Careful tests of the Kaiser effect on a weak sandstone showed some anomalous behaviour in which acoustic emissions do not stop immediately the load is reduced, and restart before the, maximum is again exceeded. A time dependent mechanism is required to explain this, and a model based on subcritical microcrack growth is proposed. The model has a random initial distribution of microcrack lengths, and the cracks are allowed to extend subcritically until the dynamic crack velocity is exceeded. We assume Charles Law for crack growth, and a Weibull distribution of initial crack lengths. Some constraints on the material parameters are suggested by comparing the simulations to the physical experiments.
L"effet Kaiser (memoire de la charge maximale precedente lors de mises à la charge cycliques) a ete soigneusement etudie dans le cas d"un grès tendre; un comportement anormal a ete observe: les emissions acoustiques ne s"arrêtent pas immediatement quand la charge est diminuee et recommencent avant que la charge maximale ne soit depassee. Il est necessaire de recourir à un mecanisme dependant du temps pour expliquer ces observations et un modèle fonde sur la croissance subcritique des microfentes est propose. Ce modèle assume une initiale distribution au hasard des longueurs de microfentes; l"extension des fentes est subcritique jusqu" à ce qu" une velocite critique soit depassee. Si on assume que la loi de Charles pour la croissance des fentes et la distribution Weibull des longueurs initiales de fentes s"appliquent ici et si on compare les simulations avec les experiences physiques, on peut deduire certains paramètres pour ce materiau.
Sorgfaltige Versuche zum Kaiser-Effekt (ein Indikator fuer vorangegangene Lastmaxima bei zyklischer Belastung) an schwachem Sandstein zeigten gewisse Anomalien, insofern als akustische Emission bei Lastruecknahme nicht unmittelbar unterbrochen wurde und andererseits wieder begann bevor das Lastmaximum im nachsten Zyklus erreicht wurde. Zur Erklarung unserer Beobachtung wird ein zeitabhangiges Modell fuer unterkritisches Rißwachstum vorgeschlagen. Das Modell geht von einer zufalligen Anfangsverteilung der Mikrorißlangen aus, wobei sich die Risse unterkritisch erweitern bis eine kritische Rißgeschwindigkeit erreicht wird. Unter,Annahme des Charlesschen Gesetzes fuer Rißwachstum und einer Weibull Verteilung fuer die Anfangsrißlangen werden Schranken fuer die Materialparameter durch Vergleich numerischer Simulationen mit physikalischen Experimenten vorgeschlagen.
The principal mechanism of inelastic deformation of rocks at the temperatures and pressures encountered in the top few km of the earth"s crust is the formation and growth of cracks. In the early stages of deformation the size of the cracks is governed mainly by the scale of mechanical heterogeneity of the rock, often of the order of the grain size, so in fine and medium grained rocks the cracks have dimensions between micrometres and millimetres and are referred to as microcracks.
The general effect of the formation of microcracks is to reduce the elastic modulus of the rock, so the onset of cracking - the "damage surface" - may be detected by observing the point at which the load-deflection curve deviates from linearity. However, simple observations of the constitutive behaviour may not allow us to map the damage surface precisely.
Alternatively we may take advantage of the discrete nature of the deformation mechanism, and the fact that the cracks usually form dynamically, emitting packets of high frequency elastic energy, and monitor the arrival of these acoustic emissions (ae) at transducers mounted on the rock.
