BazTech - Yadda

1

Anizotropia wytrzymałości i odkształcalności piaskowców krośnieńskich z Mucharza w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania

Łukaszewski P.

Prace Naukowe Instytutu Geotechniki i Hydrotechniki Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

2007

|

Vol. 76, nr 42

421-430

PL

W pracy przedstawiono anizotropię wytrzymałości i odkształcalności skal uwarstwionych w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania. Materiał badawczy stanowiły średnioziarniste piaskowce krośnieńskie z Mucharza, w których zaobserwować można smugowanie podkreślające laminacje. Próbki skalne wycięto pod kątami B= 0°, 30°, 45°, 60° i 90° względem powierzchni laminacji. Dla analizowanych skał przeprowadzono pojedyncze trójosiowe testy klasyczne, w których zastosowano trzy ciśnienia okólne równe odpowiednio 30, 60 i 90 MPa. Badania wpływu anizotropii na właściwości wytrzymałościowe i odkształceniowe w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania wykazały istnienie uprzywilejowanego kierunku, w którym wytrzymałość jest najmniejsza a odkształcalność największa. Jest to kierunek B= 30°, w którym zniszczenie następuje poprzez pęknięcie rozdzielcze wzdłuż powierzchni laminacji.

EN

The anisotropy of strength and strain properties of Iaminated rocks was analysed in triaxial continuous failure tests. The tested rocks were medium-grained Krosno sandstones from Mucharz with smudged lamines. The samples cut under various angles to lamines: B = 0°, 30°, 45°, 60° and 90° were compressed using the circumferential stress equal 30, 60 and 90 MPa. The lowest strength and highest strain oceurs when the B angle is equal 30° and failure is a result of cracks along the lamines.

2

Deformational properties of flysch sandstones under conventional triaxial compression conditions

Łukaszewski P.

Archives of Mining Sciences

|

2007

|

Vol. 52, no 3

371-385

EN

The process of deformation of flysch sandstones under conditions of conventional triaxial compression is characterised in the paper. Samples of three types of clastic rocks varying in degree of diagenesis and grain-size distribution were tested. The influence of confining pressure on the deformability and ultimate strength of these rocks was investigated. In particular, the influence of confining pressure on critical axial and circumferential strain, Young's modulus, Poisson's ratio, threshold of absolute dilatancy and limit of linearity of the differential stress - axial strain characteristic was examined. The results of the research undertaken show that weakly diagenesed clastic rocks of low strength feature high deformability and fine-grained massive clastic rocks of high strength feature low deformability. In addition, the normalised threshold of absolute dilatancy increases with an increase in confining pressure in the case of weakly diagenesed rocks and decreases in the case of massive fine-grained clastic rocks.

PL

W artykule scharakteryzowano proces deformacji w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania wybranych piaskowców fliszowych na podstawie charakterystyk naprężenie różnicowe - odkształcenie osiowe, obwodowe i objętościowe. Z całego kompleksu skał fliszowych wybrano do badań trzy typy fliszowych skał klastycznych różniące się przede wszystkim uziarnieniem. Typ I stanowiły słabo zdiagenezowane, różnoziarniste skały klastyczne, typ II - grubo- i średnioziarniste skały klastyczne, a typ III - drobnoziarniste skały klastyczne. Do słabo zdiagenezowanych, różnoziarnistych skał klastycznych zaliczono piaskowce istebniańskie z Woli Komborskiej oraz piaskowce ciężkowickie z Ciężkowic. Pod względem petrograficznym są to arenity, czyli piaskowce, w których udział spoiwa jest poniżej 15%. Do grubo- i średnioziarnistych skał zaliczono piaskowce godulskie z Brennej, piaskowce magurskie z Barcic oraz piaskowce krośnieńskie z Mucharza. Pod względem petrograficznym są to waki, czyli skały, które mają od 20 do 35% spoiwa. Do III typu, czyli do drobnoziarnistych skał klastycznych, zaliczono piaskowce cergowskie z Klęczan, piaskowce istebniańskie z Rabego oraz z warstw lgockich piaskowce przechodzące w mułowiec z Iarganicy. Badania wytrzymałościowe w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania przeprowadzono w laboratorium Zakładu Geomechaniki Uniwersytetu Warszawskiego za pomocą sztywnej prasy MIS 815 wyposażonej w komorę trójosiową typu MIS 656.05. Były to badania przy ciśnieniach okólnych równych 30, 60 i 90 MPa. Ciśnienia te zadawano ze stałą prędkością równą 3.3 Mpa/s. Po zadaniu określonego ciśnienia okólnego próbki skalne obciążano ze stałą prędkością przesuwu tłoka równą 0,05 mm/min. Na podstawie zależności między naprężeniem różnicowym a odkształceniem osiowym, obwodowym i objętościowym dla każdej badanej próbki wyznaczono parametry przedstawione na rysunku 2. Chcąc w pełni przeanalizować wpływ ciśnienia okólnego na przebieg procesu deformacji wyniki badań w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania uzupełniono o wyniki testów jednoosiowego ściskania. Wyniki testów wytrzymałościowych dla przedstawicieli trzech wydzielonych typów skał klastycznych, czyli dla próbek piaskowców z Ciężkowic, z Mucharza oraz z Klęczan przedstawiono na krzywych naprężenie różnicowe - odkształcenie dla kolejnych wartości ciśnienia okólnego (rys. 3-5). Badane fliszowe skały klastyczne wykazują wyraźny wzrost granicznego największego naprężenia głównego wraz ze wzrostem ciśnienia okólnego (rys. 6). Wzrost ten jest obserwowany zarówno dla trzech wydzielonych typów skał klastycznych, jak i dla wszystkich ośmiu analizowanych odsłonięć. Największą wytrzymałością charakteryzują się drobnoziarniste skały klastyczne (typ III), a naj mniejszą słabo zdiagenezowane, różnoziarniste skały klastyczne (typ I). Bardzo ciekawą zależność uzyskano, gdy analizie poddano te same wartości granicznego największego naprężenia głównego i ciśnienia okólnego, ale znormalizowane względem wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie (rys. 7). Największe znormalizowane względem ae wartości al na granicy wytrzymałości uzyskano dla słabo zdiagenezowanych skał klastycznych, a najmniejsze dla drobnoziarnistych skał klastycznych. Wyniki badań trójosiowych (rys. 7) aproksymowano warunkiem wytrzymałościowym Hoeka i Browna. Wartości występującej w tym warunku stałej empirycznej m wynoszą 12,8 dla słabo zdiagenezowanych skał klastycznych, 12,0 dla grubo- i średnioziarnistych skał klastycznych i 13,3 dla drobnoziarnistych skał klastycznych. Dla badanych skał zaobserwowano również wzrost krytycznego odkształcenia osiowego wraz ze wzrostem ciśnienia okólnego (rys. 8). Wzrost ten zaobserwowano zarówno dla analizowanych trzech typów skał klastycznych, jak i dla ośmiu pojedynczych odsłonięć. Największe wartości krytycznego odkształcenia osiowego charakterystyczne są dla słabo zdiagenezowanych skał klastycznych, a najmniejsze - dla drobnoziarnistych skał klastycznych, tych charakteryzujących się największą wytrzymałością. Podobne zależności uzyskano dla krytycznych odkształceń obwodowych. W warunkach jednoosiowego ściskania (p = O MPa) największe wartości znormalizowanego naprężenia różnicowego na granicy liniowości odkształceń osiowych (Ul -U3)EI(UI -U3)max uzyskano dla drobnoziarnistych skał klastycznych, a najmniejsze dla słabo zdiagenezowanych skał klastycznych (rys. 10). Po zadaniu ciśnienia do 30 MPa zaobserwowano wyraźny spadek tego parametru dla typu II i III oraz wyraźny wzrost dla typu I. Natomiast wraz ze wzrostem ciśnienia okólnego z 30 do 90 MPa zaobserwowano już spadek tego parametru dla wszystkich trzech analizowanych typów skał klastycznych. W warunkach jednoosiowego ściskania (p = O MPa) największe wartości znormalizowanego naprężenia różnicowego na progu dylatancji właściwej [...]] max uzyskano również dla drobnoziarnistych skał klastycznych, a najmniejsze dla słabo zdiagenezowanych skał klastycznych (rys. II). Wraz ze wzrostem ciśnienia okólnego dla drobnoziarnistych skał klastycznych zaobserwowano wyraźny spadek tego parametru, podczas gdy dla słabo zdiagenezowanych skał klastycznych zaobserwowano wyraźny wzrost tego parametru. Dla grubo- i średnioziarnistych skał klastycznych parametr ten wraz ze wzrostem ciśnienia okólnego nie zmienia się. Analiza porównawcza odkształceń osiowych i objętościowych w procesie deformacji skał w warunkach jednoosiowych i w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania (rys. 12) wskazuje, że w zaawansowanym stanie deformacji, szczególnie po przekroczeniu krytycznych wartości naprężeń, proces deformacji przebiega odmiennie. W warunkach jednoosiowych znacznym odkształceniom obwodowym towarzyszy stabilizacja odkształceń osiowych, krzywa zależności pomiędzy odkształceniami objętościowymi i odkształceniami osiowymi opada prawie pionowo tworząc z osią odkształceń osiowych kąt zbliżony do 90°. W warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania dla p = 90 MPa znacznym odkształceniom obwodowym towarzyszą natomiast tylko nieznacznie mniejsze odkształcenia osiowe, a opadająca krzywa [...] nachylona jest pod kątem wynoszącym od 63° dla skał typu III, przez 59° dla skał typu II, po 50° dla skał typu I. Należy jednak zwrócić uwagę, że - w odróżnieniu od testów trójosiowych - sygnałem sterującym pracą maszyny wytrzymałościowej podczas testów jednoosiowych nie było przemieszczenie tłoka lecz odkształcenie obwodowe próbki skalnej; próby najednoosiowe ściskanie prowadzone były ze stałą prędkością tego odkształcenia, równą [...]. Przedstawione wyniki badań wytrzymałościowych klastycznych skał fliszowych, pomimo monotonnego składu petrograficznego analizowanych skał, wykazują stosunkowo duże zróżnicowanie procesu deformacji dla wydzielonych trzech typów skał. Słabo zdiagenezowane, różnoziarniste, porowate skały klastyczne charakteryzujące się niską wytrzymałością cechują się dużą odkształcalnością, a drobnoziarniste masywne skały klastyczne o wysokiej wytrzymałości cechuje z kolei mała odkształcalność. Analizując razem wytrzymałość i odkształcalność analizowanych skał na podstawie zależności między krytycznym naprężeniem różnicowym a krytycznymi odkształceniami osiowymi i objętościowymi (rys. 13) wyraźnie widać wpływ stopnia diagenezy i uziarnienia na uzyskane wyniki. Dla trzech analizowanych typów skał uzyskano wyraźne współkształtne zależności o charakterze logarytmicznym. Analizując wyniki dla dariego pojedynczego ciśnienia okólnego wyraźnie również widać, że dla skał typu I duże odkształcenia odpowiadają małym wytrzymałościom, podczas gdy dla skał typu III mniejszym odkształceniom odpowiadają z kolei większe wytrzymałości.

3

Charakterystyki procesu deformacji piaskowców fliszowych metodą ciągłego zniszczeniaw warunkach trójosiowego stanu naprężeń

Łukaszewski P.

Prace Naukowe Instytutu Geotechniki i Hydrotechniki Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

2005

|

Vol. 75, nr 41

357-366

PL

W pracy przedstawiono charakterystyki procesu deformacji piaskowców fliszowych metodą ciągłego zniszczenia w warunkach trójosiowego stanu naprężeń. Materiał badawczy stanowiły słabo zdiagenezowane piaskowce róznoziarniste z Ciężkowic, średnioziarniste piaskowce krośnieńskie z Mucharza oraz drobnoziarniste piaskowce magurskie z Tenczyna Górnego. Test ciągłego zniszczenia, zalecany przez ISRM, jest najbardziej skomplikowanym testem trójosiowym. Pozwala jednak uzyskać obwiednie wytrzymałościową z charakterystycznymi wartościami kąta tarcia wewnętrznego i spójności. Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że dla analizowanego kompleksu piaskowców fliszowych kąt tarcia wewnętrznego zmienia się w granicach 26-32stopnie, a spójność w granicach 42-65 MPa.

EN

The paper presents the results of triaxial continuous failure tests for three types of sandstones: low compacted varigrained Ciezkowice sandstones, medium-grained Krosno sandstones from Muchacz and fine-grained Magura sandstones from Tenczyn Gorny. The continuous failure test, according to the ISRM recommendations, is a most complicated triaxial test that require, except of a proper equipment, high proficiency level of an operator. However, thanks to this test a strength envelope with characteristic values of friction angle and cohesion may be obtained. The results of the conducted tests show (hat for analysed Flysch sandstones the friction angle values vary between 26 and 32 degrees and cohesion values - between 42 and 65 MPa.