Тензорная компакция пористых пород: теория и экспериментальная верификация

Уплотнение в осадочных бассейнах традиционно рассматривается как одномерный процесс, который игнорирует неупругие деформации в направлениях, ортогональных активной нагрузке. В этом исследовании представлены новые эксперименты с песчаником, демонстрирующие роль трехмерного неупругого уплотнения при циклическом истинно трехосном сжатии. Эксперименты выполнены на базе испытательной системы трехосного независимого нагружения в лаборатории геомеханики Института проблем механики им. А.Ю.Ишлинского РАН. По кривым деформирования оценены упругие модули материала и определены упругие деформации образца в каждом из трех направлений. Вычитание упругой составляющей из общей деформации позволило показать, что в направлении активного нагружения наблюдается неупругое уплотнение материала, тогда как в ортогональных направлениях имеет место разуплотнение материала. Для описания трехмерного характера уплотнения предлагается обобщение закона Ати на тензорный случай, учитывающее роль девиатора напряжений. Введен тензор уплотнения и кинетическое уравнение для описания эволюции неупругой деформации, начиная с момента приложения нагрузки. На основе экспериментов по циклическому многоосному сжатию песчаника проведены идентификация и верификация построенной модели тензорного уплотнения. Показана возможность не только качественного, но и количественного описания изменения неупругой деформации при сложном циклическом трехосном сжатии.