Features of energy distributions of acoustic emission signals during rock deformation: Laboratory experiment and computer simulation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The paper gives an overview of the results of computer and laboratory experiments on the deformation of various rock samples. A model based on the discrete element method was used to identify the regularities of defect evolution. In the laboratory experiment, the evolution of the microcrack system in samples (Westerly granite, Berea sandstone, metasandstone) was investigated using two independent nondestructive methods: acoustic emission and X-ray computed microtomography. It is shown that the energy distribution of acoustic emission signals accompanying destruction is not always approximated by a power function. The exponential type of the energy distribution of AE signals indicates a stable state of deformed material. The power type of distribution indicates that the process of defect accumulation has reached a critical stage leading to catastrophic failure.

About the authors

E. E. Damaskinskaya

Ioffe Institute

Email: Kat.Dama@mail.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia

V. L. Gilyarov

Ioffe Institute

St. Petersburg, Russia

References

  1. Булинский А.В., Ширяев А.Н. Теория случайных процессов. Физматлит. 2005.
  2. Виноградов С.Д. О распределении числа импульсов по энергии при разрушении горных пород // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1959. № 12. С. 1850–1852.
  3. Гиляров В.Л., Варкентин М.С., Корсуков В.Е., Корсукова М.М., Куксенко В.С. Формирование степенных распределений дефектов по размерам в процессе разрушения материалов // ФТТ. 2010. Т. 52. № 7. С. 1311–1315.
  4. Гиляров В.Л., Дамаскинская Е.Е. Моделирование акустической эмиссии и разрушения поликристаллических гетерогенных материалов методом дискретных элементов // ФТТ. 2022. Т. 64. № 6. С. 676–683.
  5. Дамаскинская Е.Е., Кадомцев А.Г. Выявление пространственной области будущего очага разрушения на основе анализа энергетических распределений сигналов акустической эмиссии // Физика Земли. 2015. Т. 3. С. 78–84.
  6. Дамаскинская Е.Е., Пантелеев И.А., Гафурова Д.Р., Фролов Д.И. Структура деформируемого гетерогенного материала по данным акустической эмиссии и рентгеновской микротомографии // ФТТ. 2018. Т. 60. № 7. С. 1353–1357.
  7. Дамаскинская Е.Е., Гиляров В.Л., Пантелеев И.А., Гафурова Д.Р., Фролов Д.И. Статистические закономерности формирования магистральной трещины в структурно-неоднородном материале при различных условиях деформирования // ФТТ. 2018. Т. 60. № 9. С. 1775–1780.
  8. Дамаскинская Е.Е., Гиляров В.Л. Особенности эволюции дефектной структуры в модели дискретных элементов // ФТТ. 2024. Т. 66. № 1. С. 142–148.
  9. Мячкин В.И., Костров Б.В., Соболев Г.А., Шамина О.Г. Лабораторные и теоретические исследования процесса подготовки землетрясения // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1974. № 10. С. 2526–2530.
  10. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука. 1993. 313 с
  11. Соболев Г. А. Модель лавинно-неустойчивого трещинообразования — ЛНТ // Физика Земли. 2019. № 1. С. 166–179.
  12. Bak P. How Nature Works. New York: Springer. 1996.
  13. Dosta M., Skorych V. MUSEN: An open-source framework for GPU-accelerated DEM simulations // SoftwareX. 2020. V. 12. P. 100618.
  14. Ester M., Kriegel H.-P., Sander J., Xu X. A density-based algorithm for discovering clusters in large spatial databases with noise. Proceedings of the Second International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD-96) / Evangelos Simoudis, Jiawei Han, Usama M. Fayyad (eds.). AAAI Press. 1996. V. 226.
  15. Kuksenko V., Tomilin N., Damaskinskaya E., Lockner D. A two-stage model of fracture of rocks // Pure Appl. Geophys. 1996. V. 146. №2. P. 253–263.
  16. Lockner D. A., Byerlee J. D., Kuksenko V., Ponomarev A., Sidorin A. Quasi-static fault growth and shear fracture energy in granite // Nature. 1991. V. 350. P. 39–42.
  17. Miachkin V.I., Sobolev G.A., Dolbilkina N.H. Morozow V.N., Preobrazensky V.B. The study of variations in geophysical fields near focal zones of Kamchatka // Tectonophysics. 1972. V. 14. № 3. P. 287–293
  18. Ponomarev A.V., Zavyalov A.D., Smirnov V.B., Lockner D.A. Physical modeling of the formation and evolution of seismically active fault zones // Tectonophysics. 1997. V. 277. P. 57–81.
  19. Potyondy D.O., Cundall P.A. A bonded-particle model for rock // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2004. V. 41. P. 1329–1364.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences