1 Разработка бразильского теста в механике горных пород
Бразильский тест на растяжение для приложений механики горных пород подобен произведению искусства, которое привлекает исследовательский интерес ряда выдающихся ученых за последние 70 лет. В таблице 1 представлены временные рамки развития бразильского теста с 1943 по 2012 год. Обзор фокусируется на различных этапах и подходах к исследованиям на протяжении многих лет.
На основе всестороннего обзора, представленного в Таблице 1, можно наблюдать три этапа исследований для разработки бразильского теста в области механики горных пород.
Этап 1 (1943-1978) Этот этап начался с публикаций Карнейро (1943) и Акадзавы (1943). Исследования сосредоточились на двухмерном анализе напряжений бразильского диска и сравнении с другими методами косвенного растяжения и испытаниями на одноосное растяжение (Hobbs 1965; Hiramatsu and Oka 1966; Jaeger and Hoskins 1966a, b; Jaeger 1967; Hudson 1969; Mellor and Hawkes 1971; Hudson И др., 1972; Peng 1976), а также достоверность прочности на растяжение пород и породных материалов, полученных бразильским тестом (Fairhurst 1964; Colback 1966; Hudson et al., 1972; Wijk
1978). Непрямые испытания на растяжение (бразильский тест и кольцевой тест) анизотропных пород были экспериментально и теоретически исследованы Барлой и Инсаурато (Barla and Innaurato, 1973). Аналитические и экспериментальные исследования, которые были основными исследовательскими подходами, послужили основой для подготовки предлагаемого метода тестирования ISRM (1978).
Этап 2 (1979-1991 гг.). Выпуск предложенного ISRM метода определения прочности на растяжение породных материалов положил начало этому этапу применения. Бразильский тест стал очень популярным для измерения прочности на разрыв пород во всем мире. Было найдено относительно меньше ссылок, связанных с бразильским тестом. Анизотропия, нелинейные деформационные характеристики при сжатии и растяжении и размерный эффект образцов горных пород привлекли внимание некоторых ученых на этом этапе (Lajtai 1980; Sundaram and Corrales 1980; Pandey and Singh 1986; Satoh 1987; Newman and Bennett 1990; Bazant et al. 1991). Конец этого этапа отмечен публикацией обзорных статей Андреева (1991a, b).
Этап 3 (с 1992 года по настоящее время) Совершенствование и модификация традиционного бразильского теста были подробно изучены и обсуждены на этом этапе. Исследователи попытались учесть все влияющие факторы в бразильском испытании горных пород; Например, влияние промежуточного главного напряжения (r2) на бразильский тест было рассмотрено с использованием метода трехмерного численного моделирования (Yu and Meng 2005; Yu et al., 2006, 2009). Аналитически, численно и экспериментально изучены эффекты анизотропной (поперечно-изотропной) природы пород в бразильском тесте (Chen et al., 1998; Exadaktylos and Kaklis 2001; Claesson and Bohloli 2002; Cai and Kaiser, 2004; Chou И Chen 2008, Tavallali и Vervoort 2010a, b). Предположение о гомогенности материала в бразильском тесте было распространено на гетерогенные горные материалы методами численного моделирования (Yue et al., 2003; Chen et al., 2004a, b; Zhu and Tang 2006). Теоретически, экспериментально и численно изучено влияние силы трения между нагрузочной плитой и бразильским образцом на распределение напряжений и формы разрушения бразильского диска (Lavrov and Vervoort 2002; Xu et al., 2006; Markides et al. 2011; Дорогой и Банки-Силлс 2005). Замкнутые аналитические решения для поля напряжений бразильского диска были даны с учетом влияния анизотропии материала (Claesson and Bohloli, 2002), тангенциального трения вдоль нагрузочных краев (Lavrov and Vervoort 2002, Markides и др. 2012) и распределения (Markides et al., 2010, Markides and Kourkoulis, 2012). Трещинные рисунки (включая инициацию и распространение трещин) в бразильском тесте все еще остаются актуальной проблемой. Для изучения этой проблемы были применены различные методы численного анализа и экспериментальные наблюдения (Lavrov et al., 2002; Van D
e
Table 1 Developmental timeline of the Brazilian test on rocks and rock-like materials (1943–2011)
Authors
(year) Contributions Remarks Methods
Carneiro (1943) Proposing a testing method and giving an evaluation formula to calculate the tensile strength from the elastic tensile strength limit