Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Динамика развития иерархии структур в образах горных пород и искусственных материалов

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Динамика развития иерархии структур в образах горных пород и искусственных материалов"

РОССИЙСКАЯ академия наук РСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О.Ю.1ШВДТА

На правах рукописи УЖ 550.34

АСАТРЯН Хорен Оганесович

ДИИАШКА РАЗВИТИЯ ИЕРАРХИИ СТРЛСТУР В ОБРАЩЛХ горних ПОРОД И ИСКУССТВЕШШХ Г/ЛТЕРИАЛОВ

04.00.22 - геофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

''ОСКН5 -

Работа выполнена в Институте физики Земли им.О.Ю.Шмидта РАН

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, академик РАЕН Г.А.Соболев (Институт физики Земли РАН)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор В.Ф.Писаренко (Международный институт ШЗ и МГ РАН) доктор физико-математических наук, профессор Л.В.Никитин (Институт физики Земли РАН) доктор физико-математических наук, профессор В.С.Куксенко (Физико-технический институт РАН)

Ведущая организация:

Институт земной коры СО РАН

Защита соотоится " ¿£ " Л**- 1992 г. в /О часов

ни заседании Специализированного Совета Д.002.08.02 Института физики Земли им.О.Ю.Шмидта РАН по адресу: 123810 Москва Д-242, В.Грузинская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке, ИФЗ РАН. Автореферат разослан "

МЛсА*.«. 1992 г.

Учений секретарь Специализированного Совета, кандидат физико-математических наук

А.М.Артамонов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Поставленная в 60-х годах в разных странах мира задача практического прогноза землетрясений стимулировала изучение их природа и закономерностей сейсмического процесса. При этом выяснилось, что господствовавшие в сейсмологии долгие годы представления о земной коре как сплошной горизонтально-слоистой среде не достаточны для понимания физики землетрясений. Описание самого землетрясения гипоцентром и весьма условными размерами очага но раскрывало сущности физического процесса его подготовки и реализации и поэтому не могло послужить основой для создания методик поисков и интерпретации предвестников.

Крупным шагом было создание ряда моделей, рассматривавших процесс подготовки землетрясений на основании развития ансамбля трещин. Эти модели позволяют качественно описывать-процесс подготовки в условиях статистически однородной среды.

Однако, сейсмический процесс протекает в условиях существенно неоднородных литосферы и земной коры. Важным свойством, как было понято в последние годы, является иерархичность блокового строения горной породы, прослеживающаяся в масштабах от микрон до тысяч километров (М.А.Садовский, В.Ф.Писаренко и др.). Зоны контактов, резко отличающиеся по своим физическим свойствам от материала блока, играют существенную роль в генезисе динамических явлений в горных породах, проявлением которых на уровне метров выступают горные удары, а на уровне километров - землетрясения.

Принятие блочно-иерархической модели среды; естественно, требует изменения такке методики лабораторного моделирования, базирующейся на изучении ааконокорностей подготовки и развитая

сдвигового разрыва в образцах модельних материалов и горних пород. Роль дискретного строения горних пород настолько велика в физических процессах в очаге землетрясения, что многочисленные результаты, полученные при традиционных исследованиях по разрушению сплошных образцов недостаточны для интерпретации сейсмических наблюдений. В связи с этим становятся актуальными моделыше исследования сейсмических процессов, в которых учитывается блоковый характер природной среди, упомянутый выше.

Цель и задачи работы. Разработка нового направления в геофизическом моделировании - динамика развития иерархических блочних структур в горних породах.

При этом решались следующие задачи:

1. Разработка комплекса нагружающих систем, позволяющих создавать сложное напряженное состояние в широком диапазоне скоростей деформации, и отработка методик их использования.

2. Создание комплекса измерительной и регистрирующей аппаратуры для наблюдения аналогов геофизических полей в процессе деформирования.

3. Выбор модельного материала, упруго-пластические свойства которого могут варьироваться в широком диапазоне, и вещества, испытывающего сдвиговую подвижку при фазовом переходе.

4. Выбор условий эксперимента, режима, способа и типа на-груженин, приводящих к образованию блочно-иерархической структуры в материале.

5. Исследование формирования и развития блочно-иерархи-ческой структуры в материале при деформировании в условиях ■ сложного напряженного состояния, а также при фазовом переходе.

6. Изучение влияния масштабного эффекта, физико-механических и физико-химических свойств материала, условий эксперимента,

та, режима и типа нагружения, природы воздействия на величину переходного коэффициента в иерархической последовательности блоков.

7. Исследование взаимосвязи между процессом блокообразо-вания и параметрами акустической эмиссии (активнооть, энерго-ввделение).

8. Изучение формирования и развития сдвиговых подвижек в модели при двухосном сжатии и при фазовом переходе. Изучение упругих импульсов, излучаемых при подготовке и реализации сдвиговых подвижек.

Использованные материалы и методика исследования. В качестве модельного материала применялись эпоксидная смола и сегне-товая соль (пооледняя испытывала фазовый переход второго рода при температуре 24 °С). Из горных пород были исследованы мрамор, гранит и каменная'соль. Сдвиговые подвижки исследовались на моделях в виде прямоугольных призм из органического стекла с вклеенными по диагонали, под углом 45° к направлению действия нагрузки, пластинами из пресоованного порошка сегнетовой соли. Исследование процесса блокообразования осуществлялось при одно-, двух- и трехосном сжатии, а также в условиях всестороннего давления с добавлением осевого сжатия. Эксперименты проводились, в основном, при комнатной температуре и частично при температуре фазового перехода. При этом использовались следующие методы изучения: а) микроскопии; б) акустической эмиссии; в) ультразвукового просвечивания; г) контроля температурного поля; д) измерения пьезоэффекта; е) измерения электрической емкости. Методы пп. "д" и "е" применялись только б экспериментах при моделирований сдвиговой подакяки.

Фактический материал. Настоящая работа является обобщением данных более чем 6000 опытов, проведенных на вышеуказанных материалах искусственного и естественного происхождения.

Научная новизна.

1. Разработана принципиально новая методика лабораторного моделирования, обеспечивающая при деформировании образца формирование и развитие в материале блочно-иерархичоской структура.

2. Впервые изучены закономерности формирования и развития блочно-иерархической структуры.

3. Исследовано блокообразование при фазовом переходе.

4. Установлено отсутствие зависимости (постоянство) переходного коэффициента иерархической последовательности от масштабного эффекта, физико-механических и физико-химичеоких овойств материала, условий эксперимента, режима и типа нагруже-ния, природы воздействия.

Г). Впервые изучен комплекс параметров акустической эмиссии при.образовании блоков разного ранга.

6. Обнаружены новые закономерности подготовки, развития и залечивания сдвиговой подвижки в двух типах экспериментов: в отсутствии и при наличии фазового перехода. Зарегистрированы излучаемые при этом упругие импульсы.

Практическая ценность. Полученные результаты подтверждают и уточняют некоторые положения блочно-иерархической модели геофизической среды. Они могут быть использованы прй интерпретаций сейсмологических данных, связанных с поиском предвестников землетрясений. Результаты лабораторных исследований могут применяться также в механике горних пород И горном деле для объяснения процессов структурообразованйя и разрушения.

Защищаемые положения. Новое направление в геофизическом моделировании - лабораторное моделирование формирования блоковой иерархической структуры и сейсмического процесса в ней;

- методика инициирования блочно-иерархической структуры в материале;

- закономерности формирования и развития блочно-иерархической структуры при деформировании материала в условиях сложного .напряженного состояния, а также при фазовом переходе;

- отсутствие зависимости переходного коэффициента иерархической последовательности от масштабного эффекта, физико-механических и физико-химических свойств материала, условий эксперимента, режима и типа нагружения, природы воздействия;

- закономерности излучения акустической эмиссии при формировании и развитии блочно-иерархической структуры;

- результаты модельных исследований процесса"подготовки, развития и залечивания сдвиговой подвижки в экспериментах при двухосном сжатии в отсутствии и при наличии фазового перехода.

Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов определяется большим числом проведенных экспериментов и статистическим анализом результатов, показавшим, что полученные закономерности выходят за пределы возможных ошибок.

Апробация работы и публикации. Основная-часть работы докладывалась на семинарах Института физики Земли РАН, отдельные результаты были представлены на пяти всесоюзных и четырех мевду-народных конференциях, изложены в 20 опубликованных работах.

ОЗъем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов. Ока содержит страниц машинописного текста, рисунков. Список литературы включает названия.

Работа выполнена в Институте физики Земли РАН, ряд экспериментов проведен автором в Институте физики и механики горных пород АН Кыргызстана.

Автор прежде всего выражает сердечную признательность научному консультанту, академику РАЕН Г.А.Соболеву за постоянное внимание и всестороннюю помощь. В отдельных экспериментах по акустической эмиссии принимал участие д.ф.-м.и. В.А.Мансуров, которому автор приносит свою искреннюю благодарность. Автор многим обязан к.ф.-ы.н. А.Д.Завьялову, внимательно просмотревшему рукопись, за его ценные замечания и предложения. Искренняя благодарность коллегам, предоставившим свои данные: проф. Р.В.Голвд-штейну и к.ф.-м.н. Н.М.Осипенко; к.ф.-м.н. А.И.Левыкину и проф. Ф.Руммелю из Геофизического института Бохумского университете Германии. Следует выразить особую благодарность д.ф.-м.н. С.Д.Виноградову и к.ф.-м.н. С.М.Киреенковой, внимательно прочитавшим рукопись и сделавшим ряд ценных замечаний. Автор признателен также д.ф.-м.н. В.А.Калинину, проф. Л.В.Никитину и В.Ф.Пи-саренко за полезные дискуссии. Большую практическую помощь оказали автору сотрудники лаборатории 703 Института физики Земли РАН.

содержание работу

Во введении к диссертации дано обоснование актуальности темы, указаны цели и задачи исследования, а также приведены научная новизна, практическая ценность работы и основные положения, защищаемые автором.

Глава I. Процессы подготовки землетрясений и их лаборатор-но-теоретическое обоснование (литературный обзор).

В первом разделе обзора рассмотрели наиболее распространен

ные модели подготовки землетрясений, основанные на рёзультатэх полевых наблюдений. Обсувдены, в частности, следующие модели: модель лавинонеустойчивого трещинообразолания (В.Н.Мячкин, Б.В.Костров, Г.А.Соболев, О.Г.Шамина, 1971 г.); дилатантно-диф-фузионная (А.Нур, К.Шольц, 1971, 1973 гг.); модель В.И.Уломова и Г.А.Мавлянова (1976 г.); модель мягкого включения (Дж.В.Рудницки, 1977 г., Дж.Р.Райс, 1979 г.); модель И.П.Добровольского (1980 г.); модель В.А.Калинина и М.В.Родкина (1982 г.); фильтрационная модель последовательности землетрясений (Г.И.Баренб-лат, В.И.Кейлис-Борок, А.С.Монин, 1983 г.); модель очага с субочагом (Т.Г.Раутиан, 1991 г.). Оценивается важная роль этих моделей в объяснении ряда предвестниковых явлений. Одновременно отмечается, что все они являются качественными, каждый из вариантов представляется допустимым и, возможно, любая из схем реализуется в соответствующих условиях, поэтому отдать предпочтение какой-либо одной модели нельзя. По-видимому, создать количественную модель невозможно без учета дискретных иерархических свойств геофизической среды.

Далее рассматриваются лабораторные модели очагов землетрясения. Анализируется большинство известных в настоящее время. Отмечается, что наиболее широкое распространение получила модель очага землетрясения, предложенная в 1968' году В.Брейсом и Дж.Байерли на основании результатов лабораторных экспериментов, в дальнейшем развитая Дж.Дитрихом, Дя.Логаным, К.Шольцем, Г.А.Соболевым.

Согласно этой модели очаг коровнх землетрясений есть, быстрое скольжение с трением по готовому разлому - сдвиговая подвижка с. резким сбросом напряжения и последующим торможением за счет трения - так называемое ягление "аЬ1ск-811г> На основе

етих представлений было развито двумерное моделирование подвижки "вЪ1ск-в11р п между двумя блоками горных пород Д.Пфлюкке и В.Хауэла (1964) и Ю.Ф.Васильева (1968) и на моделях подготовленной трещины Ф.Ву-(1972), О.Г.Шаминой (1976), С.Д.Виноградовым (1976). В перечисленных работах изучено распространение сдвиговой подвижки и излучение упругих волн при ее развитии. Большой комплекс исследований проводился по моделированию сейсмической бреши О.Г.Шаминой и С.А.Стрижковым (1975) и Г.А.Соболевым (1987).

В третьем разделе главы приводится кретре описание результатов экспериментов советских и зарубежных авторов, выполненных при различных видах напряженного состояния на образцах из разных материалов с целью изучения процесса деформирования и разрушения горных пород (работы С.Н.Буркова, А.Н.Ставрогина, Г.А.Соболева, В.С.Куксенко, К.Моги, Д.Григса, Х.Харди, В.Вей-версик, В.Брейоа, Ф.Руммеля, М.Патерсона, С.Д.Виноградова, О.Г.Шаминой, И.С.Томашевской, В.А.Мансурова). В указанных работах показано, что хрупкое разрушение трещинами отрыва при кратковременном нагружении и комнатной температуре сменяется разрушением сдвиговыми трещинами при уменьшении скорости нагрукения или помещения образца в условия гидростатического давления. Подробно изучены изменения физических полей в процессе подготовки и развития разрушения горных пород и модельных материалов и установлены: I. Изменение параметров упругих волн при ультразвуковом просвечивании в области подготовки ыакротрещины, что является аналогом естественного просвечивания очаговых зон (О.И.Силаева, О.Г.Шамина, М.П.Волорович, И.С.Томашевская); 2. Акустические импульсы, регистрируемые при образовании трещины - аналог сейсмических волн (О.Г.Шамина, С.Д.Виноградов, К.Моги, Дж.Шольц, В.С.Куксенко, В. А. ¡Мансуров, Г.А.Соболев).

В конце главы подробно описана дискретная иерархическая модель геофизической средЦ, выдвинутая академиком М.А.Садовским в 1979 году. Согласно этой концепции горная порода, образующая земную кору, обладает двумя характерными свойствами: дискретностью и постоянным колебательным движением в широком спектре частот. Твердая Земля состоит из отдельностей разного масштаба, причем чаще встречающиеся "преимущественные" размерп образуют иерархическую последовательность. Приближенно она описывается геометрической прогрессией с постоянным показателем варьирующимся в пределах от 2 до 5. Установлено, что последний не только слабо зависит от физико-химических свойств породы, но и остается неизменным при различных способах образования отдельностей.

Далее приводится обсуждение целого ряда интересных работ, как теоретических, тек -и экспериментальных, проведенных за последние десять лет (М.А.Садовский, В.И.Шемякин, В.И.Кейлис-Бо-рок, В.Ф.Писаренко, Л.В.Никитин, Е.И.Рыжак; С.И.Шерман, В.Н.РЬ-дионов, М.Б.Гохберг, Р.В.Гольдатейн, Н.М.Осипенко, М.Г.Шнпрман,

B.В.Штейнберг, Т.Л.Челидзе, Н.В.Чигарев, Л.Г.Болховитинов,

C.А.Молчанов, К.И.Мирзоев, М.Б.Гейликман, Г.С.Нзркунская, В.Г.ТалицкиЯ, Л.И.Красный, Ю.Г.Симонов, В.В.Корнев}. Эти работы посвящены как изучению блочно-иерархических свойств геофизической среды, так и дискретного иерархического характера сейсмического режимэ (зэвиоимость энергии землетрясений от объема очаговой зоны, времени подготовки землетрясения от его энергии, времени сейсмических предвестников от их сейсмической энергии). •

Анализ результатов исследований блочно-иерархичесхой моде-

ли геофизической среды показывает, что наряду со многими понятными вопросами есть большое количество неясных узлов, без выяснения которых невозможно дальнейшее продвижение и, следовательно, практическая разработка вопросов внешнего управления сейсмическим процессом. До сегодняшнего дня недостаточно разработан математический аппарат, описывающий дискретную среду и способный решать интересующие нас задачи. В связи с этим, ценность лабораторных экспериментов здесь велика. Основное свойство геофизической среда - автомодельноеть - дает возможность моделирования сейсмического процесса в лабораторных условиях, чему и посвящена настоящая работа.

Глава 2. Аппаратура и методика проведения экспериментов.

Эксперименты в зависимости от целей и объектов исследования, типа напряженного состояния, диапазона давлений, жесткости машин, измеряемых параметров и т.д. проводились на шести разню: установках: I. Винтовой пресс, позволявший создавать одноосное сжатие до 200 НПа. Усилие измерялось с точностью до 5 кг, с деформация - до 0,003 мм. Максимальное перемещение подвижного

А

поршня составляло до 10 см. Жесткость машин, равная 2,5.10 кг/сгл, удовлетворяла целям экспериментов, выполняема на этом прессе.

2. Управляемый пресс "ИЛОВА-ЮОО", позволявший менять аест-кость испитотельноИ машины, поддерживая нужную скорость деформации образна, что является его главным преимуществом. Следует подчеркнуть, что управляемый пресс разрешает осуществлять также циклическое нагрукение, или нагружение постоянной или возрастающей нагрузкой, модулированной высокочастотными вариациями. Это дает возможность исследовать влияние таких геофизических явлений, как термоупругие эффекты, воздействие вибраций, изучать усталостную прочность,,

3. Двухосное напряженное состояние в образце создавалось с помощью двух винтовых прессов, установленных перпендикулярно друг к другу. Образец помещался в оправку между двумя парами стальных прокладок. Между прокладками с одной стороны и поршнями пресса с другой были установлены подшипники, которые давали возможность двум прокладкам перемещаться в направлении, перпендикулярном осям поршней. При экспериментах с нагревом внутренние стенки оправки покрывались пенопластовым слоем с целью теплоизоляции.

4. Объемное нагружениб осуществлялось на установке высокого давления, состоящей из пресса, камеры высокого давления, насоса высокого давления и ресиверов (аккумуляторов давления). Основной элемент установки - камера высокого давления позволял производить испытания при всестороннем давлении до 300 Ша и осевой нагрузке до 1000" кН.

5. Установка трехосного сжатия предназначалась для испытания образцов в условиях 3-осного сжатия при разных уровнях гидростатического давления, которое может достигать 400 МПа. Осевая нагрузка передавалась с помощью электронной сервоуправляе-мой системы Ш5, мощностью 42 тонны (Ф.Руммель, 1975). Конструкция установки позволяла осуществлять нагружениз при постоянной скорости деформации. Всестороннее давление обеспечивалось воздушным гидравлическим насосом. Компенсирующее давление поршневого устройства, соединенного с системой всестороннего давления, позволяло непрерывно компенсировать увеличение всестороннего давления вследствие горизонтального расширения образца и контролировать, таким образом, продольную деформацию образца.

6. Установка квазивсестороннего давления состояла из пуансона, матрицы и двух поддерживающих деталей. Перед началом опыта

образец, предварительно заключенный в свинцовую оболочку, помещался в камеру матрицы. Затем к торцам образца прикладывались стальные поршни. Помещенный таким образом в матрицу образец располагался между плитами установки высокого давления, которая в свою очередь устанавливалась между плитами гидравлического пресса.

В процессе экспериментов с помощью тенэометрических динамометров непрерывно регистрировалось усилие в направлениях, совпадающих с направлениями нагрузки. Измерение компонентов деформации осуществлялось пружинными тензометричеокими деформомет-рами многократного действия..

Одним из основных методов изучения формирования и развития иерархической отруктуры блоков в образце в процессе его деформирования является микроскопия. Исследования проводились с помощью оптического микроскопа типа МБС-1. Полученные изображения фиксировались на фотопленку с последовательно возрастающим увеличением 4х, 7х, 15х, 50х. Микродеформации оценивались по данным микроскопического анализа тонких срезов. В общем случае тонкие срезы выпиливались по осевой плоскости и плоскости, перпендикулярной плоскостям разрывов, или вертикально в произвольном направлении в случае их отсутствия, просматривались на электронном микроскопе J Б М-50 и фотографировались.

Другим методом исследования формирования и развития блочно-иерархической структуры в образце является регистрация акустической эмиссии (АЭ). В экспериментах с горными породами на установке высокого давления была применена аппаратура, разработанная ь Институте физики и механики горных пород АН Кыргызстана В.Л.Мансуровым. Упругий импульс АЭ, возникающий ь образце, преобразуется в электрический сигнал приемным преобразователем

и после усиления основным и предварительным усилителями поступает на блок аналогового преобразователя, осуществляющего прямоугольную апроксимацию сигнала путем выделения его огибающей на задаваемом пороге дискриминации и формирования нормализованных импульсов амплитуды и длительности, необходимых для работы преобразователей аналог-код. Оцифрованный сигнал поступает в оперативную память ЭВМ, где происходит накопление информации и ее обработка с выводом интересующих результатов в виде рисунков, таблиц и графиков. При изучении подготовки и развития разрыва в моделе сдвиговой подвижки использовалась аппаратура, разработанная в Институте физики Земли РАН Б.Г.Саловым. Для регистрации сигналов использовались пятиканальный электронный осциллограф типа С1-33 с автоматической фотокамерой РФК-5 и запоминающий осциллограф С1-14, экран которого фотографировался. При этом приемники сигналов" наклеивались на поверхность пластины сегнетовой соли в трех точках о одной стороны.

При изучении деформирования модели сдвиговой подвижки применялись также методы ультразвукового просвечивания, регистрации пьезоэффекта и электрической емкости. Аппаратурный комплекс ультразвукового просвечивания состоит из следующих блоков: задающий генератор прямоугольных импульсов; регистрирующий осциллограф; коммутатор для переключения каналов измерения; приемники, размещенные внутри образца непосредственно на поверхности пластины сегнетовой соли, которые наклеивались на нее эпоксидной смолой, симметрично с двух сторон в шести точках. Для регистрации пьезоэффекта в пластине сегнетовой соли использовалась та же ультразвуковая аппаратура, только вместо'приемников ультразвуковых волн наклеивались металлические электроды. Для определения и регистрации фазового перехода в пластине был разрядо-

тан метод, основанный на косвенном измерении диэлектрической проницаемости изучаемого материала с помощью ненасыщенного генератора, предложенный автором совместно с В.О.Андреевым. При этом электроды наклеивались на поверхности пластины симметрич-. но с двух сторон. ■

Нагревание образца до значений температуры, удовлетворяющей целям н задачам данной работы, осуществлялось с помощью спирали. Для поддержания постоянной температуры в образце продолжительное время использовался терморегулятор типа Ш-4526Гр21, который был настроен на рабочий интервал температуры от 15 до 35 °С. Разброс температуры при контрольных измерениях не превышало 0,05 °С.

В третьем разделе описываются материалы, на которых проводились исследования по изучению формирования и развития блочно-иерархической структуры. Эксперименты проводились на твердых телах как искусственного, так и естественного происхождения. После ряда предварительных опытов на образцах из различных модельных материалов выбор был остановлен на эпоксидной смоле и сегнетовой соли. При выборе эпоксидной смолы учитывались следующие основные свойства этого материала: перед хрупким разрушением он претерпевает большую пластическую деформацию, величина которой варьируется в широких диапазонах (от 2 до 30 %) в зависимости от технологии изготовления; прозрачен, что создает определенные удобства при наблюдении за внутренним состоянием материала в процессе нагружения; достаточно однороден по структуре и составу. Сегнетовая соль обладает пластическими свойствами, испытывает структурные фазовый переход второго рода при небольших температурах (точка Кюри +24 °С и -18 °С). Удобно наблюдать как прямой, так и обратный фазовые переходы. Легко

прессуется (создаются поликристяллические структуры); Из горных пород для исследований выбраны мрамор, гранит и каменная соль. При этом принимались во внимание следующие соображения: выбранные породы достаточно полно представляют разнообразные типы горных пород (метаморфические, изверженные и осадочные); отличаются друг от друга своими физико-механическими свойствами и структурно-текстурными особенностями; достаточно хорошо изучены и .неоднократно применялись в исследованиях по физике очага землетрясений.

Далее приводится методика изготовления образцов. Они изготавливались из указанных выше материалов различных формы и размеров в нескольких сериях. Для каждого материала методика и технология изготовления образцов различны. Эпоксидные образцы были получены в результате отверждения жидкой смолы полиэтилен-полиамином. В зависимости от композитного состава "и соотношения "смола : отвердитель" были получены три типа образцов, отличающихся своими упруго-пластичными свойствами - хрупкие, пластичные и высокопластичные. Их укорочение до потери устойчивости составляло 2-5, 20-30 и 45-60 % (соответственно). Здесь следует отметить одну особенность образцов: они содержали равномерно расположенные по объему абсолютно сферические поры. Образцы мрамора и гранита выпиливались из большого блока горной породы, добытой из штолен с помощью механического откалывания. Образцы каменной соли изготавливались ютем прессования порошка, полученного в результате механического дробления и измельчения естественных монолитных кристаллических блоков. Аналогичным образом изготавливались образцы из порошка сегнетовой Соли (ГОСТ ТУ6-0Э-2677). Модель сдвиговой подвижки представляло собой прямоугольную призму из органического стекла с вклеенными по диагонали,

под углом 45° к направлению действия усилий, пластинами из прессованного порошка, сегнетовой соли. Другими словами, моделировался подготовленный разлом, между сторонами которого находился материал менее прочный, чем вмещающая среда.

В конце главы приводится методика проведения экспериментов, которые осуществлялись в нескольких существенно различных направлениях. Их описание будет приводиться в ходе рассмотрения результатов.

Глава 3. Результаты исследования структуры твердых тел при их деформировании (на примере полимера).

Эксперименты проводились на пластичных эпоксидных образцах

цшшндриче'ской формы высотой 50 мм и диаметром 20 мм. Количества

во воздушных .пузырьков составляло 150-200 в I см . Их диаметр близок к 0,3 мм. Образцы испытывались в условиях одноосного сжатия, прикладываемого вдоль длинной оси, в режиме постоянной скос т

рости деформирования 2x10 с . Реологическая кривая состояла из участка допредельной нагрузки, стадии постепенного ее падения и квазипластического деформирования при почти постоянной нагрузке. Можно было проследить формирование и развитие блочной структуры в образце на различных стадиях опыта. Всего можно выделить четыре главные стадии. На стадии I, до максимальной нагрузки, не происходит существенных структурных изменений, в образце наблюдается искажение сферической формы пор. Стадия П, наступающая после максимальной нагрузки, характеризуется образованием полос сдвига, берущих начало из определенно избранных пор, ориентированных под углом 50° к вертикали. В результате своего развития полосы скольжения разбивают объем образца на ромбовидные блоки (назовем их блоками 1 -го ранга) со средне-

геометрическим размером : 1 » = Поло~

сы, разделяющие блоки, состояли из серии параллельных более тонких полос. По искажению нанесенных на поверхность образцов линий можно было судить о том, что каждая из таких полос характеризуется сдвиговыми смещениями. Стадия II занимала область деформаций образца примерно от 6 до 16 %. При дальнейшем деформировании (стадия Ш) процесс структурообразования шел в двух направлениях. Некоторые блоки 1 -го ранга делились на 6-9 блоков (1 —I)-го ранга со среднегеометрическим размером 0,25 мм. В то же время отдельные границы между блоками' 1 -го ранга расширялись, , объединяя несколько первичных блоков; образуя блоки (1+1)~го ранга со среднегеометрическими размерами 2,65 мм. Стадия 111 занимала область относительной'деформаций примерно от 16 до 25 %. На заключительной стадии нагружения наблюдалось зарождение структур 1-2 и ( 1+2)-го рангов, однако макроразрушен^е образцов при деформациях свыше 30 % не позволяло детально проследить этот уровень иерархии. Таким образом, в образце отчетливо проявились три иерархических уровня блоковых*структур. Шло установлено, что отношение среднегеометрических размеров блоков соседних рангов 11+/)/11 = К близко к 3 ( К - переходный коэффициент'иерархической последовательности). -

Проводилась серия опытов с целью выяснения зависимости переходного коэффициента от ряда параметров' эксперимента.

Первая серия опытов проводилась на цилиндрических образцах высотой 15 мм и диамитром ? мм. Установлено, что в образце развивается блочно-ие'рархическая структура со среднегеометрическими размерами блоков 1 -го ранга 0,25 ш и ( 1-1)-го ранга О, 0~5 №. 1"з чего следует, что переходный коэффициент не изменяется при изменения размера образца. 'Тякеи образом, ь соьскун-

ности при использовании образцов двух указанных размеров отчетливо проявились четыре иерархических уровня блоковых структур.

Вторая серия опытов проводилась на образцах призматической формы размерами 50x20x20 мм . Установлено, что переходный коэффициент не зависит от формы образца.

Третья серия проводилась на образцах, отличающихся содер-

о

жанием количества пор, а именно: 30-50, 90-120 или 150-180 шт/см . Установлено, что количество пор не влияет не постоянство переходного коэффициента.

Четвертая серия проводилась на образцах с разными диаметрами пор, а именно: 0,05, 0,1, 0,3 или 0,5 мм. Показано, что размер пор не влияет на величину переходного коэффициента.

Пятая серия проводилась на образцах, отличающихся своими упруго-пластичными свойствами, а именно: до разрушения они претерпевали 20, 25 или 30 % относительной деформации. Установлено, что изменение пластичности приводит к изменению угла ориентировки полос скольжения, но не изменяются среднегеометрические раа-меры блоков и, следовательно, переходный коэффициент.

Шестая серия проводилась на призматических образцах разме-

о

рами 50x20x20 мм при двухосном сжатии. Установлено, что механизм структурообразования тот же, что и при одноосном сжатии, и переходный коэффициент близок трем.

Седьмая серия проводилась в'стесненных условиях. Образцы помещались в алюминиевые трубки с разной толщиной стенок, а именно: I, 3 или 7 мм. Показано, что с увеличением толщины стенок, т.е. жесткости стеснения, область структурирования удаляется от поверхности вглубь, к центру образца. Однако при этом не нарушается постоянство переходного коэффициента.

Восьмая серия проводилась при разных режимах деформирова-

-

ния, а именно: при постоянной скорости деформации, лежащей в интервале от 10"^ до 10"® с"* и при постоянной скорости нагрузки, определяемой производительностью пресса. Установлено, что изменение скорости деформации и нагрузки не влияет на величину переходного коэффициента.

Далее рассматриваются результаты, полученные при испытания пластинообразных образцов размерами 25x25x2,5 мм , с содержанием пор 150-200 шт/см . Эксперимент разделен на три стадии. На первой - допредельной стадии - не происходит существенного структурного изменения в образце. После перехода предельной нагрузки (стадия П) образуется ромбовидная структура блоков 1 -го ранга со среднегеометрическим размером 0,55 мм. Дальнейшее деформирование (стадия Ш) приводило к разделению первичных блоков 4-5 блоками (1 -1)-го ранга со среднегеометрическим размером 0,25 мм и образованию крупных блоков (1 +1}-го ранга со среднегеометрическим размером I мм. Полученные результаты позволили построить гистограмму распределения среднегеометрических размеров блоков. На графике четко выражены три характерных размера, отношение которых равно двум. Таким образом, было установлено, что .при деформировании образца в форме пластин формируется и развивается блочно-иерархическая структура с переходным коэффициентом 2.

Третий раздел главы посвящен исследованию формирования и развития блочно-иерархической структуры в мягком включении. С этой целью эксперименты проводились на образцах цилиндрической формы высотой 60 мм, и диаметром 30 мм, содержащих сферическое мягкое включение диаметром 3, 4 или 5 мм. Как показывают теоретически е расчеты, при таком отношении размеров вмещающей среды и мягкого включения при- нагружении образца последний находится в однороднонапряженном поле. Отметим, что прочность материала

вмещающей среды в 4-5 раз больше прочности материала мягкого включения. Результаты исследования показывают, что на стадии допредельного деформирования образца (после перехода предела текучести) в мягком включении образуются блоки 1 -го ранга со среднегеометрическими размерами 0,75 мм. После перехода максимума нагрузки блоки 1 -го ранга дополняются блоками 1 -I и (1 +1)-го рангов со среднегеометрическими.0,25 и 2,65 мм соответственно. Построенная гистограмма распределения среднегеометрических размеров блоков в мягком включении подтверждает, что в области пониженной прочности формируется и развивается иерархическая структура блоков с постоянным переходным коэффициентом, равным трем.

Бее выше рассмотренные серии опытов проводились также в режиме постоянной скорости нагружения как на управляемом, так и на винтовом прессе. Сравнение результатов этих исследований подтверждает их аналогичность.

Глава 4. Результаты исследования структур горных пород при деформирований.

В четвертой главе излагаются результаты исследований Формирования и развития блочно-иерархической структуры в образцах мрамора, гранита и каменной соли в условиях сложного напряженного состояния, а также в образце сегнетовой соли при фазовом переходе. Изложению результатов автора предшествует обзор опубликованных работ по изучению деформирования и разрушения образцов указанных материалов.

В первом разделе главы приведены результаты изучения блоко-образования в образцах мрамора. Как выяснилось, в экспериментах с эпоксидными образцами для формирования и развития блочно-иерархической структуры в материале необходимо осуществление хрупко-

пластичного перехода при деформировании. В связи с этим на мраморных образцах цилиндрической формы высотой 60 мм и диаметром 30 мм при постоянной скорости нагружения в условиях всестороннего давления проводились две серии экспериментов. Первая имела целью определить значение всестороннего давления, при котором в материале осуществляется хрупко-пластичный переход. Установлено, что хрупко-пластичный переход в мраморе происходит при всестороннем давлении от 30 до 40 МПа. При меньших значениях всестороннего давления до 30 МПа образец разрушается хрупок, а при всестороннем давлении больше 40 МПа наблюдается непрерывное увеличение сопротивления материала с увеличением нагрузки. Таким образом, вторая серия экспериментов проводилась при всестороннем давлении 30 МПа. Опыт по деформированию разделен на семь стадий. Па линейной стадии в образце не происходит существенного структурного изменения. На второй стадии, т.е. после перехода на неупругую область деформирования в отдельных участках

I

внутри образца возникают зоны затемнения (полосы скольжения), состоящие из затемненных кристаллов, находящихся в состоянии пластического течения, что является результатов следующих процессов: уменьшения расстояния между двойниковыми пластинами,' увеличения ширины двойниковой полосы, усиления затемнения двойниковых пластин. Полосы скольжения вначале имеют прерывистый характер, а потом с увеличением деформации они растут, смыкаются друг с другом и разбивают весь объем образца на параллелепипеде- и ромбообразные блоки 1 -го ранга со среднегеометрическим размером 7-8 мм (относительная деформация £ = I %). Таким образом, на стадии пластического течения в материале формируется и развивается блочная структура, для блоков которой пограничны- ' ми.зонами являются полосы скольжения. Затем течение вдоль полос,

т.е. по границам блоков, становится основным механизмом деформирования (стадия Ш, £= 2,8 %) до развития трещинообразования по этим же зонам (стадия 1У, £= 3,7 %). Трещины транскристаллического характера, сдвигового типа размерами 0,1-0,3 мм. В конце стадии 17 границы блоков 1 -го ранга, ранее являющиеся полосами скольжения, преобразуются в сдвиговые разрывы с множеством барьеров. В то же время внутри блоков 1-го ранга развивается новая система полос скольжения, разбивая их ка 6-9 блоков (1-1)-го ранга со среднегеометрическим размером 2-3 мм. Дальнейший рост деформации (стадия У) приводит к разрушению барьеров, существующих между составляющими эшелон трещинами по границам некоторых блоков 1 -го ранга. В результате этого последние теряют устойччвость и скользят друг относительно друга. В процесс включаются и другие блоки 1-го ранга, находящиеся в разных областях образца, являющиеся, по-видимому, менее устойчивыми. При »том по границам блоков (1 -1)-го ранга развивается трещинооб-разование, образуя сдвиговые разрывы, с множеством барьеров. Практически одновременно 6-9 блоков 1-го ранга, консолидируясь друг с другом, образуют крупные блоки (1+1)-го ранга со среднегеометрическим размером 20-25 мм. Таким образом, в конце стадии У в образце отчетливо выделяются блоки рангов 1 , 1 -I и (1+1)-го, для которых пограничными зонами являются сдвиговые разрывы с множеством барьеров. Межблоковые прослойки отличаются по^толщине, а именно: каждый последующий ранг блоков имеет пограничную зону более широкую, чем нижний ранг. В начале стадии У1 ( Ь- 5,6$) наблвдается спад интенсивности трещинообразования. При этом продолжает развиваться новая система полос скольжения внутри нескольких блоков (1-1)-го ранга, разбивая их на : 6-9 блоков (1 -2)-го ранга со среднегеометрическим размером

0,7-0,9 мм. Новая система полос скольжения развивается и внутри тех блоков 1 -го ранга, которые до этой стадии не были расчленены. Однако, дальнейшее деформирование вызывает вновь активизацию трещинообразования по границам блоков всех рангов. Развитие трещинообразования приводит к разрушению барьеров в пограничных прослойках и потере устойчивости отдельных блоков (стадия УП). Этому процессу подвергаются блоки всех рангов. Образец теряет несущую способность, и эксперимент на этой стадий приостанавливается. Таким образом, в процессе запредельного деформирования мраморных образцов ми могли наблюдать отчетливо по крайней мере четыре иерархических уровня блоковых структур. Построена гистограмма распределения среднегеометрических размеров блоков. Из графика видно, что отношение среднегеометрических размеров блоков соседних рангов постоянно и лежит в пределах от 3 до 4. Исследования проводились на трех типах образцов, отличающихся минеральным составом и размерами зерен. Установлено, что переходный коэффициент не зависит от минерального состава и размера зерен. Образцы испытывались как'в режиме постоянной скорости нагружения, так и постоянной скорости деформации на двух типах установок: на установке высокого давления и трехосного • сжатия. Во всех указанных случаях значение переходного коэффициента не меняется.

В ходе всего эксперимента проводилась непрерывная регистрация акустической эмиссии. Результаты исследования показывают, что активность АЭ хорошо характеризует процесс блокообразова-ния, а именно: повышение активности АЭ в начале стадии П связано с формированием блочной структуры, а монотонный рост активности на стадии 1У характеризуется развитием трещинообразования ' по границам блоков 1 -го ранга. Пик активности на стадии У свя-

эан с образованием блоков 1 -I и (1 +1)-го рангов в результате потери устойчивости некоторых блоков 1 -го ранга. Второй пик на стадии УП объясняется образованием блоков 1 -2 и (1+2)-го, а также 1 -I и (1 +1)-го рангов. Построен график распределения числа акустических сигналов в зависимости от их энергии для каждого ранга иерархии. Сравнительный анализ этих графиков подтверждает тот факт, что блокообразование - процесс иерархический и развивается одновременно как в сторону уменьшения, так и в сторону укрупнения'первичных блоков с постоянным переходным коэффициентом. Таким образом, протекая в дискретной, иерархически самоподобной среде, акустический процесс сам несет черты иерархичности и автомодельности. Это еще раз подтверждает возможность моделирования сейсмического процесса в лабораторных условиях.

Второй горной породой, в которой исследовалась блочно-иерархическая структура, являлся гранит. Образцы цилиндрической формы высотой 30 мм и диаметром.15 мм испытывались на твердофазной установке 1Ж5-7 по методу матрицы. Проводились две серии экспериментов. Первая серия определила значение всестороннего давления, при котором в граните осуществляется хрупко-пластичный переход. Эта величина лежит в интервале давления 150-180 МПа. Вторая серия экспериментов проводилась с целью изучения закономерностей и особенностей формирования и развития блочно-иерархичной структуры в образцах гранита. Показано, что механизм блокообразования в граните аналогичен механизму блоко-образозания в мраморе: блоки 1-го ранга со среднегеометрическими размерами 7-8 мм образуются на стадии пластического течения, а затем на стадии трещинообразования и процесса неустойчивости блоков 1-го ранга последние дополняются блоками 1 -1, /

1+1 и (1 -2)-го рангов со среднегеометрическими размерами 2-3,

20-25 и 0,1-0,3 мм соответственно. При дальнейшем деформировании развития блочной структуры не наблюдалось, по-видимому, в связи с жесткостью стеснения. Эксперименты проводились как на сухих, та к и на влажных образцах. Была построена гистограща распределения среднегеометрических размеров блоков. Установлено, что величина переходного коэффициента постоянна, лежит в интервале от 3 до 4 и не зависит от внутрипорового давления.

Далее изложены результаты исследования структурообразования в образцах каменной соли. Последние в форме цилиндра высотой 60 мм и диаметром 30 мм изготавливались путем прессования из порошка разных фракций. Проводилось две серии экспериментов. Первая имела цель - исследовать поведение материала при преосо-вании. Для этого применялось два метода изучения: метод дефор-мометрии и метод регистрации акустической эмиссии. Показано, что в процессе прессования деформация растет дискретно, а именно: попеременно, плавно и скачкообразно (последний процесс со-провожается резким сбросом напряжений). Подобным образом развивается активность акустической эмиссии. Так, плавному развитию деформации соответствует спад активности АЭ, а скачкообразное - сопровождает ее экспоненциальный рост. При сравнении шлифов образцов, сделанных на разных стадиях деформирования установлено, что в процессе прессования дробления зерен не происходит, т.е. излучаемые акустические сигналы являются результатом консолидации зерен. Не исключено, что сейсмические волны в Земле могут быть вызваны не только процессом разрушения, но и консолидации.

Вторая серия экспериментов проводилась при всестороннем давлении 5 МПа, так как предварительные опыты показали, что хрупко-пластичный переход в образце каменной соли осуществил-

ется при всестороннем давлении, лежащем в интервале от 3 до 9 МПа. Результаты второй серии экспериментов показывают, что в образце каменной соли формируется и развивается блочно-иерархи-ческая структура по механизму, который имел место в образцах мрамора и гранита. Одинаковы также среднегеометрические размеры соответствующих рангов. Построена гистограмма распределения среднегеометрических размеров блоков в образце каменной соли. Установлено, что и в этом случае переходный коэффициент постоянен и лежит в интервале от 3 до 4. В ходе экспериментов регистрировалась активность АЭ. Полученные результаты показывают, что активность АЭ хорошо описывает процесс блокообразования, а именно: интенсивное развитие активности на стадии полного течения связано с развитием трещинообразозания по границам блоков 1 -го ранга. Экспоненциальный рост активности АЭ при дальнейшем деформировании является результатом образования блоков 1-1, 1+1 и (1 -2)-го рангов. Перед этим наблюдается акустическое затишье. Построена гистограмма распределения ^среднегеометрических размеров блоков для образцов, отличающихся размерами зерен. Показа-■ но, что величина переходного коэффициента не зависит от размеров зерен.

Предполагается, что кроме механического напряжения могут быть и другие способы воздействия, которые также приводят к формированию и развитию блочно-иерархической структуры, например

фазовый переход. *

В связи с этим проводились две серии экспериментов на цилиндрических образцах сегнетовой соли высотой 60 мм и диаметром 30 мм, полученных путем прессования.

Первые серии экспериментов имели цель определить значение всестороннего давления, при котором в образце.формируется и

развивается блочно-исрархическая структура, в двух случаях: при температуре фазового перехода (25-26 °С) и вне его. Результаты этой серии экспериментов показывают, что при температуре фазового перехода блокообразование наблюдается при всестороннем давлении 40 Ш1а, а при температуре вне фазового перехода, при всестороннем давлении 50 №1а, т.е. при фазовом переходе, материал становится более пластичным. Этп результаты использовались для проведения второй серии экспериментов, которые имели цель исследовать формирование и развитие блочно-иерэрхической структуры, вызванной фазовым переходом. Опыт разделен на четыре стадии. IIa первой стадии при всесторонней давлении 40 Шз п пря температуре 20 °С осуществлялось узеличенио осевой нагрузкп до значения, нз превышающего 5-10 % разрушающей нагрузки и равномерное нагревание образца со скоростью 0,2 0 С/мин. IIa последующих стадиях {П, Ш и 1У) на постоянном уровне поддерживались как Есосторошюо давление, тек и осезоя нагрузка, а нагревание продолжалось. На первой и второй стаднд з образце не'происходило существенна" структурны:: исманений. На третьей стадии кя отдель-. них участках влутри образца появилась полосы схольяешш. Это соответствовало темперотуре 25 °С. Дальнейшее повышение температуры приводило к росту и смыканию лолоо скольжения, в результата чего весь объем образца разбился но блоки i-го ранга со среднегеометрическими размерами 7-8 км. Это соответствовало температуре 26 °С. На четвертой стадии дальнейшее увеличение температур и до 29 °0 не приводило к новым структурным изменениям в образце. Таким образом, фазовыЗ переход вызывает в материале образование блочной структуры. Построена гистограмма распределения среднегеометрических размеров блоков. Нз графике виден отчетливо выраженный максимум, характерный для блоков 1-го ранга дефор-

мированного твердого тела, т.е. переходный коэффициент не зависит от природы воздействия.

Глава 5. Результаты моделирования процессов, происходящих в межблоковых границах.

В первом разделе главы приведены результаты изучения формирования и развития сдвиговой подвижки в модели при двухосном сжатии. Проводились две серии экспериментов. Первая серия имела целью определить значение горизонтального Сг и вертикального напряжения, при которых разрыв образуется внутри пластины. Установлено, что при значении горизонтального напряжения 3,5 МПа разрыв образуется внутри пластины. При других значениях горизонтального напряжения разрушение происходит по границам склейки. Вторая серия экспериментов имела целью изучить закономерности подготовки, развития и реализации сдвиговой подвижки. Опыт разделен на две стадии. На первой стадии при постоянном значении

6"г= 3,5 МПа, увеличивалось вертикальное напряжение до образования разрыва. Последний развивался скачкообразно. Вначале при

17,5 МПа на каком-то участке внутри пластины образовывался микроразрыв, который при 6[= 18,5 Ша развивался и захватывал 70 % поверхности, а при 64= 19 Ша разрыв развивался вдоль всей пластины, и- образец терял свою устойчивость; части образца скользили по подготовленной зоне. В результате этого образовавшийся разрыв залечивался. При э*ом структура пластины сегнетовой соли оставалась по существу той же неизменной, зернистой системой. Залечивание происходило за счет заново образовавшихся межзерновых связей. Вторая стадия характеризуется развитием серии сдвиговых подвижек при понижении в условиях постоянного значения . При подготовке, развитии и реализации кзгдой после-

дующей подвижки имеет место механизм, подобный образованию первой подвижки. Таким образом, было установлено, что сдвиговая подвижка является результатом взаимодействия двух противоположно направленных процессов - разрушения и консолидации. В ходе всего эксперимента проводилась регистрация акустической эмиссии. Построен график активности АЭ в интервале нагружения. Этот график хорошо описывает процесс разрушения - пики активности АЭ соответствуют моменту образования и сдвижения макроразрива. Высокий пик наблюдается также деред каждой подвижкой. При исследовании акустической эмиссии исследовалась также форма упругих импульсов, излучаемых подвижкой. Установлено, что первая часть импульса, которая соответствует образованию разрыва, -высокочастотная, а вторая, соответствующая залечиванию разрыва, - относительно низкочастотная. На наш взгляд эти результаты могут быть полезны при интерпретации очаговых спектров.

В конце главы рассмотрев результаты исследования формирования и развития сдвиговой подвижки при фазовом переходе на •этой же модели. Показано, что фазовый переход способствует возникновению сдвиговых подвижек. Механизм образования последних аналогичен механизму возникновения сдвиговых подвижек при двухосном сжатии. Установлено также, что амплитуда и частота излучаемых импульсов в указанных двух случаях подобны.

основные выводи

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем.

I. Разработано ново.е направление геофизического моделирования - исследование дискретных иерархических свойств горных

пород и сейсмического процесса в лабораторных условиях.,

2. Разработано и изготовлено нагружающее устройство для экспериментов с материалами различного типа в широком диапазоне усилий и деформаций. Создана аппаратура и методика для изучения формирования и развития блочно-иерархической структуры в материале при деформировании. Для этих целей применены методы микроскопии, акустической эмиссии, ультразвукового просвечивания, измерения пьезоэффекта и электрической емкости.

3. Установлены условия деформирования, при которых в материале формируется и развивается блочно-иерархическая структура.

Б области запредельного деформирования при сложном напряженном состоянии в тьердом теле как искусственного, так и естественного происхождения образуются блоки, в распределении которых по размерам наблюдается иерархическая последовательность преимущественных "характерных" размеровх .

Последовательность хА характеризуется тем, что отношение размеров соседних блоков (переходный коэффициент иерархической последовательности) К =х1>1/11е*еоп8$ . а его значение близко к 3.

Постоянство переходного коэффициента в трехмерном теле не зависит от:

а) размеров, формы и пластичности деформируемого тела;

б) режима (скорости деформации и нагрузки) и типа нагруженил;

в) количества и размеров внутренних неоднородкостей (дефектов, пор и т.д.);

г) ютнерадьного' с66?ава| зернистости, анизотропии' и теие-, тическоа группы горных; сброд; .

д) граничных условий (влияние нагружающего устройства) и жесткости машины.

При деформировании тела пластинообразной формы (двухмерное тело) образуется блочно-иерархическая структура с переходным коэффициентом к ^ 2.

Одной из причин инициирования блоковой структуры может являться фазовый переход. Установлено, что переходный коэффициент при этом не зависит от природы воздействия и продолжает Оставаться постоянным К^З.

4. Исследованы параметры акустической эмиссии (амплитуда, длительность и энергия акустических сигнялов) при формировании и развитии блочно-иерархической структуры.

Установлено, что акустический процесс проявляет.иерархическое самоподобие по энергии.

5. Блоковая структура твердого тела создается взаимодействием двух противоположно направленных процессов - разрушения и консолидации. Процесс повторяется до тех пор, пока размер ■наиболее крупного блока не будет сопоставим с размерами деформируемого образца.

Подготовка и реализация сдвиговых подвижек также является результатом двух противоположно направленных процессов - разрушения (образования разрыва - стадия I) и консолидации (залечивания разрыва в ходе неустойчивого скольжения - стадия П). В результате акустических исследований установлено, что на стадии I излучаются высокочастотные импульсы, а на стадии Л - относительно низкочастотные.

Аналогичные результаты были получены в экспериментах, где сдвиговые подвижки возникали при фазовом переходе. ■

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах.

1. Экспериментальное изучение подвижки в компонентных образцах при фазовом переходе // Физические свойства горных пород при высоких давлениях и температурах. Ереван: Свет, 1985. (В соавторстве с Соболевым Г.А., Стаховской З.И. и др.).

2. Исследование трещинообразования в процессе фазового перехода // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород. Фрунзе: Илии, 1985. (В соавторстве с Соболевым Г.А., Стаховской З.И. и др.).

3. К вопросу о влиянии фазового перехода на процесс разрушения // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1985. И 12. (В соавторстве с Соболевым Г.А., Стаховской З.И. и др.).

4. Влияние ослабленной зоны на процессы разрушения горной породы // Количественная сейсмология и сейсмостойкое строительство на Дальнем Востоке. Южно-Сахалинск: 1985. (В соавторстве со.Стаховской З.И., Кольцовым *А. В. и др.).

5. Акустическая эмиссия при разрушении материала в условиях // Изв.'АН СССР. Физика Земли. 1989. й I. (В соавторстве с Соболевым Г.А. и Садовым Б.Г.).

6. Излучение от сдвигового разрыва при фазовом переходе //' Физические свойства горных пород при высоких Р и Т. Уфа: 1989. (В соавторстве с Ca ловим Б.Г.)-.

7. Исследование систем и иерархии трещин при деформировании высокоплсстичного материала. Там же.

8. Кошмексные исследования процесса трещкнообразоЕания при двухосном сжатии // Физика горных пород при высоких давлениях. Москва: Наука, ■ 1991. (Б соавторстве со Стаховской S.H.).