докт. техн. наук, заместитель начальника отдела
Doctor of Technical Sciences, Deputy Head of Department
В работе представлена модель в виде двух упругих элементов, которые находятся в разных напряженных состояниях, объясняющая возникновение остаточных напряжений второго рода. Модель отражает главные стадии предыстории формирования начального гравитационного напряженного состояния осадочной обломочной породы с последующей цементацией и изменение этого состояния при разгрузке. Последовательность образования породы по схеме «нагружение – цементирование» приводит к возникновению в ее элементах двух систем напряжений (по К. Терцаги): эффективных – в скелете, который воспринимает основную силовую нагрузку, и нейтральных – в жидкой фазе, в этом процессе не участвующей. После твердения жидкого раствора эффективные напряжения оказываются связанными цементирующим материалом.
Выполнен анализ изменения напряженно-деформированного состояния модели при разгрузке, носящей техногенный или природный характер, с помощью графоаналитического построения, в котором зависимости «напряжение – деформация» для элементов породы перед разгрузкой совмещены в единой системе координат, а процесс разгрузки рассмотрен из условия совместности их деформаций. Метод суперпозиции двух полей напряжений при разгрузке позволил проследить причинно-следственную связь начального напряженного состояния и образования собственных напряжений и, соответственно, самонапряженного состояния. Представленное построение делает «прозрачным» изменение напряжений между элементами модели в процессе разгрузки и потенциальной энергии и распределение ее составных частей после разгрузки, объясняющее неполную реализацию потенциальной энергии.
The paper describes a model aimed at explanation of causes for residual stresses of the type. The model is composed of two elastic elements that are subject to different states of stresses; it shows major previous stages of formation of the initial state of gravity stresses of the detrital sedimentary rock which were followed by cementation and changes of the state of stresses during unloading. Being an element of the history, the sequence of formation of the rock under the ‘loading – cementing’ pattern leads to formation of two systems of stresses in the rock elements (according to K. Terzaghi), i.e. effective stresses in the rock matrix (or groundmass) that is subject to main loading, and neutral stresses in the connate fluid that is not involved in the process. Upon hardening of the solution, the effective stresses become bound by the cementing material.
Changes of the stress-and-strain state of the model in case of induced or natural unloading are analyzed on the basis of stress–strain curves that are reconstructed for the rock elements prior to unloading and compared in the same systems of coordinates, and the process of unloading is reviewed with account of the condition of their joint deformation. By applying the method of superposition of the two fields of stresses during unloading, it is possible to reveal the cause-and consequence relationship between the initial state of stresses and the occurrence of own stresses and, subsequently, to trace the self-stress state. The proposed definition ensures a ‘transparent’ representation of changes of stresses between the model’s elements during unloading, changes of the potential energy and distribution of its components after unloading, which provides an explanation of the incomplete release of the potential energy.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.