В условиях верхней коры большинство горных пород вмещают деформацию хрупким способом в результате трещин и разрушений.Общее мнение заключается в том, что хрупкое разрушение достигается, как только некоторые критические моменты достигают напряжения; либо напряжение, необходимое для образования нового трещины в неповрежденной породе, либо напряжение, необходимое для скольжения вдоль ранее существовавшей породы. Даже такое фрикционное скольжение по уже существующим разломам требует разрушения неровностей в различных масштабах (от зернистости до толчков при разломах коры) и разрушения сегментов ранее заживших разломов. Следовательно, камни являются ключевым параметром, контролирующим динамику хрупкой верхней коры. Например, присутствие трещин позволяет корковым породам хранить и транспортировать жидкости, и даже скромные изменения размера, плотности или сцепления трещин могут привести к серьезным последствиям изменения в свойствах транспортировки жидкости. Таким образом, зависящая от времени деформация породы оказывает как научное, так и социально-экономическое воздействие. Поскольку он контролирует предшествующую фазу важных геологических опасностей, таких как разрыв в результате землетрясения и вулканического извержения,а также оказывает влияние эффективное извлечение углеводородных и геотермальных энергетических ресурсов, целостность подземных шахт и раскопки долговременное хранение опасных отходов.
1.1. Распространение единичных трещин в горных породах
Корковые породы обычно содержат конечную пористость, состоящую из следующих компонентов комбинации открытых пор между зернами, пустоты тройного соединения между кристаллическими фазами, пустотами на границах зерен и разомкнутыми микротрещинами, даже на значительной глубине. Эти дефекты выступают в качестве точек концентрации напряжений от трещины, которые могут зарождаться и размножаться. Выше определенного порога плотности, такие трещины будут взаимодействовать и коалесцироваться до тех пор, пока в конце концов макроскопическая поломка возникает, как правило, в результате образования сдвига. Поэтому, чтобы понять микромеханику хрупкое разрушение, контролируемое ростом трещины,концепция критического контроля хрупкой прочности при стрессе с помощью концепции критической концентрации стресса, контролирующей трещину.
Обычно наблюдаемая характеристика пород коры заключается в том, что они сопротивляются разрушению, в значительной степени зависит от условий окружающей среды, в которых происходит деформация, а также от скорости деформации. Это особенно верно при повышенной температуре и в присутствии химически активных поровых жидкостей. A значительное количество экспериментальных данных подтверждает мысль о том, что трещины могут распространяться стабильно, статически при значениях KI, намного ниже критического значения, KIC, хотя и со скоростями, которые являются порядковыми значениями. Это явление известно как рост критической трещины и был отмечен по широкому спектру типа пород, включая песчаники, известняки, граниты и базальты.
Существует целый ряд микромеханизмов, которые могут быть ответственны за рост подкритической трещины, включая атомную диффузию, растворение, ионообмен, микропластичность и коррозию под напряжением. Тем не менее, подавляющее большинство совокупности экспериментальных и наблюдательных данных позволяет предположить, что рост ранее существовавших трещин и дефектов по механизму напряжения коррозии является доминирующим механизмом роста подкритических трещин в породах в условиях преобладания в верхней коре.
Коррозия под напряжением описывает реакции псевдоожиженной породы. Преимущественно между химически активной поровой жидкостью и напряжением атомной связи близко к кончикам трещин. Например, в диоксиде кремния водопроводная система, соединяющая узлы, близкие к концам трещин, которые являются главными напрягающими компонентами, заменяются более слабым водородом,что способствует росту трещин при более низких уровнях стресса, чем у людей, испытывающих стресс. На сегодняшний день, подавляющее большинство из экспериментальных данных по коррозионному растрескиванию под напряжением в горных породах было получено из экспериментов на одиночных, растягивающих макротрещинах, проводимых при атмосферном давлении.
1.2. Временно-зависимое разрушение горных пород при сжатии
Разрушение пород, подвергшихся всестороннему сжатию,как и в случае с глубинами коры, обычно намного сложнее, чем распространение одиночных разрывных трещин, потому что разрушение при сжатии включает в себя последовательное зарождение, распространение, взаимодействие и слияние большого количества микротрещин. Прямое наблюдение за такими микротрещинами настоятельно рекомендует следующее, они зарождаются от уже существующих дефектов (пор, микротрещин, включений и т.д.) и размножаются в основном в виде трещин при растяжении. Направление, параллельное максимальному основному напряжению. Кроме того, вода и водные растворы повсеместно присутствуют в верхних слоях коры, ниже нескольких сотен метров, пустоты в большинстве пород насыщены. Поэтому было бы удивительно, если бы коррозионные реакции под напряжением не были также важны при разрушении при сжатии горных пород под верхними слоями горной породы. Давно признано, что прочность пород зависит как от условий окружающей среды, так и от скорости деформации.
2. Влияние дифференциального напряжения
Большинство исследований хрупкой ползучести были сфокусированы на следующих аспектах влияния дифференциального напряжения на время выхода из строя и / или скорость деформации ползучести. Выбор этих данных, под таким же давлением и температурные условия, представлены. Он может увидеть, для всех типов горных пород, время разрушения и ползучести.Скорость деформации сильно зависит от уровня дифференциала напряжения, что иллюстрируется необходимостью использования осей полу-лога. В общем, небольшое увеличение дифференциального стресса приводит к значительному увеличению скорости деформации ползучести и связанное с этим значительное сокращение времени на отказ. Например, для гранита эффективное давление 10 МПа, увеличение перепада напряжения на 10 МПа. Только 4%, с 301 до 312 МПа, приводит к уменьшению времени разрушения и увеличению скорости деформации ползучести примерно в 6 раз. Сильное влияние дифференциальных напряжений на время разрушения и скоростью деформации ползучести можно объяснить тем фактом, что увеличение в прилагаемом дифференциальном напряжении вызывает увеличение напряжения коэффициента интенсивности на концах микротрещин в горной породе. Даже скромное увеличение коэффициента интенсивности стресса приводит к значительному увеличению скорости роста критической трещины. Следовательно, увеличение количества приложенное дифференциальное напряжение на образец насыпной породы вызывает большое напряжение.увеличение макроскопической деформации ползучести и значительное сокращение во время аварии.
При сравнении коэффициентов деформации при разрушении или ползучести по времени между различными породами в зависимости от приложенных дифференциальных напряжений, нам приходится не забывать, что диапазон напряжений, в котором происходит хрупкая ползучесть, т.е. с самого начала растрескивания (C0) к краткосрочной силе (СС),значительно различаются и зависят от типа горной породы. Поэтому, для проведения значимых сравнений между типами горных пород, это желательно для нормализации напряжений ползучести в пределах их верхней и нижней части. Теоретической верхней границей является пиковое напряжение при скорости деформации, которая является достаточно высокой для деформации в сущности, не зависящий от времени. Однако, поскольку образцы обычно подвергаются предварительному напряжению при ползучести со скоростью деформации около 105 с.
2.1. Влияние эффективного давления
Снижение коэффициента деформации (и, соответственно, увеличение времени выхода из строя) в ответ на повышение эффективного давления должно привести к как мы знаем, прочность горной породы увеличивается при более высоких значениях эффективного давления. Однако, в то время как увеличение кратковременной прочности шкал приблизительно линейно с увеличением в эффективном давлении увеличивается на 20%, скорость деформации ползучести взятая при заданном дифференциальном напряжении, нелинейны, и уменьшается на на несколько порядков больше, чем эффективное давление. Это нелинейность может быть объяснена крайней чувствительностью скорости роста микротрещины к местному фактору интенсивности напряжения.
2.2. Влияние температуры
Для любого заданного дифференциального напряжения, повышение температуры приводит к значительному увеличению скорости деформации ползучести в пористых средах песчаников.Например, при фиксированном дифференциальном напряжении, равном около 115 МПа скорость деформации ползучести в песчанике Бентхайма возрастает примерно на три порядка по мере повышения температуры с 25°C до 75°C. Напротив, ранее неопубликованные данные по базальту Этна показывают, что, несмотря на все еще значительное увеличение скорости деформации ползучести, оно значительно меньше по сравнению с предыдущим годом. Влияние температуры на время выхода из строя следует очень похожей тенденции: от времени к времени уменьшения айлюра с повышением температуры. В граните Барре, время до разрушения уменьшается примерно на два порядка величины по мере повышения температуры от окружающей среды до 200 C.
Наблюдаемое влияние температуры на макроскопическую деформацию скорость и время выхода из строя могут быть объяснены чувствительностью к скорости коррозионного растрескивания под напряжением до температуры. Согласно теории коррозионного растрескивания под напряжением, температура может влиять на скорость роста трещины двумя способами. Во-первых, широко признается, что повышение температуры вызывает увеличение скорости роста трещины. Во-вторых, температура также может влиять на зависимость роста трещины от напряжения ставки.
