Термодинамічний аспект руйнування гірських порід

Abstract

Мета. Оцінити зміни вільної енергії при переході із нерівноважного стану гірської породи в рівноважний. Цей процес реалізує процес динамічного крихкого руйнування на структурних дефектах гірської породи як мікронеоднорідного середовища. Методика. Включала проведення в рамках статистичної термодинаміки серії експериментальних досліджень щільності та швидкості поширення поздовжніх і поперечних акустичних хвиль у зразках пісковиків за різних умов навантаження. Результати. За експериментальними даними швидкостей поширення поздовжніх і поперечних акустичних хвиль для ряду пісковиків за різних режимів навантаження встановлено значення механічних і термодинамічних параметрів, що характеризують стан гірських порід. Проведено порівняльний аналіз частотних залежностей вільної енергії від величини коефіцієнта Пуассона. Наукова новизна. Запропонована модель термодинамічної системи, що описує енергоактивований процес переходу гірської породи від нерівноважного стану в рівноважний, під час зовнішнього збурення поверхневими акустичними хвилями. Розкрита можливість оцінки міри повільного динамічного руйнування за температурою Дебая. Обґрунтовано механізм дисипації внутрішньої енергії на структурних дефектах системи, із переходом її частини в тепловий рух структурних елементів. Практична значимість. Розроблена методика дослідження термодинамічного стану неідеально-пружних гірських порід методами неруйнуючого контролю. Встановлено взаємозв’язок між механічними параметрами гірської породи й характеристиками процесу переходу її із нерівноважного стану в рівноважний.