Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Về sự phát triển nứt anisotropic và cơ chế năng lượng trong quá trình hư hỏng của đá cẩm thạch dưới biến dạng uniaxial
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, bài thử nghiệm sức kháng nén uniaxial kết hợp với việc giám sát AE (Acoustic Emission) và kỹ thuật chụp CT sau thử nghiệm đã được thực hiện để điều tra ảnh hưởng của hướng lớp giữa đến các tính chất cơ học, sự phát triển năng lượng và mẫu nứt của đá cẩm thạch anisotropic thu được từ mỏ sắt Lilou. Các mẫu đá cẩm thạch đã được lấy theo các góc 0°, 15°, 30°, 45°, 60° và 90° so với các lớp giữa. Kết quả thực nghiệm cho thấy cấu trúc lớp giữa trong đá cẩm thạch có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất địa cơ học, mẫu AE, năng lượng tiêu tán và năng lượng giải phóng, cũng như mẫu nứt. Hành vi ứng suất-biến dạng cho thấy tính chất anisotropic và biểu hiện dạng “U” theo hướng lớp giữa. Các sự kiện AE, năng lượng tiêu tán và năng lượng giải phóng trước tiên giảm và sau đó tăng lên với sự gia tăng hướng lớp, đạt mức tối thiểu cho mẫu có hướng lớp giữa là 30°. Chụp CT sau thử nghiệm và mô tả hình thái nứt vĩ mô tiết lộ hình thái nứt và lý do của tính anisotropy năng lượng. Hình thái hư hỏng cuối cùng là biểu hiện bên ngoài của sự tiêu tán và giải phóng năng lượng, mẫu nứt là đơn giản nhất đối với mẫu có hướng 30°. Kết quả nổi bật nhất là mức độ uốn cong của nứt chứ không phải số lượng nứt xác định tính chất tiêu tán và giải phóng năng lượng. Đối với mẫu có nứt cong sau khi hư hỏng, năng lượng giải phóng nhiều hơn mẫu có nứt thẳng. Kết quả thực nghiệm trong nghiên cứu này chứng tỏ tầm quan trọng của cấu trúc lớp giữa đối với các phản ứng cơ học anisotropic và cơ chế năng lượng, sự phát triển nứt phụ thuộc vào cấu trúc.
Từ khóa
#đá cẩm thạch #cấu trúc lớp giữa #sức kháng nén #phát xạ âm #năng lượng tiêu tán #tính chất anisotropicTài liệu tham khảo
Aubertin M, Gill DE, Simon R (1994) On the use of the brittleness index modified (BIM) to estimate the post-peak behavior of rocks. Aqua Fenn 23:24–25
Bagde MN, Petroš V (2009) Fatigue and dynamic energy behavior of rock subjected to cyclical loading. Int J Rock Mech Min Sci 46:200–209
Bratov V, Petrov Y (2007) Optimizing energy input for fracture by analysis of the energy required to initiate dynamic mode I crack growth. Int J Solids Struct 44(7–8):2371–2380
Chen W, Konietzky H, Tan X, Frühwirt T (2016) Pre-failure damage analysis for brittle rocks under triaxial compression. Comput Geotech 74:45–55
Chen Z, He C, Wu D, Xu G, Yang W (2017) Fracture evolution and energy mechanism of deep-buried carbonaceous slate. Acta Geotech 12(6):1243–1260
Cornetti P, Pugno N, Carpinteri A, Taylor D (2006) Finite fracture mechanics: a coupled stress and energy failure criterion. Eng Fract Mech 73(14):2021–2033
Eberhardt E, Stead D, Stimpson B, Read RS (1997) Changes in acoustic event properties with progressive fracture damage. Int J Rock Mech Min Sci 34(71):71–83
Einav I, Houlsby GT, Nguyen GD (2007) Coupled damage and plasticity models derived from energy and dissipation potentials. Int J Solids Struct 44(7–8):2487–2508
Eppes MC, Magi B, Hallet B, Delmelle E, Mackenzie-Helnwein P, Warren K, Swami S (2016) Deciphering the role of solar-induced thermal stresses in rock weathering. Geol Soc Am Bull 128(9–10):1315–1338
Ferro G (2006) On dissipated energy density in compression for concrete. Eng Fract Mech 73(11):1510–1530
Hazzard JF, Young RP (2000) Simulating acoustic emissions in bonded-particle models of rock. Int J Rock Mech Min Sci 37(5):867–872
Hazzard JF, Young RP (2002) Moment tensors and micromechanical models. Tectonophysics 356:181–197
Higo Y, Oka F, Sato T, Matsushima Y, Kimoto S (2013) Investigation of localized deformation in partially saturated sand under triaxial compression using microfocus X-ray CT with digital image correlation. Soils Found 53(2):181–198
Hua AZ, You MQ (2001) Rock failure due to energy release during unloading and application to underground rock burst control. Tunn Undergr Space Technol 16(3):241–246
Ju Y, Wang HJ, Yang YM, Hu QA, Peng RD (2010) Numerical simulation of mechanisms of deformation, failure and energy dissipation in porous rock media subjected to wave stresses. Sci China Technol Sci 53(4):1098–1113
Karpyn ZT, Alajmi A, Radaelli F, Halleck PM, Grader AS (2009) X-ray CT and hydraulic evidence for a relationship between fracture conductivity and adjacent matrix porosity. Eng Geo 103(3–4):139–145
Keller A (1998) High resolution, non-destructive measurement and characterization of fracture apertures. Int J Rock Mech Min Sci 35:1037–1050
Labiouse V, Vietor T (2014) Laboratory and in situ simulation tests of the excavation damaged zone around galleries in Opalinus Clay. Rock Mech Rock Eng 47(1):57–70
Lemaitre J, Desmorat R, Sauzay M (2000) Anisotropic damage law of evolution. Eur J Mech A Solids 19(2):187–208
Li LC, Li SH, Tang CA (2014) Fracture spacing behavior in layered rocks subjected to different driving forces: a numerical study based on fracture infilling process. Front Earth Sci 8(4):472–489
Liu XS, Ning JG, Tan YL, Gu QH (2016) Damage constitutive model based on energy dissipation for intact rock subjected to cyclic loading. Int J Rock Mech Min Sci 85:27–32
Lockner D (1993) The role of acoustic emission in the study of rock fracture. Int J Rock Mech Min Sci 30:883–899
Martin CD (1993) The strength of massive Lac du Bonnet granite around underground openings. Ph.D. thesis, University of Manitoba
Meng QB, Zhang MW, Han LJ, Pu H, Nie TY (2016) Effects of acoustic emission and energy evolution of rock specimens under the uniaxial cyclic loading and unloading compression. Rock Mech Rock Eng 49(10):3873–3886
Meng Q, Zhang M, Zhang Z, Han L, Pu H (2018) Experimental research on rock energy evolution under uniaxial cyclic loading and unloading compression. Geotech Test J 41(4):717–729
Nawrocki PA, Dusseault MB (1995) Modelling of damaged zones around openings using radius-dependent Young’s modulus. Rock Mech Rock Eng 28(4):227–239. https://doi.org/10.1007/BF01020228
Peng RD, Ju Y, Wang JG, Xie H, Gao F, Mao L (2015) Energy dissipation and release during coal failure under conventional triaxial compression. Rock Mech Rock Eng 48(2):509–526
Pestman BJ, Munster JGV (1996) An acoustic emission study of damage development and stress-memory effects in sandstone. Int J Rock Mech Min Sci 33(6):585–593
Sanchidrian JA, Segarra P, Lopez LM (2007) Energy components in rock blasting. Int J Rock Mech Min 44(1):130–147
Song Z, Frühwirt T, Konietzky H (2018) Characteristics of dissipated energy of concrete subjected to cyclic loading. Constr Build Mater 168:47–60
Wang JA, Park HD (2001) Comprehensive prediction of rock burst based on analysis of strain energy in rocks. Tunn Undergr Space Technol 16(1):49–57
Wang X, Pan Y, Zhang Z (2013) A spatial strain localization mechanism of zonal disintegration through numerical simulation. J Min Sci 49(3):357–367
Wang Y, Li CH, Hu YZ (2018) Experimental investigation on the fracture behavior of black shale by acoustic emission monitoring and CT image analysis during uniaxial compression. Geophys J Int. https://doi.org/10.1093/gji/ggy011
William FH (2013) Solid mechanics. Cambridge University Press, Cambridge
Xie HP, Ju Y, Li LY (2005) Criteria for strength and structural failure of rocks based on energy dissipation and energy release principles. Chin J Rock Mech Eng 24(17):3003–3010 (in Chinese)
Xie HP, Li L, Peng R, Ju Y (2009) Energy analysis and criteria for structural failure of rocks. J Rock Mech Geotech Eng 1(1):11–20
Xie HP, Li LY, Ju Y, Peng RD, Yang YM (2011) Energy analysis for damage and catastrophic failure of rocks. Sci China Technol Sci 54(Suppl. S1):199–209
You MQ, Su CD, Xu T (2001) Loading or unloading process in axial direction and Young’s modulus of rock specimen. Chin J Geotech Eng 23(05):588
Zhao J, Sheng D, Zhou W (2005) Shear banding analysis of geomaterials by strain gradient enhanced damage model. Int J Solids Struct 42(20):5335–5355
Zhao X, Cai M, Wang J, Ma L (2013) Damage stress and acoustic emission characteristics of the Beishan granite. Int J Rock Mech Min Sci 64:258–269
Zhou XP, Qian QH, Yang HQ (2010) Effect of loading rate on fracture characteristics of rock. J Cent South Univ Technol 17(1):150–155