2014. С. 593–594.
10. Ketcham R. A., Carlson W. D. Acquisition, optimization and interpretation of X-ray computed tomographic imagery: Applications to the geosciences // Computers and Geosciences. 2001. Vol. 27. P. 381–400.
11. Carlson W. D. Three-dimensional imaging of earth and planetary materials // Earth and Planetary Science Letters. 2006. Vol. 249. Р. 133–147.
12. Dong H., Blunt M. J. Pore-network extraction from micro-computerized-tomography images // Physical Review E. 2009. Vol. 80, Iss. 3. DOI: 10.1103/PhysRevE.80.036307.
13. Wu D., Peng X. F. Investigation of water migration in porous material using micro-CT during wetting // Heat Transfer. Asian Research. 2007. Vol. 36, Iss. 4. P. 198–207.
14. Вайсберг Л. А., Каменева Е. Е. Возможности метода компьютерной рентгеновской микротомографии при исследовании физико-механических свойcтв горных пород // Горный журнал. 2014. № 9. C. 85–89.
15. Fossen H., Schultz R. A., Shipton Z. K., Mair K. Deformation bands in sandstone: A review // Journal of the Geological Society. 2007. Vol. 164. P. 755–769.
16. Стефанов Ю. П. Развитие неупругой деформации в геоматериалах в режимах дилатансии и уплотнения // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2011. № 4(4). С. 1789–1791.