Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự tiến hóa ba chiều của hư hỏng trong đĩa sa thạch Brazil qua việc sử dụng đồng thời các kỹ thuật siêu âm chủ động và thụ động
Tóm tắt
Các kỹ thuật siêu âm chủ động và thụ động đã được sử dụng để nghiên cứu sự tiến hóa ba chiều của hư hỏng trong các đĩa sa thạch dưới thử nghiệm Brazil. Một đĩa tiêu chuẩn, có đường kính 50 mm và độ dày 25 mm, đã được trang bị một mảng cảm biến 3D gồm 12 cảm biến Nano30 và bị nén đường kính dưới tải trọng tuyến tính một cách tĩnh. Tốc độ sóng P dọc theo 64 đường đi trong mẫu đĩa đã được đo trước và trong suốt thí nghiệm, được phát hiện là có tính dị hướng mạnh mẽ và sau đó được sử dụng để xây dựng một mô hình tốc độ đồng nhất theo thời gian. Mười hai kênh dữ liệu dạng sóng đầy đủ đã được ghi lại liên tục bởi hệ thống theo dõi phát xạ âm thanh (AE) cho đến khi hỏng hóc hoàn toàn, từ đó các sự kiện AE riêng biệt đã được kích hoạt. Dựa vào mô hình tốc độ đã xây dựng, tổng cộng 1775 sự kiện AE đã được xác định thành công bằng thuật toán tìm kiếm lưới sụp đổ. Hai phương pháp phân loại khác nhau đã được áp dụng cho các tensor mô men đã được phân tách, tiết lộ một hỗn hợp các vi vết nứt kéo và cắt tập trung tại điểm khởi phát nứt. Hướng của trục P và T cũng được tìm thấy là một chỉ số không hoàn hảo nhưng có thể chấp nhận về trạng thái căng thẳng của mẫu đĩa. Hơn nữa, một thử nghiệm Brazil tương tự đã được thực hiện với một mảng cảm biến 2D để so sánh. Phân tích mảng cho thấy rằng mảng cảm biến 3D thường hoạt động tốt hơn trong không gian ba chiều nhờ vào khả năng bao phủ không gian đầy đủ, trong khi mảng cảm biến 2D có độ chính xác định vị cao hơn trên mặt phẳng nơi cảm biến đặt. Cả hai trường hợp đều nhận thấy có vị trí khởi phát nứt tương tự, khoảng 10 mm từ trung tâm đĩa, điều này cho thấy rằng độ bền kéo thu được có thể đánh giá thấp giá trị thực.
Từ khóa
#siêu âm chủ động #siêu âm thụ động #đĩa sa thạch #thử nghiệm Brazil #tốc độ sóng P #hư hỏng #phân tích mảng #phát xạ âm thanhTài liệu tham khảo
Baud P, Klein E, Wong T (2004) Compaction localization in porous sandstones: spatial evolution of damage and acoustic emission activity. J Struct Geol 26:603–624
Baud P, Vajdova V, Wong T (2006) Shear enhanced compaction and strain localization: inelastic deformation and constitutive modeling of four porous sandstones. J Geophys Res Solid Earth. https://doi.org/10.1029/2005JB004101
Blair SC, Cook N (1998) Analysis of compressive fracture in rock using statistical techniques: part II. Effect of microscale heterogeneity on macroscopic deformation. Int J Rock Mech Min 35:849–861
Brace WF, Paulding BW, Scholz CH (1966) Dilatancy in the fracture of crystalline rocks. J Geophys Res 71:3939–3953
Brillinger DR, Udias A, Bolt BA (1980) A probability model for regional focal mechanism solutions. Bull Seismol Soc Am 70:149–170
Chow T, Hutchins DA, Falls SD, Young RP (1990) Ultrasonic attenuation tomography in disks under load. In: Ultrasonics symposium, 1990. Proceedings, IEEE 1990. IEEE, pp 1241–1244
Collins DS, Young RP (2000) Lithological controls on seismicity in granitic rocks. Bull Seismol Soc Am 90:709–723
Collins DS, Pettitt WS, Young RP (2002) High-resolution mechanics of a microearthquake sequence. Pure appl Geophys 159:197–219
De Natale G, Zollo A (1989) Earthquake focal mechanisms from inversion of first P and S wave motions. In: Cassinis R, Nolet G, Panza GF (eds) Digital seismology and fine modeling of the lithosphère. Springer, Boston, pp 399–419
Erarslan N, Williams DJ (2012) Experimental, numerical and analytical studies on tensile strength of rocks. Int J Rock Mech Min 49:21–30
Fairhurst C (1964) On the validity of the ‘Brazilian’ test for brittle materials. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abs 1(4):535–546
Falls SD (1995) Ultrasonic imaging and acoustic emission studies of microcrack development in Lac du Bonnet granite. Dissertation, Queen’s University
Falls SD, Young RP (1998) Acoustic emission and ultrasonic-velocity methods used to characterise the excavation disturbance associated with deep tunnels in hard rock. Tectonophysics 289(1–3):1–15
Falls SD, Young RP, Chow T, Hutchins DA (1989) Acoustic emission analyses and tomographic velocity imaging in the study of failure in Brazilian disk tests. In: The 30th US symposium on rock mechanics (USRMS). American Rock Mechanics Association
Falls SD, Chow T, Young RP, Hutchins DA (1991) Acoustic emission analysis and ultrasonic velocity imaging in the study of rock failure. In: Acoustic emission: current practice and future directions. ASTM International
Fehler M, House L, Kaieda H (1987) Determining planes along which earthquakes occur: method and application to earthquakes accompanying hydraulic fracturing. J Geophys Res Solid Earth 92:9407–9414
Feignier B, Young RP (1992) Moment tensor inversion of induced microseisnmic events: evidence of non-shear failures in the − 4 < M < − 2 moment magnitude range. Geophys Res Lett 19:1503–1506
Feignier B, Young RP (1993) Failure mechanisms of microseismic events generated by a breakout development around an underground opening. In: Young (ed) Rockbursts and seismicity in mines. Rotterdam, pp 181–186
Goodfellow SD, Tisato N, Ghofranitabari M, Nasseri M, Young RP (2015) Attenuation properties of fontainebleau sandstone during true-triaxial deformation using active and passive ultrasonics. Rock Mech Rock Eng 48:2551–2566
Gutenberg B (2013) Seismicity of the earth and associated phenomena. Read Books Ltd., London
Hondros G (1959) The evaluation of Poisson’s ratio and the modulus of materials of a low tensile resistance by the Brazilian (indirect tensile) test with particular reference to concrete. Aust J Appl Sci 10:243–268
IMaGE (2017) InSite seismic processor: user operations manual version 3.10.0
ISRM (1978) Suggested methods for determining tensile strength of rock materials. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 15:99–103
King MS, Pettitt WS, Haycox JR, Young RP (2012) Acoustic emissions associated with the formation of fracture sets in sandstone under polyaxial stress conditions. Geophys Prospect 60:93–102
Komurlu E, Kesimal A (2015) Evaluation of indirect tensile strength of rocks using different types of jaws. Rock Mech Rock Eng 48:1723–1730
Markides CF, Kourkoulis SK (2012) The stress field in a standardized Brazilian disc: the influence of the loading type acting on the actual contact length. Rock Mech Rock Eng 45:145–158
McLaskey GC, Lockner DA (2014) Preslip and cascade processes initiating laboratory stick slip. J Geophys Res Solid Earth 119:6323–6336
Ohtsu M (1991) Simplified moment tensor analysis and unified decomposition of acoustic emission source: application to in situ hydrofracturing test. J Geophys Res Solid Earth 96:6211–6221
Ohtsu M (1995) Acoustic emission theory for moment tensor analysis. J Res Nondestruct Eval 6:169–184
Pettitt WS (1998) Acoustic emission source studies of microcracking in rock. University of Keele
Pettitt S, Baker C, Young RP, Dahlström L, Ramqvist G (2002) The assessment of damage around critical engineering structures using induced seismicity and ultrasonic techniques. Pure appl Geophys 159:179–195
Reyes-Montes JM, Pettitt WS, Young RP (2010) The more we listen the more we see: microseismic monitoring of induced seismicity is coming of age. CSEG Rec 35(09)
Scholz CH (1968) Microfracturing and the inelastic deformation of rock in compression. J Geophys Res 73:1417–1432
Sellers EJ, Kataka MO, Linzer LM (2003) Source parameters of acoustic emission events and scaling with mining-induced seismicity. J Geophys Res Solid Earth 108(B9):2418. https://doi.org/10.1029/2001JB000670
Stump BW, Johnson LR (1977) The determination of source properties by the linear inversion of seismograms. Bull Seismol Soc Am 67:1489–1502
Thompson BD, Young RP, Lockner DA (2005) Observations of premonitory acoustic emission and slip nucleation during a stick slip experiment in smooth faulted Westerly granite. Geophys Res Lett 32(10):10304. https://doi.org/10.1029/2005GL022750
Thompson BD, Young RP, Lockner DA (2009) Premonitory acoustic emissions and stick-slip in natural and smooth-faulted Westerly granite. J Geophys Res Solid Earth. https://doi.org/10.1029/2008JB005753
Udías A, Buforn E (1988) Single and joint fault-plane solutions from first motion data. In: Doornbos DJ (ed) Seismological algorithms. Academic Press, San Diego, pp 443–453
Ulusay R (2014) The ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring: 2007–2014. Springer, Berlin
Wong T, David C, Zhu W (1997) The transition from brittle faulting to cataclastic flow in porous sandstones: mechanical deformation. J Geophys Res Solid Earth 102:3009–3025
Young RP, Hazzard JF, Pettitt WS (2000) Seismic and micromechanical studies of rock fracture. Geophys Res Lett 27:1767–1770