Kształtowanie się ciśnienia efektywnego w klasycznym, trójosiowym stanie naprężenia na podstawie wyników pękania i deformacji wybranych skał

• Autorzy: Gustkiewicz J. , Nowakowski A. , Nurkowski J. , Stanisławski L. , Lizak Z.

Warianty tytułu

EN

Shaping of the Effective Pressure in the Rock at the Strength Limit in Triaxial State of Stress – on the base of Laboratory Researches on Cracking and Deformations of selected Rocks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł zawiera podsumowanie prowadzonych w latach 2003 i 2004 badań nad kształtowaniem się ciśnienia efektywnego w skale, w której naprężenia osiągnęły granicę wytrzymałości. W ramach badań laboratoryjnych wykonano eksperymenty klasycznego trójosiowego ściskania z płynem porowym pod ciśnieniem dla trzech skał: piaskowca „Tumlin”, wapienia „Pińczów” i opoki „Benatký”. Stosowano sorbujące (CO2 i H2O) i niesorbujące (nafta, azot) płyny porowe. Studiowano sposób zachowania ciśnienia efektywnego na granicy wytrzymałości w zależności od zastosowanego płynu porowego. Wyodrębniono trzy różne sposoby kształtowania się ciśnienia efektywnego na granicy wytrzymałości skały: dla obojętnych płynów porowych (nafta, azot), dla nieobojętnego gazu (CO2) i dla nieobojętnej cieczy (H2O). Podano prawdopodobne przyczyny zachodzących różnic. Uzyskane wyniki wykorzystane zostaną do dalszych badań nad kształtowaniem się w skałach ciśnienia efektywnego.

EN

In the paper some results of laboratory researches that had been conducted in the years 2003 and 2004 were presented. During those researches an effective pressure at the strength limit of rock was studied as a function of confining pressure and pore pressure. The individual triaxial compression tests with inert and non-inert fluids in the pore space of rock were conducted for three rocks: “Tumlin” sandstone, “Pińczów” limestone and „Benatký” gaizé. Kerosene and nitrogen as non-inert and water and carbon dioxide as inert pore fluids were used in the tests. Effective pressure at the strength limit was studied as a function of applied pore fluid. Three different ways of shaping of effective pressure were shown: for non-inert fluids (kerosene nitrogen), inert gas (carbon dioxide) and inert liquid (water). Some possible reasons of differences in rock behaviour were presented and discussed.

Słowa kluczowe

PL

trójosiowe ściskanie; różnicowa granica wytrzymałości; ciśnienie okólne; ciśnienie porowe; ciśnienie efektywne; konwencjonalne ciśnienie efektywne

EN

triaxial compression; differential strength limit; confining pressure; pore pressure; effective pressure; conventional effective pressure

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 6, no. 1-2
• Strony: 3--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Gustkiewicz J.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Nowakowski A.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Nurkowski J.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Stanisławski L.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Lizak Z.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

Bibliografia

• Biot M.A., 1941: General theory of three dimensional consolidation. J. Appl. Phys. 12: 155-168.
• Brace W.F., Martin R.J., 1968: A test of the law of effective stress for crystalline rocks of low porosity. Int. J. Rock. Mech. Min. Sci. 5, 415-426.
• Czapliński A., Gustkiewicz J., 1990: Sorpcyjne naprężenia i odkształcenia w węglu (w:) Górotwór jako ośrodek wielofazowy. J. Litwiniszyn (red.). AGH, Kraków, 455-468.
• Detournay E., Cheng A.H.-D., 1993: Fundamentals of Poroelasticity. Comprehensive rock engineering: principles, practice & projects. Vol. II, Analysis and design method. C. Fairhurst (ed.), Pergamon Press, 113-171.
• Geertsma J., 1957: The effect of fl uid pressure decline on volumetric changes of porous rocks. Trans. AIME. 210: 331-340.
• Gustkiewicz J., 1998: Compressibility of rocks with a special consideration given to pore pressure. Proc. Of the Biot. Conf. on Poromech., Louvain-la-Neuve, 14-16 Sept. 1998, J.-F. Thismus et al. (eds), Balkema, Rotterdam, 573-577.
• Gustkiewicz J., 1990: Deformacje i wytrzymałość skał w trójosiowym stanie naprężenia z uwzględnieniem płynów porowych (w:) Górotwór jako ośrodek wielofazowy. J. Litwiniszyn (red.). AGH, Kraków, 97-136,
• Gustkiewicz J., Orengo Y., 1990: Zmiany zachowania węgla pod działaniem wody (w:) Górotwór jako ośrodek wielofazowy. J. Litwiniszyn (red.). AGH, Kraków, 763-781.
• Gustkiewicz J., 1985: Deformation and failure of the Nowa Ruda sandstone in a three-axial state of stress, with gas under pressure in the pores. Archiwum Górnictwa, Vol. XXX, pp. 401-424.
• Gustkiewicz J., Nowakowski A., Lizak Z., 2003: Zmiany niektórych właściwości piaskowca pod wpływem sorbujących i niesorbujących płynów porowych pod ciśnieniem. Prace IMG PAN, t. 5, nr 3-4, str.367-375.
• Handin J., Hager R.V., Friedman M., Feather J.N., 1963: Experimental deformation of sedimentary rocks under confining pressure: pore pressure effects. Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol. 47: 717-755.
• Lasoń M., 1988: Specifi c surface of porous material. Arch. Min. Sci., 33, 475-497.
• Murrell S.A.F., 1965: The effect of triaxial stress systems on the strength of rocks at atmospheric temperatures. Geophys. J. R. Astron. Soc., 10, 231-281.
• Nowakowski A., Młynarczuk M., Ratajczak T., Gustkiewicz J., 2003: Wpływ warunków termicznych na zmianę niektórych właściwości fi zycznych i strukturalnych wybranych skał, Prace IMG PAN. Rozprawy, Monografie, nr 5, 104 s.
• Nur A., Byerlee J.D., 1971: An exact effective stress law for elastic deformation of rock with fluids. J. Geophys. Res. 76(26): 6414-6419.
• Paterson M.S., 1998: Experimental Rock Deformation. The Brittle Field. Springer Verlag, Berlin–Heidelberg–New York.
• Rajchel J., 2004: Kamienny Kraków. Uczelniane Wyd. Nauk.-Dydaktyczne AGH, Kraków, 54-54.
• Rehbinder P., Lichtman V., 1957: Effect of surface active media on strains and rupture in soils (in:) Electrical Phenomena and Soil/Liquid Interface. J. H. Schulman (ed.), Proc. 2nd Int. Congr. Surface Activity, Vol. III, London, Butterworths, 563-582.
• Robin P.-Y.F., 1973: Note on effective pressure. J. Geophys. Res., 78, 2434-2437.
• Roegiers J.-C., Cui L., Bai M., 1998: Poroelasticity applications (in:) Mechanics of Jointed and Faulted Rock. Proc. of the 3rd Int. Conf. on Mech. of. Joint. and Fault. Rock – MJFR-3, Vienna, Austria, 6-9 April 1998. Hans-Peter Rossmanith (ed.), Balkema, Rotterdam, 39-46.
• Rice J.R., Cleary M.P., 1976: Some basic stress diffusion solutions for fluid-saturated elastic porous media with compressible constituents. Reviews of Geophysics and Space Physics. 14(4): 227-241.
• Skempton A.W., 1960: Effective stress in soils, concrete and rocks. Proc. Conf. on Pore Pres. Sustion in Soils. London, Butterworths, 4-6.
• Terzaghi, K., 1923: Die Berechnung der Durchlässigkeitsziffer des Tones aus dem Verlauf der Spannungs-erscheinungen. Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien Math.-Naturwiss. Kl., Abt. 2A, 132, 105.
• Zienkiewicz O.C., Shiomi T., 1984: Dynamic behaviour of saturated porous media; the generalized Biot formulation and its numerical solution. Int. J. Num. Anal. Meth. Geomech. 8: 71-96.