Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Stress-dilatancy relationship for railway balast

Dołżyk-Szypcio K.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2018

|

Vol. 40, nr 2

79--85

EN

Knowledge of the mechanical behaviour of ballast is very important for designing a railway track, especially for high-speed lines. The monotonic drained triaxial tests of scaled and fouled ballast presented in literature were analysed using the Frictional State Theory. The stress-plastic dilatancy relationship shows that four characteristic stages of shearing may be specified. The influence of stress level and water content may be quantified by the use of the Frictional State Theory.

2

Stress-dilatancy for crushed latite basalt

Dołżyk-Szypcio K.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2018

|

Vol. 40, nr 1

6--10

EN

In this article, the stress-dilatancy relationship for crushed latite basalt is analysed by using Frictional State Theory. The relationship is bilinear, and the parameters α and β determine these two straight lines. At the initial stage of shearing, the mean normal stress increment mainly influences breakage, but at the advanced stage, it is shear deformation that influences breakage. At the advanced stage of shearing, the parameter αpt represents energy consumption because of breakage and βpt mainly represents changes in volume caused by breakage during shear. It is also shown that breakage effect is significant at small stress levels and the η-Dp plane is important to fully understand the stress-strain behaviour of crushed latite basalt in triaxial compression tests.

3

Badanie efektu dylatancji w numerycznym modelu próbki skalnej

Jendryś M., Kleta H.

Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji

|

2017

|

Vol. 6, iss. 3

68--78

PL

W artykule przedstawiono badania mające na celu określenie przebiegu procesów dylatacyjnych w podczas prób jednoosiowego i trójkierunkowego ściskania próbek walcowych z materiału ziarnistego. Symulacje przeprowadzone zostały za pomocą programów PFC2D i PFC3D pozwalających na budowę modeli z wykorzystaniem na metody elementów odrębnych. W celu opisania procesów dylatacyjnych obliczone zostały charakterystyki naprężeniowoodkształceniowe pozwalające na wyznaczenie parametrów opisujących przebieg procesów dylatacyjnych.

EN

The paper presents results of research to determine the dilatancy in the triaxial and uniaxial compression of cylindrical samples of granular material. Simulations were carried out using the PFC2D and PFC3D programs which allow to build numerical models based on discrete elements method. To describe the effect of dilatancy the stress-strain curves were generated. On the basis of course of those curves parameters describing dilatant behavior of rock samples were assigned.

4

Stress-dilatancy for soils. Part IV: Experimental validation for simple shear conditions

Szypcio Z.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2017

|

Vol. 39, nr 1

81--88

EN

This paper validates the frictional state theory using published experimental data from simple, direct and ring shear tests. Simple shear is treated as a special case of plane strain conditions. In order to define complete stress and strain, additional assumptions are made: in the direct shear and ring shear tests, simple shear is assumed to occur in the shear band. For Φ° = Φ’ϲϑ = Φ’r, the stress-dilatancy relationship obtained from the frictional state theory is similar to the relationships proposed by Taylor and Bolton. Further experiments, especially those that use a hollow cylindrical shear apparatus, are necessary to fully validate the frictional state theory in simple shear conditions.

5

A theoretical derivation of the dilatancy equation for brittle rocks based on Maxwell model

Li J., Huang H., Wang M.

Acta Geophysica

|

2017

|

Vol. 65, no. 1

55--64

EN

In this paper, the micro-cracks in the brittle rocks are assumed to be penny shaped and evenly distributed; the damage and dilatancy of the brittle rocks is attributed to the growth and expansion of numerous micro-cracks under the local tensile stress. A single crack’s behaviour under the local tensile stress is generalized to all cracks based on the distributed damage mechanics. The relationship between the local tensile stress and the external loading is derived based on the Maxwell model. The damage factor corresponding to the external loading is represented using thep–alpha (p–α) model. A dilatancy equation that can build up a link between the external loading and the rock dilatancy is established. A test of dilatancy of a brittle rock under triaxial compression is conducted; the comparison between experimental results and our theoretical results shows good consistency.

6

Stress-dilatancy for soils. Part I: The frictional state theory

Szypcio Z.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2016

|

Vol. 38, nr 4

51--57

EN

An unconventional subdivision of volumetric strains, the newly formulated frictional and critical frictional states and some of energetic and stress condition assumptions result in new stress-plastic dilatancy relationships. These new stress-plastic dilatancy relationships are functions of the deformation mode and drainage conditions. The critical frictional state presented in this paper is a special case of the classical critical state.

7

Badania laboratoryjne rozwoju procesu dylatancyjnego w wybranych skałach obciążanych dynamicznie i jego praktyczne znaczenie

Michaljuk A. W., Zacharow W. W., Pilecki Z., Bujakowski W.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2012

|

nr 82

115-137

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych mechanicznego zachowania się sześciu rodzajów skał przy dynamicznych obciążeniach. Do badań wybrano piaskowce i mułowce z utworów karbońskich towarzyszących pokładom węgla kamiennego w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, dolomity i piaskowce szare ze złoża rud miedzi w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym oraz wapienie i piaskowce z utworów triasowych ze złoża wód termalnych w niecce podhalańskiej. W pierwszej kolejności przeprowadzono badania podstawowych parametrów fizyczno-mechanicznych, a następnie wyznaczono parametry amplitudowo-czasowej charakterystyki deformacji próbek skalnych obciążonych dynamicznie. Ustalono zdolność badanych skat do dylatancji przy nierównomierności obciążenia dzeta = sigma3/sigma-1 <0,2...03. Przedstawiono ogólne prawidłowości rozwoju dylatancji i określono podstawowe deformacyjne właściwości skał jako ośrodków dylatancyjnych. Przeprowadzono analizę zmiany energii procesów deformacji w warunkach osłabienia dylatancyjnego. Sformułowano podstawowe zależności matematyczne do oceny energochłonności procesów deformacyjnych. Wyznaczono akustyczne właściwości skał oraz podano sposób sejsmicznego rozpoznania rozwoju procesu dylatancji. Przytoczono przykłady praktycznego wykorzystania zjawiska dylatancji w górnictwie.

EN

This article presents the results of laboratory tests on the mechanical behavior of six types of rock under high dynamic loads. Selected for testing were sandstones and siltstones of Carboniferous formations associated with coal strata in the Upper Silesian Basin, dolomites and sandstones from copper ore deposits in the Legnica-Głogów Copper District, and Triassic limestones and sandstones from the deposits of thermal waters in the Podhale syncline. An examination was carried out on the basic physical and mechanical parameters, and then the parameters of the amplitude-time characteristics of the rock samples loaded dynamically. The study investigated the tendency of rocks to dilatancy under an uneven load dzeta = sigma3/sigma-1 <0.2...0.3. The overall principles of dilatancy development have been presented and the basic deformation properties of rocks as a dilatancy medium have been defined. The energy of deformation processes in conditions of dilatancy weakening has been analyzed. The basic mathematical relations for the evaluation of energy consumption of deformation processes have been formulated. Acoustic properties of rocks have been determined and a way to recognize the development process of dilatancy with the help of the seismic method has been shown. Examples of the practical use of the phenomenon of dilatancy in mining have been presented.

8

O różnicach w zachowaniu się skał w warunkach jednoosiowego rozciągania i ściskania

Tomiczek K.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2007

|

R. 31, z. 3/1

543-553

PL

W celu wykrycia różnic w zachowaniu się skał w polu naprężeń rozciągających i ściskających przeprowadzono najpierw próby jednoosiowego ściskania, a później - rozciągania smukłych walcowych próbek trzech quasi-jednorodnych skał: piaskowców Brenna i Jastrzębie oraz granitu Strzelin. Próby rozciągania były próbami monocyklicznymi oraz wielocyklicznymi.

EN

Cylindrical specimens of Brenna and Jastrzębie sandstones and Strzelin granite were tested under the monotonic compression and the monotonic and the cyclic uniaxial tension. The curves of the axial stress versus the axial, lateral and volumetric strains show the differences of the behavior of rocks under uniaxial tension and compression conditions. The strain-stress characteristics of rocks under uniaxial tension exhibited non-linearity. The average volumetric strain increased with the increase in the axial strain and in the tensile loads. The results indicated that the Poisson's ratio as well the tangent and the secant moduli decreased with the increase in the tensile loads. When the rocks were subjected to load cycles in the uniaxial tension some residual axial, lateral and volumetric strains remained after unloading. According to the experimental results, the conclusion of a diametrically different behavior of rocks under the tension conditions vs. compression was given.

9

Permeability and deformation characteristics of Shirahama sandstone under a general stress state

Takahashi M.

Archives of Mining Sciences

|

2007

|

Vol. 52, no 3

355-369

EN

In this paper, results of experimental studies on the dependence between the permeability and the deformation mode of Shirahama sandstone subjected to an axi-symmetric triaxial compressive stress state and a true triaxial compressive stress state are presented. Under conventional triaxial compression conditions, in the brittle faulting regime, permeability decreases with increasing axial strain until the onset of dilatancy when it increases significantly with ongoing axial strain. For specimens subjected to effective confining pressures of less than 10 MPa, the final permeability is greater than the initial value; by contrast, in both the brittle-ductile transition and ductile regimes the permeability following the onset of dilatancy increases only slightly. Deformed and failed specimens show a final value of permeability that is lower than the initial pre-deformation value. Whether shear displacement exerts a significant control on the permeability of faults in rock masses is a major topic of concern in the fields of engineering and earth sciences. To c1arify the relation between permeability and the internal structure of a rock sample, the three principal strains and permeability along the intermediate principal stress direction were measured during deformation as a function of the three principal stresses. The specimen was deformed under a true triaxial compression stress state in which the intermediate principal stress was different to the minimum and maximum principal stress.

PL

W artykule przedstawione są wyniki badań nad zależnością pomiędzy przepuszczalnością a charakterem deformowania się próbek piaskowca Shirahama w warunkach osiowo-symetrycznego i asymetrycznego (prawdziwie trójosiowego) stanu naprężeń ściskających. Mioceński piaskowiec Shirahama pochodzi z półwyspu Kii na wyspie Honsiu w środkowej Japonii. Jest to skała zbudowana głównie z ziaren kwarcu (44,23%) i okruchów skał (46,41%). Wielkość ziaren kwarcu wynosi średnio ok. 0,15 mm. W piaskowcu dominują pustki o wielkości l [...]; całkowita porowatość skały wynosi ok. 13% (rys. 1). Badania nad przepuszczalnością piaskowca Shirahama w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania przy różnych ciśnieniach okólnych zostały przeprowadzone za pomocą aparatury przedstawionej na rysunku 2. Badane były próbki walcowe o średnicy 30 mm i wysokości 60 mm. Przy niskich ciśnieniach okólnych próbki skały doznawały dylatancji i pękały ścięciowo w stadium pokrytycznym. W warunkach wysokich ciśnień skała zachowywała się ciągliwie, a odkształcenie objętościowe i zmiany objętości porów wskazywały na stałą, trwałą kompakcję materiału skalnego podczas próby na ściskanie (rys. 4). Należy jednak dodać, że wyniki pomiarów porowatości całkowitej wykonanych za pomocą porozymetru rtęciowego pokazały, że porowatość rośnie ze wzrostem ciśnienia okólnego (rys. 5). Odkrycie to potwierdzone zostało pomiarami powierzchni właściwej przestrzeni porowej skały wykonanymi za pomocą metody BET (rys. 6). Wynika stąd, że im większa głębokość w górotworze, tym większa porowatość towarzyszy odkształceniom niesprężystym. A więc w warunkach dużych ciśnień na dużych głębokościach i wysokiego naprężenia dewiatorowego skały mają wysoką zdolność do magazynowania płynów (zdolność zbiornikową). Próby na tzw. prawdziwe trójosiowe ściskanie próbek piaskowca Shirahama przeprowadzono w celu zbadania przepuszczalności materiału skalnego w kierunku równoległym do pośredniego naprężenia głównego. W aparacie trójosiowym Koidego i Takahashiego, którego fragment pokazany jest na rysunku 7, badano próbki prostopadłościenne o wymiarach 34 mm x 34 mm x 70 mm. Przepuszczalność mierzona była w sposób ciągły podczas całego procesu deformowania się próbki skalnej: od stadium odkształceń sprężystych, poprzez stadium odkształceń plastycznych, aż do stadium poślizgu na ściankach ostatecznego makropęknięcia. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że przemieszczeniom stycznym wzdłuż płaszczymy makropęknięcia ścięciowego (uskoku) w próbce nie towarzyszą istotne zmiany przepuszczalności (rys. 8 i 9).

10

Mechanical behaviour of rocks under true triaxial compression conditions - volumetric strain and dilatancy

Kwaśniewski M.

Archives of Mining Sciences

|

2007

|

Vol. 52, no 3

409-435

EN

It has long been accepted that dilatancy is a phenomenon that can be treated as an important precursor of the brittle failure of rocks. Dilatancy is understood as an inelastic increase in volume during deformation under applied differential stress and is interpreted as being due to microcracking within the rock with a concomitant increase in void space. Dilatancy in rocks is of considerable practical importance since it is associated with possible premonitory signs of earthquakes, mining-induced rockbursts and mine roof collapses. The fundamentals of dilatancy in rocks are introduced at the beginning of the present paper. These are followed by a brief explanation of what the dilatancy-related precursory phenomena to brittle failure are. The introductory part is completed by a review of the studies of dilatancy under true triaxial compression conditions to-date. The main part of the paper includes a presentation of the results of true triaxial compression tests on sampies of a foliated, anisotropic crystalline schist and a Coal-Measure, medium- to coarse-grained sandstone. The main aim of the tests was to reveal the effect of, separately, confining pressure and intermediate principal stress on the volumetric deformation mode and the dilatant behaviour of rocks. Results of the experimental studies show that the effect of dilatancy is suppressed or inhibited by the intermediate principal stress. While important negative, dilatant strain corresponds to the peak differential stress under axisymmetric stress conditions, under true triaxial compression, where intermediate principal stress is much higher than the minimum stress, the rock material apparently undergoes microcracking to a much lesser extent and behaves in an increasingly brittle manner. Faulting of rock sampies in the post-peak region is much more violent and is accompanied by a strong acoustic effect associated with a release of elastic strain energy.

PL

Dylatancja - niesprężysty wzrost objętości w warunkach działania przyłożonych naprężeń różnicowych -jest zjawiskiem poprzedzającym kruche zniszczenie ośrodka skalnego, może zwiastować zbliżające się trzęsienie ziemi lub wstrząs górniczy. Pojawiając się przy naprężeniach bliskich granicy wytrzymałości dylatancja stanowi także o wielu innych obserwowanych w laboratorium i in situ efektach ostrzegawczych poprzedzających zniszczenie. Należą do nich m.in. spadek ciśnienia porowego (i towarzyszący mu efekt wzmocnienia dylatancyjnego), anomalne zmiany aktywności sejsmoakustycznej i sejsmicznej, zmiany prędkości przebiegu fal sprężystych, zmiany siły ciężkości, zmiany pola magnetycmego i elektrycmego, obniżenie poziomu wód gruntowych, wzmożona emisja radonu i innych gazów. Pionierskie badania nad efektem dylatancji w skałach, prowadzone w latach 1960-tych i 1970-tych, stymulowane były hipotezą o pierwszorzędnej roli tego efektu w mechanizmie trzęsień ziemi. Powstało kilka modeli dylatancyjnych służących objaśnieniu obserwowanych w naturze zjawisk poprzedzających kruche pękanie mas skalnych. Jednak praktyczne wykorzystanie tych modeli jest ograniczone ze względu na to, że wyniki pomiarów polowych jest bardzo trudno interpretować, szczególnie jeśli ma się do czynienia ze środowiskiem skalnym wysoce niejednorodnym i/lub anizotropowym, poddanym działaniu sił rozłożonych nierównomiernie i zmieniających się. Tak więc dalsze badania są niezbędne, żeby można było lepiej poznać właściwości odkształceniowe i zrozumieć zachowanie się skał w warunkach złożonego stanu naprężenia. Szczególnie mało wiadomo jest o dylatancji w skałach poddanych tzw. prawdziwie trójosiowemu stanowi naprężeń ściskających, a więc stanowi gdzie wszystkie trzy składowe główne tensora naprężenia są różne. Badania nad odkształceniami objętościowymi skał w takich warunkach prowadzono do tej pory jedynie w Instytucie Trzęsień Ziemi Uniwersytetu Tokijskiego (K. Mogi), w Japońskim Instytucie Geologicmym w Tsukubie (M. Takahashi i H. Koide) i vi Uniwersytecie stanu Wisconsin w Madison (C. Chang i B. Haimson). Badania te - omówione szczegółowo w rozdziale 3 tego artykułu - wykazały, że liniowe odkształcenie poprzeczne w kierunku działania pośredniego naprężenia głównego (u:z) maleje ze wzrostem tego naprężenia, a efekt dylatancji ulega osłabieniu (rys. 4, 6 i 7). Te godne najwyższego .umania osiągnięcia badawcze daleko jednak nie wyczerpują całości zagadnienia. Dotyczą przede wszystkim progu dylatancji względnej, podczas gdy dla prognozowania niszczenia skał znacznie ważniejsza jest znajomość progu dylatancji właściwej (rys. l). Poza tym wciąż bardzo niewiele jest danych ilościowych o odkształceniach objętościowych na obu progach dylatancji i na granicy wytrzymałości. Brakuje ponadto podstawowych przynajmniej danych na temat tego, jaką część odkształceń objętościowych na różnych poziomach naprężenia w stanie przed- i pokrytycznym stanowią odkształcenia sprężyste, a jaką odkształcenia nieodwracalne, trwałe. Próby na prawdziwe trójosiowe ściskanie ciągle jeszcze nastręczają wielu trudności technicznych, nie jest też łatwo mierzyć odkształcenia objętościowe. To właśnie dlatego próby obciążania i odciążania próbek skalnych w warunkach prawdziwego trójosiowego ściskania w ogóle jeszcze do tej pory nie były wykonywane, zresztą nie tylko w Polsce, gdzie nie ma odpowiedniej aparatury, ale i w tych zagranicznych ośrodkach badawczych, w których aparaty do badań próbek skalnych na prawdziwe trójosiowe ściskanie zostały zbudowane. W rozdziale 4 tego artykułu przedstawione są wyniki badań nad efektem dylatancji w próbkach skały anizotropowej - metamorficznego łupku krystalicznego Chichibu o wyraźnej, gęstej foliacji. Prostopadłościenne próbki tej skały (rys. 10 i l l), o wymiarach 15 mm x 15 mm x 30 mm, badane były za pomocą aparatu Mogiego (rys. 9) na prawdziwe trójosiowe ściskanie przy naprężeniu najmniejszym [...] równym 50 MPa i naprężeniach pośrednich [...] sięgających 168 MPa. Naprężenia te były zorientowane względem płaszczym foliacji pod takim samym kątem 45°; kierunek naprężenia największego (u,) tworzył z płaszczymami foliacji kąt 30° (rys. 12). Podczas gdy w warunkach tzw. konwencjonalnego trójosiowego ściskania [...] odkształcenia poprzeczne - [...] - tej skały były niemal takie same (tak, jak w przypadku skał izotropowych), w warunkach prawdziwie trójosiowego ściskania odkształcenia poprzecme w kierunku pośredniego naprężenia pośredniego (By) były znacznie mniejsze od odkształceń [...]. W rezultacie dylatancja wywoływana była głównie przez odkształcenie poprzeczne (duże wydłużenia) w kierunku naprężenia najmniejszego (rys. 14). W rozdziale 5 przedstawiono wyniki badań nad wpływem, oddzielnie, ciśnienia okólnego i pośredniego naprężenia głównego na właściwości objętościowego odkształcania się średnio-gruboziarnistego piaskowca karbońskiego z KWK "Śląsk". Prostopadłościenne próbki tej skały (rys. 16), o wymiarach 35 mm x 35 mm x 70 mm, poddawano próbom obciążania do i odciążania od różnych poziomów naprężenia różnicowego [...] w stanie przed- i pokrytycznym w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania i prawdziwego trójosiowego ściskania za pomocą trójosiowej maszyny wytrzymałościowej Koidego i Takahashiego (rys. 15 i 17). Próby na konwencjonalne trójosiowe ściskanie przeprowadzono przy ciśnieniu okólnym równym 12,5,25,0 i 37,5 MPa. W próbach na prawdziwe trójosiowe ściskanie najmniejsze naprężenie główne [...] wynosiło 25,0 MPa, a pośrednie naprężenie główne [...] było 1,5, 2 i 2,5 razy większe od [...]. Z przeprowadzonych badań wynika, że ciśnienie okólne silnie zahamowuje procesy dylatancyjne w próbkach badanych w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania; zwiększanie ciśnienia wywoływało rosnącą kompakcję materiału skalnego (rys. 21). Dylatancja była także znacząco tłumiona przez pośrednie naprężenie główne. Podczas gdy znaczne ujemne odkształcenie objętościowe odpowiadało granicznemu naprężeniu różnicowemu przy niskich pośrednich naprężeniach głównych, w warunkach działania wysokich naprężeń pośrednich materiał skalny ulegał uszkodzeniu w daleko mniejszym stopniu (rys. 22). W rezultacie, pękanie próbek skalnych następowało w bardzo wczesnym stadium pokrytycznym; było przy tym znacznie bardziej gwałtowne i towarzyszył mu silny efekt akustyczny powodowany wyzwoleniem się dużej ilości energii odkształcenia sprężystego. Wyniki badań nad niesprężystymi (trwałymi) odkształceniami objętościowymi piaskowca Śląsk w warunkach prawdziwie trójosiowego ściskania przedstawione zostaną w oddzielnej pracy.

11

Method of evaluation of mining tremors prediction on the basis of the analysis of asymmetry of seismoacoustic signals emission

Cianciara A., Cianciara B.

Archives of Mining Sciences

|

2005

|

Vol. 50, no 3

317-326

EN

The paper is devoted to the evaluation of rock mass tremor prediction on the basis of the analysis of seismoacoustic emissions from rock masses. A concept of such an assessment, accounting for seismoacoustic signals asymmetry is presented. A parameter describing centre of amplitude spectra from signals envelopes was introduced as a measure of asymmetry. Rock bursts are known to be preceded by increasing stress values, which in turn triggers out the compaction and then dilatancy processes in the rock mass. This results in a change of physical parameters of the rock medium, e.g. attenuation of elastic vibrations. At the compaction stage the attenuation is weaker, whereas at the stage of dilatancy it increases. With a well estimated asymmetry estimator it is possible to map trends of these processes in periods preceding the occurrence of rock bursts. This should be referred to a definite rock mass area surrounding the site where emission has been registered. The obtained results may be used for assessing the tremor prediction monitoring methods.

PL

Praca poświęcona jest problematyce oceny zagrożenia wystąpieniem wstrząsów górotworu na podstawie analizy emisji sejsmoakustycznej rejestrowanej w wyrobiskach górniczych. Przedstawiono próbę oceny omawianego zagrożenia na drodze identyfikacji tendencji rozwoju procesów geodynamicznych wywołanych wzrastającym stanem naprężeń. Identyfikacja prowadzona jest na podstawie określonej cechy charakteryzującej sygnały sejsmoakustyczne. W okresach przed wystąpieniem wstrząsów muszą mieć miejsce odpowiednie wzrosty naprężeń. Wówczas w ośrodku skalnym wytwarzają się procesy kompakcji, a następnie dylatancji. Powodują one zmiany parametrów fizycznych ośrodka skalnego, a w szczególności tłumienia drgań sprężystych. W fazie kompakcji ma miejsce spadek tłumienia, a w fazie dylatancj i jego wzrost. Na podstawie badań prowadzonych na materiale pomiarowym rejestrowanym w kopalniach węgla kamiennego i rud miedzi stwierdzono, że stopień tłumienia może być oceniany za pomocą cechy reprezentującej asymetrię sygnałów sejsmoakustycznych. Jako miarę asymetrii przyjęto parametr opisujący środki ciężkości widm amplitudowych obwiedni sygnałów. Parametr ten jest estymowany na podstawie poszczególnych sygnałów, przypisując mu czasy ich wystąpienia. W wyniku uzyskuje się szereg czasowy, który w ogólnym przypadku powinien być opisywany modelem w formie niestacjonarnego procesu stochastycznego. Jego wartość oczekiwana reprezentuje przebieg, względnych zmian w czasie, tłumienia drgań sprężystych ośrodka skalnego, w odniesieniu do obszaru otaczającego miejsce rejestracji emisji. Na podstawie analizy tendencji tego przebiegu jest możliwa ocena stanu górotworu w okresach poprzedzających momenty wystąpienia wstrząsów. Teza ta oparta jest na stwierdzeniu, że momenty wystąpienia wstrząsów muszą być poprzedzane odpowiednimi wzrostami naprężeń. Jak już wspomniano wyżej, w miarę wzrostu naprężeń, musi wystąpić w ośrodku skalnym faza kompakcji a następnie dylatancji. Przedstawione w tekście przykłady (przebiegi na rysunkach (3. I) oraz (3.2" stanowią ilustrację potwierdzającą możliwość oceny tych fazy na podstawie analizy emisji sejsmoakustycznej. Daje to podstawy do prowadzenia jakościowej oceny zagrożenia wystąpieniem wstrząsów. Dla ścisłości należy nadmienić, że na wspomnianych rysunkach przedstawiono wykresy odwrotności omawianej wartości oczekiwanej, czyli wielkości odwrotnie proporcjonalnych do tłumienia.

12

Zagadnienia identyfikacji procesów geodynamicznych wywołanych eksploatacją górniczą

Cianciara A., Cianciara B.

Geoinformatica Polonica

|

2004

|

T. 6

17-32

PL

W pracy przedstawiono problematykę związaną z identyfikacją procesów opisujących rozwój pękania skał oraz tłumienie drgań sprężystych. Bieg tych procesów w kopalniach podziemnych wywołany jest zmianami naprężeń związanych z prowadzoną eksploatacją górniczą. Zarówno zmiany naprężeń, jak i przebiegi pękania są procesami niepodlegającymi bezpośrednim obserwacjom. Można jednak prowadzić wnioskowanie o ich przebiegu w formie pośredniej, na podstawie rejestrowanej emisji sejsmicznej. Omawiane procesy mają strukturę stochastyczną, dlatego ich badanie oparte jest na wnioskowaniu statystycznym. Identyfikacja procesów pękania prowadzona jest na podstawie analizy parametrów opisujących źródła emisji sejsmicznej, czyli rozmiarów zjawisk oraz odstępów czasu między zjawiskami. Natomiast identyfikacja stopnia tłumienia drgań sprężystych prowadzona jest na podstawie pełnych przebiegów rejestrowanych sygnałów emisji sejsmicznej. Analiza prowadzona jest głównie pod kątem wykorzystania uzyskanych wyników w rozwiązywaniu zagadnień związanych z prognozą wstrząsów oraz predykcją zagrożenia górniczego tąpaniami.

EN

The paper focuses on issues relating to the identification of processes describing elastic vibration damping and the development of rock cracking. The course of theses processes in underground mines is caused by the changes in stresses connected with mining. Both the changes of stresses and the courses of cracking are processes which are not subject to direct observations. Their courses, however, may be deduced indirectly basing on registered seismic emission. The processes in question are of stochastic structure and for the reason their examination is based on statistical inference. The identification of cracking processes is conducted basing on the analysis of parameters describing sources of seismic emission, that is on the extent of the phenomena and intervals between the phenomena. The identification of damping degree of elastic stresses is carried out basing on the full courses of registered seismic emissions. The analysis is carried out paying special attention to the possibility of using the obtained results to solve problems connected with shock/tremor/quake forecast as well as with the prediction of mining hazards caused by crump's.

13

A method of evaluating the threat of tremors on the basic of an analysis of the degree of non-homogeneity of the seismoacoustic emission process

Cianciara A., Cianciara B., Takuska-Węgrzyn E.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

Vol. 49, nr 3

405-416

EN

A concept of interpretation of seismoacoustic emission when it is defined by a model of non-stationary and non-homogeneous stream of events has been presented. Interpretation is based exclusively on the times of the occurrence of events, i.e. the phenomena of emission. To start with, it should be mentioned that the method of evaluation of times when the phenomena occur is relatively simple and, in practice, it can be realized by means of the standard seismoacoustic apparatus generally used in mining. Also we would like to emphasize that the here presented concept is based neither on activity nor on the global energy as it is usually done in practice. The approach is original and it consists in the analysis of the degree of non-homogeneity of the process describing the emission. However, full information on this process is indispensable. As it is known, for a complete description of the stream of emission, besides the times of the occurrence of phenomena, the information on their dimensions is also necessary. Hence the authors' concept is based on a hypothetical dependence combining the extensions of the phenomena of the seismoacoustic emission with the time intervals between these phenomena (Cianciara 2000). Thus a concept of the degree of non-homogeneity of the emission process is one of the most important problems considered in the paper. It is known that the discussed non-homogeneity is due to changes in the state of stresses and, connected with them, diversification of the extensions of the phenomena. In the paper, there are presented not only the models of the discussed degree of non-homogeneity but also the methods of estimating the parameters of these models. Estimation has been carried out on the basis of the time intervals between the phenomena of the registered seismoacoustic emission. Accordingly, theoretical fundamentals allowing to elaborate a system of controlling the state of threat of tremors have been given. Such a system would be based on the analysis of the degree of non-homogeneity of the registered stream of the seismoacoustic emission. Moreover, suggestions regarding the possibility of monitoring the state of threat by bursts have been presented.

PL

W pracy przedstawiono nową koncepcję interpretacji emisji sejsmoakustycznej, w aspekcie jej wykorzystania do opracowania sposobów oceny stopnia zagrożenia sejsmicznego wyrobisk górniczych. Interpretacja w całości prowadzona jest w ujęciu probabilistycznym. Wykorzystując wyniki wieloletnich badań, postanowiono odejść od powszechnie stosowanej zasady prowadzenia wszelkich analiz na podstawie parametrów opisujących źródła zjawisk, głównie w formie energii, czy też energii sumarycznej oraz aktywności emisji. Zakłada się, co jest powszechnie akceptowanym poglądem, że emisja sejsmoakustyczna może być opisywana modelem w formie niestacjonarnego i niejednorodnego strumienia zdarzeń. Zgodnie z przyjętą koncepcją, analiza jest prowadzona jedynie na podstawie czasów wystąpienia zdarzeń, czyli zjawisk emisji i nie bazuje na aktywności, ani na energii sumarycznej, jak to się powszechnie praktykuje. Na wstępie należy nadmienić, że sposób oceny czasów wystąpienia zjawisk jest stosunkowo prosty i w praktyce może być realizowany za pomocą standardowej aparatury sejsmoakustycznej powszechnie używanej w górnictwie. Przedstawiony w tej pracy sposób interpretacji jest oryginalny i sprowadza się do analizy stopnia niejednorodności strumienia zdarzeń, opisującego emisję. Jednak niezbędna jest wówczas znajomość pełnej informacji o tym procesie. Jak wiadomo strumień emisji sejsmoakustycznej opisują dwie zmienne losowe, które reprezentują: odstępy czasu między zjawiskami U oraz rozmiary zjawisk D. Wynika stąd, że do pełnego opisu takiego strumienia, oprócz czasów wystąpienia zjawisk, konieczna jest również informacja o ich rozmiarach. Dlatego w przedstawionej koncepcji autorzy bazują na hipotetycznej zależności łączącej rozmiary zjawisk emisji sejsmoakustycznej z odstępami czasu między tymi zjawiskami. W pracy przedstawiono modele omawianego stopnia niejednorodności. Modele te estymowane w ustalonych odstępach czasu stanowią tzw. funkcje wskaźnikowe. Estymacja tych funkcji prowadzona jest na podstawie odstępów czasu między zjawiskami rejestrowanej emisji sejsmoakustycznej. W efekcie przedstawiono dwa główne typy funkcji wskaźnikowych. Modele te są używane jako funkcje wskaźnikowe, które podlegają określonym wzrostom w miarę narastania stanu zagrożenia. Przykładowe przebiegi ilustrujące zachowanie się funkcji wskaźnikowej przedstawiono na rysunku (4). W wyniku przedstawiono teoretyczne podstawy umożliwiające opracowanie systemu do kontroli stanu zagrożenia wystąpieniem wstrząsów. System taki może być oparty na analizie stopnia niejednorodności rejestrowanego strumienia emisji sejsmoakustycznej. Ponadto przedstawiono sugestie odnośnie możliwości monitorowania stanu zagrożenia tąpaniami.

14

Model rozwoju mikropęknięć w materiałach kruchych z uwzględnieniem efektów tarcia i dylatacji

Seweryn A., Kulczycki-Żyhajło R.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika

|

2003

|

Z. 78

453-460

PL

W pracy przedstawiono model zmian podatności oraz wytrzymałości materiału wywołanych propagacją istniejących na płaszczyźnie fizycznej mikropęknięć. Uwzględniono w nim efekty tarcia i dylatacji spowodowane nierównościami na powierzchni szczelin. W określeniu warunku propagacji mikropęknięć wykorzystano kryterium uwalnianej energii odkształcenia. Warunek tarcia Coulomba zapisano dla płaszczyzny nierówności nachylonej pod kątem φ do płaszczyzny fizycznej. Model zilustrowano krzywymi ściskania dla materiału z mikropęknięciami dla różnych kątów tarcia i dylatacji.

EN

Theoretical model of strength and compliance changes, caused by micro-craks propagation in a physical plane of material is presented. Frictional and dilatational effects due to the crack surface irregularities are considered. Propagation of micro-cracks is considered using the energy release rate condition. Coulomb frictional condition is imposed on planes of local surface irregularities, inclined with angle φ with respect to the physical plane. Some effects of the model properties are presented graphically for compression of the material, including various angles of friction and values of dilatancy.

15

Modeling of friction and dilatancy effects at brittle interfaces for monotonic and cyclic loading

Stupkiewicz S., Mróz Z.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2001

|

Vol. 39 nr 3

707-739

EN

The most important effects related to monotonic and cyclic response of contact interfaces of brittle materials are analyzed in the paper. Next, the available constitutive models are reviewed with respect to their ability to describe these effects. Several micro-mechanical mechanisms are analyzed including decohesion, interaction of primary and secondary asperites, asperity wear and damage and formation of a third body granular layer. Finally, we propose new formulations of constitutive models for cyclic interface response.

PL

Modelowanie tarcia i dylatacji w kruchych warstwach kontaktowych przy obciążeniach monotonicznych i cyklicznych. Praca zawiera analizę najważniejszych efektów powstających w procesach deformacji kruchych warstw kontaktowych przy obciążeniach monotonicznych i cyklicznych. Dostępne modele konstytutywne poddano krytycznej analizie pod kątem możliwości opisania tych efektów. Rozważono liczne mechanizmy mikromechaniczne, takie jak dekohezja, oddziaływanie pierwotnych i wtórnych nierówności, zużycie i uszkodzenie nierówności oraz powstawanie warstwy trzeciego ciała. Zaproponowano również nowe sformułowanie modeli konstytutywnych dla stanów cyklicznych.

16

Introduction to hypoplasticity (GeoMath1)

Kolymbas D.

TASK Quarterly : scientific bulletin of Academic Computer Centre in Gdansk

|

2000

|

Vol. 4, No 3

343-366

EN

Rational mechanics offers a tool to objectively describe the mechanical behaviour of granular materials by means of non-linear tensorial functions. This new framework is called hypoplasticity and is characterized by the simplicity of the mathematical formulations. The stress dependency of incremental stiffness, yield, loading-unloading hysteresis and dilatancy-contractancy are included. One of the features of hypoplasticity is that yield is a natural outcome of the theory and needs not be calibrated a priori. Also loss of uniqueness and localization of deformation are realistically predicted by hypoplasticity.