43. Ю.П. Стефанов Особенности поведения горных пород и математическая модель процессов их деформации
9 марта 2023 г. состоялось 43-е заседание междисциплинарного научного семинара «МЕХАНИКА: эксперимент, моделирование, приложения». Доклад "Особенности поведения горных пород и математическая модель описания процессов деформации и разрушения" сделал Ю.П. Стефанов, д.ф.-м.н., профессор РАН, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Новосибирск; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск Новосибирский государственный университет, Новосибирск Аннотация Неоднородное строение горных пород, наличие пор и трещин разного масштаба приводят к их нелинейному поведению под нагрузкой. Их упругие и прочностные свойства зависят от напряженного состояния. Необратимая деформация горных пород может сопровождаться разрыхлением или уплотнением, а зоны локализации иметь разную ориентацию. Причем указанные особенности поведения пород определяются не только направлением главных осей напряжений, но и средним напряжением. В связи с этим важную роль для описания их поведения играет адекватный выбор математической модели и определение ее параметров. В докладе кратко описаны важнейшие особенности поведения и соответствующие проявления на диаграммах нагружения. Показан анализ диаграмм нагружения для выбора базовой модели поведения и определения ее параметров, а также уточнения/построения дополнительных определяющих соотношений. Основное внимание уделено математической модели описания деформации за пределом упругости, которая основана на комбинированной предельной поверхности с использованием неассоциированного закона течения. Такая модель позволяет описывать процесс необратимой деформации с учетом дилатансии и компакции. Приведены примеры численного моделирования поведения образцов горных пород иллюстрирующие адекватность модели. Рассмотрен ряд примеров моделирования процессов деформации в геологической среде, включая формирование зон локализации в окрестности скважин, при сдвиговой деформации осадочного слоя и др. Список основных статей по теме доклада 1. Стефанов Ю.П. Локализация деформации и разрушение в геоматериалах. Численное моделирование// Физ. мезомех. – 2002. – № 5. – С. 107–118. 2. Stefanov Yu.P. Numerical investigation of deformation localization and crack formation in elastic brittle-plastic materials// Int. J. Fract. – 2004. – V. 128 (1) – 345-352 3. Стефанов Ю.П. Некоторые особенности численного моделирования поведения упруго-хрупкопластичных материалов // Физ. мезомех. - 2005. - Т. 8. - № 3. - С. 129-142 4. Ю.П. Стефанов, Тьерселен М. Моделирование поведения высокопористых геоматериалов при формировании полос локализованного уплотнения // Физ. мезомех. – 2007 – Т. 10, №1, – 93–106 5. Стефанов Ю.П. Численное моделирование деформирования и разрушения горных пород на примере расчета поведения образцов песчаника // ФТПРПИ – 2008. – № 1. – С. 73–83 6. Stefanov Yu P., Chertov M.A., Aidagulov G.R., Myasnikov A.V. Dynamics of inelastic deformation of porous rocks and formation of localized compaction zones studied by numerical modeling // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2011. – 59 – P. 2323-2340 7. Stefanov Yu.P., Bakeev R.A. Deformation and fracture structures in strike-slip faulting // Engineering Fracture Mechanics. – 2014. – Т. 129, P. 102-111 8. Стефанов Ю.П., Бакеев Р.А. Формирование цветковых структур нарушений в слое геосреды при разрывном горизонтальном сдвиге основания // Физика Земли. – 2015. – № 4. – С. 81–93 9. Стефанов Ю.П. Некоторые нелинейные эффекты поведения горных пород // Физ. мезомех. – 2016. № .6. С.54-61 10. Стефанов Ю.П., Татаурова А.А. Влияние трения и прочностных свойств среды на формирование зон локализации деформации в надвиговых структурах // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 5. - С. 46-55 11. Garavand A, Stefanov Yu.P., Rebetsky Y.L., Bakeev R.A., Myasnikov A.V., Numerical modeling of plastic deformation and failure around a wellbore in compaction and dilation modes // Int J Numer Anal Methods Geomech. 2020; 44: 823–850 DOI: 10.1002/nag.3041 12. Татаурова А.А., Стефанов Ю.П. Развитие необратимой деформации и полос локализованного сдвига при горизонтальном сжатии осадочного слоя // Геофизические технологии. – 2022. –№ 2. – С. 4-14.
