Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu thực nghiệm về hư hại đá và ảnh hưởng của nó đến trí nhớ ứng suất đá trong một loại đá biến chất
Tóm tắt
Trí nhớ ứng suất đá, thường được gọi là hiệu ứng Kaiser, trong các loại đá có thể là một công cụ hiệu quả để ước lượng điều kiện ứng suất tại chỗ, nếu các bất định trong hư hại đá và hành vi của nó trong điều kiện tải được hiểu một cách đúng đắn. Với quan điểm này, nghiên cứu hiện tại là một nỗ lực nhằm điều tra sự biến đổi trong trí nhớ ứng suất đá, tức là hiệu ứng Kaiser trong một loại đá biến chất dưới sự nén đơn trục đa giai đoạn. Các mẫu đá khondalite từ Đai di động Eastern Ghats (EGMB) thuộc phần đông nam của bán đảo Ấn Độ có lịch sử địa chất phức tạp được xem xét. Các tác động của sự nén đa giai đoạn lên sự tiến hóa hư hại và các biến đổi tiếp theo trong trí nhớ ứng suất đá được điều tra. Các mẫu được phân loại thành các cấp độ khác nhau của trí nhớ ứng suất đá, tùy thuộc vào ứng suất mà đá có thể giữ sau các giai đoạn tải. Sự tiến hóa của hư hại trong các loại đá thử nghiệm chủ yếu được kiểm soát bởi ứng suất tải ban đầu hoặc ứng suất thất bại. Hư hại cao hơn do tải ban đầu và sự nứt vỡ mạnh mẽ có thể là lý do cho chức năng trí nhớ ứng suất kém ở các loại đá đã được điều tra. Tỷ lệ khả năng xảy ra hư hại của đá với các giai đoạn tải đã hỗ trợ quan sát rằng hư hại đá chiếm ưu thế trong giai đoạn tải ban đầu. Tính không đồng nhất của đá đã đóng vai trò chủ đạo trong sự suy giảm hiệu ứng Kaiser, với sự nứt vỡ mạnh mẽ trong các giai đoạn tải tiếp theo trong các loại đá đã được điều tra. Tóm lại, hiệu ứng Kaiser có thể được sử dụng để suy luận về hư hại đá và điều kiện ứng suất, với điều kiện lịch sử địa chất của khu vực cũng được xem xét. Đối với các loại đá từ các điều kiện địa chất phức tạp, hiệu ứng Kaiser hoặc trí nhớ ứng suất đá nên được hỗ trợ bởi các công cụ khác để suy luận về ứng suất tại chỗ, nhưng phương pháp này có thể được sử dụng hiệu quả để hiểu các thay đổi về ứng suất và cơ chế hư hại trong điều kiện tải nhiều.
Từ khóa
#trí nhớ ứng suất đá #hiệu ứng Kaiser #hư hại đá #nén đơn trục #tính không đồng nhất của đá #tiến hóa hư hại #điều kiện địa chấtTài liệu tham khảo
Andrä H et al (2013) Digital rock physics benchmarks—Part I: Imaging and segmentation. Comput Geosci 50:25–32. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2012.09.005
ASTM (2012) Standard test method for primary calibration of acoustic emission sensors vol E1106–12 (Reapproved 2017). ASTM International. https://doi.org/10.1520/e1106-12r17
ASTM (2014) Standard test methods for compressive strength and elastic moduli of intact rock core specimens under varying states of stress and temperatures vol D7012-14. ASTM International. https://doi.org/10.1520/d7012-14
ASTM (2017) Standard guide for mounting piezoelectric acoustic emission sensors vol E650/E650M-17. ASTM International. https://doi.org/10.1520/E0650-17
Backers T, Stanchits S, Dresen G (2005) Tensile fracture propagation and acoustic emission activity in sandstone: the effect of loading rate. Int J Rock Mech Min Sci 42:1094–1101. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2005.05.011
Bagde MN, Petroš V (2009) Fatigue and dynamic energy behaviour of rock subjected to cyclical loading. Int J Rock Mech Min Sci 46:200–209. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.05.002
Bhattacharya S (1996) Eastern Ghats granulite terrain of India: an overview. J SE Asian Earth Sci 14:165–174
Browning J, Meredith PG, Stuart CE, Healy D, Harland S, Mitchell TM (2017) Acoustic characterization of crack damage evolution in sandstone deformed under conventional and true triaxial loading. J Geophys Res Solid Earth 122:4395–4412. https://doi.org/10.1002/2016jb013646
Cerfontaine B, Collin F (2017) Cyclic and fatigue behaviour of rock materials: review. Interpretation and Research Perspectives Rock Mechanics and Rock Engineering 51:391–414. https://doi.org/10.1007/s00603-017-1337-5
Chatterjee A, Das K, Bose S, Hidaka H (2017) Age-integrated tectonic evolution across the orogen-craton boundary: age zonation and shallow- to deep crustal participation during late Cambrian cratonisation of eastern Ghats belts. India Lithos 290-291:269–293. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2017.07.020
Chen Y, Watanabe K, Kusuda H, Kusaka E, Mabuchi M (2011) Crack growth in Westerly granite during a cyclic loading test. Eng Geol 117:189–197. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2010.10.017
Chen Y, Irfan M, Song C (2018) Verification of the Kaiser effect in rocks under tensile stress: experiment using the Brazilian test. Int J Geomech 18. https://doi.org/10.1061/(asce)gm.1943-5622.0001181
Chetty TRK (2001) The eastern Ghats Mobile Belt, India: a collage of juxtaposed terranes (?). Gondwana Res 4:319–328. https://doi.org/10.1016/s1342-937x(05)70332-4
Costin LS, Holcomb DJ (1981) Time-dependent failure of rock under cyclic loading. Tectonophysics 79:279–296. https://doi.org/10.1016/0040-1951(81)90117-7
Dasgupta S, Sengupta P, Fukuoka M, Chakraborti S (1992) Dehydration melting, fluid buffering and decompressional P-T path in a granulite complex from the eastern Ghats, India. Journal of Metamorphic Geology 10:777–788
Fuenkajorn K, Phueakphum D (2010) Effects of cyclic loading on mechanical properties of Maha Sarakham salt. Eng Geol 112:43–52. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2010.01.002
Goodman RE (1963) Subaudible noise during compression of rocks. Geol Soc Am Bull 74:487–490
Haimson B (1978) Effect of cyclic loading on rock. In: Dynamic Geotechnical Testing ASTM STP 654. American Society of Testing and Materials, pp 228–245
Hamstad MA (1986) A discussion of the basic understanding of the felicity effect in fiber composites>. J Acoust Emiss 5:95–112
Holcomb DJ (1993) General theory of the Kaiser effect. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 30:929–935
Hsieh A, Dyskin AV, Dight P (2013) The influence of sample bending on deformation rate analysis stress reconstruction. Int J Rock Mech Min Sci 64:90–95. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2013.08.027
Hsieh A, Dight P, Dyskin AV (2015) The rock stress memory unrecoverable by the Kaiser effect method. Int J Rock Mech Min Sci 75:190–195. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2015.01.006
ISRM (1978) Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials. International Society for Rock Mechanics
Jia C, Xu W, Wang R, Wang W, Zhang J, Yu J (2018) Characterization of the deformation behavior of fine-grained sandstone by triaxial cyclic loading. Constr Build Mater 162:113–123. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.001
Kaiser J (1953) Untersuchungen uber das Auftreten von Gerauschen beim Zugversuch (a study of acoustic phenomena in tensile test). Doctoral Research, Technischen Universita¨t Mu¨nchen
Knill JL, Franklin JA, Malone AW (1968) A study of acoustic emission from stressed rock. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 5:87–88. https://doi.org/10.1016/0148-9062(68)90025-9
Kurita K, Fujii N (1976) Stress memory of crystalline rocks in acoustic emission. Geophys Res Lett 6:9–12
Lavrov A (2003) The Kaiser effect in rocks: principles and stress estimation techniques Int J Rock Mech Min Sci 40:151-171 doi:https://doi.org/10.1016/s1365-1609(02)00138-7
Lehtonen A, Cosgrove JW, Hudson JA, Johansson E (2012) An examination of in situ rock stress estimation using the Kaiser effect. Eng Geol 124:24–37. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2011.09.012
Li Y-h, Yang Y-j, J-p L, X-d Z (2010) Experimental and theoretical analysis on the procedure for estimating geo-stresses by the Kaiser effect. Int J Min Met Mater 17:514–518. https://doi.org/10.1007/s12613-010-0351-3
Lockner D (1993) The role of acoustic emission in the study of rock fracture. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 30:883–899
Martínez-Martínez J, Fusi N, Galiana-Merino JJ, Benavente D, Crosta GB (2016) Ultrasonic and X-ray computed tomography characterization of progressive fracture damage in low-porous carbonate rocks. Eng Geol 200:47–57. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2015.11.009
Meng Q, Zhang M, Han L, Pu H, Chen Y (2018) Acoustic emission characteristics of red sandstone specimens under uniaxial cyclic loading and unloading compression. Rock Mech Rock Eng 51:969–988. https://doi.org/10.1007/s00603-017-1389-6
Michihiro K, Hata K, Fujiwara T, Yoshioka H, Tanimoto T (1989) Study on estimating initial stress and predicting failure on rock masses by acoustic emission. Paper presented at the ISRM International Symposium, Pau, France, 1989/1/1/
Peng J, Rong G, Yao M, Wong LNY, Tang Z (2018) Acoustic emission characteristics of a fine-grained marble with different thermal damages and specimen sizes. Bull Eng Geol Environ. https://doi.org/10.1007/s10064-018-1375-6
Pestman BJ, Van Munster JG (1996) An acoustic emission study of damage development and stress-memory effects in sandstone. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 33:585–593. https://doi.org/10.1016/0148-9062(96)00011-3
Raith MM, Mahapatro SN, Upadhyay D, Berndt J, Mezger K, Nanda JK (2014) Age and P–T evolution of the Neoproterozoic Turkel Anorthosite complex, Eastern Ghats Province, India. Precambrian Res 254:87–113. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2014.08.003
Ramakrishnan M, Nanda JK, Augustine PF (1998) Geological Evolution of the Proterozoic Eastern Ghats Mobile Belt vol 44
Rao MVMS, Ramana YV (1992) A study of progressive failure of rock under cyclic loading by ultrasonic and AE monitoring techniques. Rock Mech Rock Eng 25:237–251
Ray SK, Sarkar M, Singh TN (1999) Effect of cyclic loading and strain rate on the mechanical behaviour of sandstone. Int J Rock Mech Min Sci 36:543–549. https://doi.org/10.1016/S0148-9062(99)00016-9
Rudajev V, Vilhelm J, Lokajcek T (2000) Laboratory studies of acoustic emission prior to uniaxial compressive rock failure. Int J Rock Mech Min Sci 37:699–704
Shang J, Hu J, Zhou K, Luo X, Aliyu MM (2015) Porosity increment and strength degradation of low-porosity sedimentary rocks under different loading conditions. Int J Rock Mech Min Sci 75:216–223. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2015.02.002
Sirdesai NN, Gupta T, Singh TN, Ranjith PG (2018) Studying the acoustic emission response of an Indian monumental sandstone under varying temperatures and strains. Constr Build Mater 168:346–361. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.02.180
Tien YM, Lee DH, Juang CH (1990) Strain, pore pressure and fatigue characteristics of sandstone under various load conditions. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 27:283–289. https://doi.org/10.1016/0148-9062(90)90530-F
Tuncay E, Ulusay R (2008) Relation between Kaiser effect levels and pre-stresses applied in the laboratory. Int J Rock Mech Min Sci 45:524–537. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2007.07.013
Van Stappen JF, De Kock T, De Schutter G, Cnudde V (2019) Uniaxial compressive strength measurements of limestone plugs and cores: a size comparison and X-ray CT study. Bull Eng Geol Environ 78:5301–5310. https://doi.org/10.1007/s10064-018-01448-0
Wang Q, Chen J, Guo J, Luo Y, Wang H, Liu Q (2017) Acoustic emission characteristics and energy mechanism in karst limestone failure under uniaxial and triaxial compression. Bull Eng Geol Environ 78:1427–1442. https://doi.org/10.1007/s10064-017-1189-y
Wang F, Cao P, Wang Y, Hao R, Meng J, Shang J (2020) Combined effects of cyclic load and temperature fluctuation on the mechanical behavior of porous sandstones. Eng Geol:266. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.105466
Yoshikawa S, Mogi K (1989) Experimental studies on the effect of stress history on acoustic emission activity - a possibility for estimation of rock stress. J Acoust Emiss 8:113–123
Zaretskii-Feoktistov GG, Tanov GN (1986) Study of the Kaiser effect in rocks with large strains. Problemy Prochnosti 5:93–97
Zhang S, Xian X, Zhou J, Zhang L (2017) Mechanical behaviour of Longmaxi black shale saturated with different fluids: an experimental study. RSC Adv 7:42946–42955. https://doi.org/10.1039/c7ra07179e
Zhao LY, Zhu QZ, Xu WY, Dai F, Shao JF (2016) A unified micromechanics-based damage model for instantaneous and time-dependent behaviors of brittle rocks. Int J Rock Mech Min Sci 84:187–196. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2016.01.015
Zhou D, Zhang G, Wang Y, Xing Y (2018a) Experimental investigation on fracture propagation modes in supercritical carbon dioxide fracturing using acoustic emission monitoring. Int J Rock Mech Min Sci 110:111–119. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.07.010
Zhou K, Liu T, Hu Z (2018b) Exploration of damage evolution in marble due to lateral unloading using nuclear magnetic resonance. Eng Geol 244:75–85. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2018.08.001
Zhu Q, Li D, Han Z, Li X, Zhou Z (2019) Mechanical properties and fracture evolution of sandstone specimens containing different inclusions under uniaxial compression. Int J Rock Mech Min Sci 115:33–47. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2019.01.010