Термодинамический аспект разрушения горных пород

Abstract

Цель. Оценить изменения свободной энергии при переходе из неравновесного состояния горной породы в равновесное. Этот процесс реализует процесс динамического хрупкого разрушения на структурных дефектах горной породы как микронеоднородной среды. Методика. Включала проведение в рамках статистической термодинамики серии экспериментальных исследований плотности и скоростей распространения продольных и поперечных акустических волн в образцах песчаников при различных условиях нагружения. Результаты. По экспериментальным значениям скоростей распространения продольных и поперечных акустических волн для ряда песчаников при различных режимах нагружения определены значения механических и термодинамических параметров, которые характеризируют состояние горных пород. Проведен сравнительный анализ частотных зависимостей свободной энергии от величины коэффициента Пуассона. Научная новизна. Предложена модель термодинамической системы, которая описывает энергетически активированный процесс перехода горной породы из неравновесного состояния в равновесное, во время внешнего возбуждения поверхностными акустическими волнами. Раскрыта возможность оценки меры медленного динамического разрушения с помощью температуры Дебая. Обоснован механизм диссипации внутренней энергии на структурных дефектах системы, с переходом ее части в тепловое движение структурных элементов. Практическая значимость. Разработана методика исследования термодинамического состояния неидеально-упругих горных пород методами неразрушающего контроля. Установлена взаимосвязь между механическими параметрами горной породы и характеристиками процесса перехода ее из неравновесного состояния в равновесное.