Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical properties and energy of sandstone under cyclic loading in evolutionary pattern experimental studies

Xu Daqiang, Zhang Peisen, Yan Wei, Zhang Xiaole, Dong Yuhang, Niu Hui

Archives of Mining Sciences

|

2023

|

Vol. 68, no. 2

351--370

EN

In order to explore the mining failure law of deep coal seam floor and clarify the mechanical behavior and energy change in the floor strata during mining, the mechanical properties and energy evolution law of sandstone under cyclic loading with different confining pressures (20, 30, 40 MPa) were studied using the Rock Top multi-field coupling tester. The results are as follows: (1) the hysteresis phenomenon of a rock stress-strain curve under cyclic loading is evident. Moreover, the hysteresis loop migrates to the direction of strain increase, and the fatigue damage caused by cyclic loading has a certain weakening effect on the peak strength of rock; (2) both the number of cycles and the axial strain show a nonlinear change characteristic that satisfies the quadratic function relationship. Among them, the stress level of the rock is the main factor affecting the fitting effect; (3) under the same confining pressure, with an increase in cycle level, the macroscopic deformation of the rock increases, the accumulation of fatigue damage in the sample increases, and the irreversible deformation of the rock increases, which leads to an increase in energy input and dissipation; (4) in terms of elastic energy and dissipation energy, elastic energy plays a dominant role. In the initial cycle, the rock is destroyed, and the rock energy loss is great. After the second cycle, the input energy is mainly stored in the rock in the form of elastic energy, and only a small part of the input energy is released in the form of dissipation energy; (5) the confining pressure can improve the efficiency of rock absorption and energy storage, enhance the energy storage limit of rock, and limit the dissipation and release of partial energy of rock. The greater the confining pressure, the more evident the limiting effect, and the more significant the dominant position of elastic energy; and (6) the change in the energy dissipation ratio can be divided into three stages: rapid decline stage, stable development stage and rapid rise stage. The greater the increase in dissipation energy, the greater the degree of rock damage. The evolution process of the energy dissipation ratio can reflect the internal damage accumulation process of rock well, which can be used as the criterion of rock instability.

2

Novel approach for the destress blasting in hard rock underground copper mines

Mertuszka Piotr, Szumny Marcin, Fuławka Krzysztof, Kondoł Piotr

Journal of Sustainable Mining

|

2022

|

Vol. 21, iss. 2

141--154

EN

The present study investigates the possibility of developing a novel method for reducing seismicity and rockbursts in deep underground mines based on modifying drilling and blasting patterns. The main goal was to develop and implement firing patterns for multi-face production blasting, which allow increasing the capability of inducing stress relief in the rock mass, manifested in the seismic event. This method may improve stability control in underground workings, and mitigate risks associated with the dynamic effects of rock mass pressure compared with currently used methods. Thus, the seismic energy may be released immediately after blasting in a controlled way. For this purpose, underground tests using modified blasting patterns and precise electronic detonators were carried out. Vibration data recorded from the multi-face blasting in the considered trial panels were assessed in the scope of amplitude distribution. Results of trials have proven that the method is promising and should be further developed to improve the effectiveness of rockburst prevention in deep hard rock mines.

3

Experimental study on fatigue mechanical properties of sandstone after dry and wet cycle

Jin-Song Zhang, Yu Lu, Heng-Liang Zhang, Yu-Di Yang, Yi-Shun Bu

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 4

377--387

EN

At present, many studies have been carried out on the fatigue mechanical properties of conventional rocks, but there are few studies on the mechanical properties of rocks after water rock interaction. The aim is to better study the fatigue mechanical characteristics of sandstone after dry wet cycle and the research object we take was sandstone samples after a certain number of drying and wetting cycles. The WAW-2000 electro-hydraulic servo pressure system was used to carry out uniaxial fatigue cyclic loading and unloading tests with different amplitudes and different upper limit stresses. The test found that: when the sample is damaged under fatigue load, the stress-strain curve shows a sharp downward trend and a sudden instability failure occurred in the sample. With the increase of the upper limit stress and amplitude, the life of the sample decreases gradually which also conforms to the change of power function. Then the relationship between fatigue life and stress is obtained. The fatigue stress-strain curve is characterized by sparse-dense-sparse. With the increase of cycle time, the axial strain of the sample shows an inverted “S” shape. The strain change can be divided into three stages: initial stage, constant velocity stage and acceleration stage.

4

Shear rupture behaviors of intact and granulated Wombeyan marble with the flat-jointed model

Li Kaihui, Han Dongha, Fan Xiang, Yang Yi, Wang Fei

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 1

art. no. e51, 2022

EN

Many large hydropower projects have been constructed in the highly interlocked and non-persistently jointed rock mass (e.g., the columnar jointed basalt). Regarding the granulated Wombeyan marble as an analog of such rock mass, a series of direct shear test simulations under constant normal loading (CNL) and constant normal stiffness (CNS) boundary conditions were performed to better understand its shear rupture behavior using the flat-jointed model based on the discrete element method. The results show that the shear process under the CNS condition can be divided into four stages: linear-elastic stage, yielding stage, shear wear stage and shear sliding stage. The strain-strengthening in the shear wear stage is evident due to the feedback normal stress provided by the cap induced by shear dilation. As the initial applied normal stress increases, the peak shear strength point of specimens under CNL approaches the yield point of specimens under CNS. Additionally, the shear rupture process under CNS is strain controlled in granulated specimens but stress controlled in intact specimens. Correspondingly, the shear rupture zone creation in granulated specimens is not but that in intact specimens is dependent on the initial applied normal stress. Finally, it is demonstrated that the CNS condition can improve the stability of rock slopes or underground excavations embedded in such rock mass and its improvement effect increases with the normal stiffness.

5

Constitutive modeling of rock materials considering the void compaction characteristics

Xie Shijie, Han Zhenyu, Chen Yifan, Wang Yixian, Zhao Yanling, Lin Hang

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 2

art. no. e60, 1--15

EN

The study of constitutive model is of great significance to engineering safety evaluation and geological disaster prevention. In this paper, rock materials were regarded as a composite geological material composed of voids and rock matrix, and then a piecewise constitutive model bounded by the yield point was proposed. It can reflect the complete stress–strain curves of rocks, including the compaction stage, the elastic stage, the plastic yield stage and the post-peak stage. Primarily, an objective method to determine the yield point based on the stress difference was proposed. For the rock deformation before yielding, the relationship between the strain of rock materials and the strains of voids and rock matrix was analyzed to establish the corresponding constitutive model. Subsequently, based on the modified Weibull distribution, a damage statistical constitutive model of rocks was established to describe the nonlinear deformation after the yield point. Meanwhile, the determining method of model parameters was given. Finally, the uniaxial and triaxial compression test data of different types of rocks were used to verify the proposed model. The results indicate that the model curves are in good agreement with the experimental results. Hence, it is feasible and reasonable to divide the macroscopic strain of rocks into the strains of voids and rock matrix. Additionally, there is a power function attenuation relationship between the deformation ratio of voids to rock matrix and the axial stress.

6

Experimental Verification of Standard Recommendations for Estimating the Load-carrying Capacity of Undercut Anchors in Rock Material

Jonak Józef, Karpiński Robert, Siegmund Michał, Machrowska Anna, Prostański Dariusz

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2021

|

Vol. 15, no 1

230--244

EN

The recommendations put forward in the International Standards for anchorage in concrete concerning the assessment of the load-carrying capacity of anchors (the pull-out force) embedded in natural rock material were verified. Regarding the predicted extent of surface failure we have shown, in earlier studies, substantial discrepancies between the strength test results for anchorages in the rock mass and the established standard recommendations for anchorages in concrete. As regards the industrial practice and the goals of the reported project, simplified calculation procedures that will facilitate the selection of optimal configurations for the layout of anchor holes, while being computationally effective and applicable under the industry-specific conditions are sought.

7

Discrepancy between measured dynamic poroelastic parameters and predicted values from Wyllie’s equation for water saturated Istebna sandstone

Knez Dariusz, Rajaoalison Herimitsinjo

Acta Geophysica

|

2021

|

Vol. 69, no. 2

673--680

EN

The drilling-related geomechanics requires a better understanding of the encountered formation properties such as poroelastic parameters. This paper shows set of laboratory results of the dynamic Young’s modulus, Poisson’s ratio, and Biot’s coef fcient for dry and water-saturated Istebna sandstone samples under a series of confning pressure conditions at two diferent temperatures. The predicted results from Wyllie’s equation were compared to the measured ones in order to show the efect of saturation on the rock weakening. A negative correlation has been identifed between Poisson’s ratio, Biot’s coefcient and confning pressure, while a positive correlation between confning pressure and Young’s modulus. The predicted dynamic poroelastic rock properties using the P-wave value from Wyllie’s equation are diferent from measured ones. It shows the important infuence of water saturation on rock strength, which is confrmed by unconfned compressive strength measurement. Linear equations have been ftted for the laboratory data and are useful for the analysis of coupled stress and pore pressure efects in geomechanical problems. Such results are useful for many drilling applications especially in evaluation of such cases as wellbore instability and many other drilling problems.

8

Compressive deformation characteristics of crushed sandstone based on multiple experimental factors

Sun Yanan, Zhang Peisen, Yan Wei, Yan Fenqian, Wu Junda

Archives of Mining Sciences

|

2020

|

Vol. 65, no. 1

129--146

EN

In this study, the compressive deformation of crushed sandstone was tested using a crushed rock deformation-seepage test system, and the effects of various factors, including crushed rock grade, grade combination, water saturation status, and stress loading method (i.e., continuous loading or cyclic loading and unloading), on the compressive deformation of crushed sandstone was analyzed from four perspectives including stress-strain, bulking coefficient, deformation mechanism and energy dissipation. The results indicate that the stress-strain relations of crushed sandstone are closely associated with all factors considered, and are well represented by exponential functions. The strain observed for a given applied stress increased with increasing crushed rock grade throughout the loading period. Crushed sandstone grades were combined according to a grading index (n), where the proportion of large-grade rocks in the sample increased with increasing n. The bearing capacity of a water-saturated crushed sandstone sample with n = 0.2 was less than that of an equivalent dry sample for a given applied stress. The stress-strain curve of a water-saturated crushed sandstone sample with n = 0.2 under cyclic loading and unloading was similar to that obtained under continuous loading. Observation and discovery, the deformation mechanism of crushed sandstone was mainly divided into four stages, including crushing, rupture, corner detachment and corner wear. And 20% of the work done by testing machine is used for friction between the crushed sandstone with the inner wall of the test chamber, and 80% is used for the closing of the void between the crushed sandstone, friction sliding, crushing damage.

9

Stope stability assessment and effect of horizontal to vertical stress ratio on the yielding and relaxation zones around underground open stopes using empirical and finite element methods

Sepehri M., Apel D., Liu W.

Archives of Mining Sciences

|

2017

|

Vol. 62, no. 3

653--669

EN

Predicting the stability of open stopes can be a challenging task for underground mine engineers. For decades, the stability graph method has been used as the first step of open stope design around the world. However, there are some shortcomings with this method. For instance, the stability graph method does not account for the relaxation zones around the stopes. Another limitation of the stability graph is that this method cannot to be used to evaluate the stability of the stopes with high walls made of backfill materials. However, there are several analytical and numerical methods that can be used to overcome these limitations. In this study, both empirical and numerical methods have been used to assess the stability of an open stope located between mine levels N9225 and N9250 at Diavik diamond underground mine. It was shown that the numerical methods can be used as complementary methods along with other analytical and empirical methods to assess the stability of open stopes. A three dimensional elastoplastic finite element model was constructed using Abaqus software. In this paper a sensitivity analysis was performed to investigate the impact of the stress ratio “k” on the extent of the yielding and relaxation zones around the hangingwall and footwall of the understudy stope.

PL

Prognozowanie stabilności przodka wybierkowego stanowi poważne wyzwanie dla inżynierów górnictwa. Przez dziesięciolecia na całym świecie do projektowania przodka wybierkowego prowadzonego bez obudowy wykorzystywano metodę graficzną jako pierwszy etap prac. Jednakże metoda ta ma pewne niedogodności. Przykładowo, nie uwzględnia występowania stref odprężania wokół przodka. Innym ograniczeniem metody graficznej jest to, iż nie może być ona wykorzystana do oceny stabilności przodków w których ściany zawierają materiał podsadzany. Istnieją jednak metody analityczne i numeryczne, które pozwalają na przezwyciężenie tych ograniczeń. W pracy tej wykorzystano zarówno metody empiryczne jak i numeryczne do oceny stabilności przodka wybierkowego zlokalizowanego pomiędzy poziomami N9225 i N9250 w podziemnej kopalni diamentów w Diavik. Wykazano, że metody numeryczne stanowią znakomite uzupełnienie metod analitycznych i empirycznych wykorzystywanych do oceny stabilności przodków wybierkowych. Opracowano trójwymiarowy model elastyczno-plastycznych elementów skończonych z wykorzystaniem oprogramowania Abaqus. W pracy tej przeprowadzono analizę wrażliwości i zbadano wpływ wskaźnika stosunku naprężeń "k" na zasięg osiadania i powstanie stref odprężenia wokół warstw stropu i spągu w badanym przodku wybierkowym.

10

Wyznaczanie wytrzymałości na rozciąganie betonu i skał metodą "brazylijską" w konfrontacji z zastosowanym kryterium zniszczenia materiału

Gontarz J., Podgórski J.

Budownictwo i Architektura

|

2014

|

Vol. 13, nr 2

191--200

PL

W pracy przedstawiono analizy tzw. brazylijskiej próby ściskania walca dwoma liniowymi, równoważącymi się obciążeniami, przyłożonymi wzdłuż tworzących, pod kątem możliwości prawidłowego wyznaczania wytrzymałości na rozciąganie. Analizy te zawierają precyzyjnie wyznaczone pola naprężeń, bez osobliwości w miejscu przyłożenia siły, wyznaczenie naprężenia krytycznego w świetle klasycznych oraz współczesnych kryteriów zniszczenia materiału kruchego oraz wyznaczenie położenia punktu, w którym prawdopodobnie zostanie zainicjowana szczelina niszcząca próbkę.

EN

The paper presents the analysis of the Brazilian compression tests considering the possibilities of determining the proper tensile strength. These analyses include the precise designation of the stress field without singularity at the point of application of force, the evaluation of critical stress in the light of classical and contemporary failure criteria for a brittle material, and determination of the position of the point where the destructive crack is expected to be initiated in the sample.

11

Recent advances in studies of the strength of rocks under true triaxial compression conditions

Kwaśniewski M.

Archives of Mining Sciences

|

2013

|

Vol. 58, no. 4

1177--1200

EN

The results of true triaxial compression tests carried out by K. Mogi at the University of Tokyo, M. Takahashi at the Geological Survey of Japan and B. Haimson at the University of Wisconsin are summarized and the effect of the intermediate principal stress on the ultimate strength of rocks is discussed in the first part of the paper. Then, the Huber-Mises-Hencky failure theory, which was generalized by Nádai and further modified by Mogi to explain the stress-dependency of both the brittle fracturing and the ductile flow of rocks, is revisited. In the main part of the paper, the results of recent experimental studies carried out on samples of a Coal-Measure sandstone from the strata of the Upper Silesian Coal Basin under true triaxial compression conditions are presented. The studies focused on the effect of, independently, confining pressure, intermediate principal stress and minimum principal stress on the ultimate strength of this rock. The paper closes with a presentation and discussion of a general failure criterion that is capable of predicting the ultimate strength of rocks under both axisymmetric and true triaxial (asymmetric) compressive stress conditions.

PL

W pierwszej części artykułu podsumowano wyniki badań eksperymentalnych na prawdziwe trójosiowe ściskanie przeprowadzonych przez K. Mogiego z Uniwersytetu Tokijskiego, M. Takahashiego z Japońskiego Instytutu Geologicznego i B. Haimsona z Uniwersytetu Wisconsin i omówiono wpływ pośredniego naprężenia głównego na wytrzymałość graniczną skał. Następnie, przypomniano uogólnioną przez Nádai’a hipotezę wytężeniową Hubera-Misesa-Hencky’ego, którą przed laty zmodyfikował Mogi żeby wyjaśnić zależność granicznego stycznego naprężenia oktaedrycznego od tzw. efektywnego naprężenia średniego dla, oddzielnie, skał zachowujących się krucho i skał doznających przy ściskaniu ciągliwego płynięcia. W głównej części artykułu przedstawiono wyniki najnowszych badań eksperymentalnych przeprowadzonych na próbkach pewnego piaskowca z górotworu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (byłto drobnoziarnisty arenit kwarcowy o stosunkowo wysokiej, równej około 146 MPa, wytrzymałości granicznej na jednoosiowe ściskanie). Celem tych badań było wykrycie wpływu, oddzielnie, ciśnienia okólnego (p = σ2 = σ3), pośredniego naprężenia głównego (σ2) i najmniejszego naprężenia głównego (σ3) na wytrzymałość graniczną tej skały. W próbach na konwencjonalne trójosiowe ściskanie wytrzymałość badanego piaskowca silnie rosła ze wzrostem ciśnienia okólnego. Przy ciśnieniu równym 62,5 MPa, graniczne największe naprężenie główne (Fσ1) było, średnio, 2,8 razy większe od tego zanotowanego w próbach na jednoosiowe ściskanie. Wyniki prób na prawdziwie trójosiowe ściskanie pokazały, że wpływ pośredniego naprężenia głównego (σ2) na wytrzymałość graniczną badanego piaskowca - chociaż ewidentny i znaczący - jest jednak wyraźnie słabszy niż wpływ ciśnienia okólnego (rys. 19). W przypadku próbek badanych przy najmniejszym naprężeniu głównym (σ3) równym 25 MPa, największe naprężenie główne na granicy wytrzymałości odpowiadające naprężeniu pośredniemu σ2 = 62,5 MPa było tylko o 19% większe niż to odpowiadające naprężeniu σ2 = 25 MPa. Zaobserwowano przy tym, że tempo wzrostu wytrzymałości ze wzrostem pośredniego naprężenia głównego (w przedziale od 25 MPa do 62,5 MPa) nieznacznie maleje. Badania nad wpływem najmniejszego naprężenia głównego na wytrzymałość graniczną pokazały, że naprężenie to odgrywa rolę podobną do roli naprężenia pośredniego (σ2). Jednakże, tempo wzrostu wytrzymałości badanej skały ze wzrostem σ3 było nieco większe od tego zaobserwowanego gdy zwiększano σ2 przy stałym σ3 (rys. 20). Przy pośrednim naprężeniu głównym równym 62,5 MPa, graniczne największe naprężenie główne (Fσ1) odpowiadające σ3 = 62,5 MPa było wyższe o blisko 28% od tego odpowiadającego naprężeniu σ3 równemu 25 MPa. Silniejszy wpływ najmniejszego naprężenia głównego na wytrzymałość graniczną badanej skały można wytłumaczyć w następujący sposób: Największy wzrost wytrzymałości granicznej skały na ściskanie w warunkach trójosiowego ściskania towarzyszy zwiększaniu ciśnienia okólnego, a więc właściwy jest osiowo-symetrycznemu stanowi naprężenia. Gdy naprężenie najmniejsze jest zwiększane przy stałym σ2, trójosiowy stan naprężenia staje się coraz bardziej równomierny (coraz bliższy stanowi osiowo-symetrycznemu), co wpływa znacząco na wzrost wytrzymałości materiału. Z drugiej strony, gdy pośrednie naprężenie główne jest zwiększane względem σ3, wytwarzany jest rosnąco asymetryczny (nierównomierny) stan naprężenia i wysokie naprężenie różnicowe (σ2-σ3) może wywoływać nawet spadek wytrzymałości materiału skalnego. Na zakończenie artykułu przedstawiono i omówiono ogólny warunek wytrzymałościowy Mogiego, który dobrze nadaje się do oceny wytrzymałości granicznej skał w warunkach zarówno osiowo-symetrycznego, jak i asymetrycznego (prawdziwie trójosiowego) stanu naprężeń ściskających. Fizykalna interpretacja warunku zaproponowanego przez Mogiego dla skał kruchych jest następująca: W przeciwieństwie do hipotezy Hubera-Misesa-Hencky’ego, która obowiązuje dla materiałów ciągliwych, w przypadku skał wartość graniczna stycznego naprężenia oktaedrycznego nie jest stała lecz monotonicznie rośnie ze wzrostem tzw. efektywnego naprężenia średniego (σm). Ponieważ kruche pękanie ścięciowe zachodzi wzdłuż płaszczyzn zorientowanych równolegle do kierunku pośredniego naprężenia głównego, efektywne naprężenie średnie wydaje się być niezależne od naprężenia pośredniego, i w związku z tym σm = σm,2=(σ1 + σ3)/2. Należy podkreślić, że potęgowy warunek wytrzymałościowy Mogiego (9) aproksymuje dane empiryczne z prób na konwencjonalne trójosiowe ściskanie i prób na prawdziwe trójosiowe ściskanie jednakowo dobrze (dotyczy to także liniowej wersji warunku Mogiego (11)). W związku z tym, żeby wyznaczyć wartości parametrów (stałych) występujących w tym warunku nie jest bezwzględnie konieczne wykonywanie - nawet gdy dysponuje się odpowiednią aparaturą - kłopotliwych, czasochłonnych i kosztownych testów na prawdziwe trójosiowe ściskanie. Wartości tych parametrów mogą być wyznaczone na podstawie wyników uzyskanych ze znacznie prostszych testów na konwencjonalne trójosiowe ściskanie. Potem, gdy wprowadzi się je do warunku Mogiego, mogą służyć do oceny wytrzymałości granicznej skał w warunkach zarówno osiowo-symetrycznego (σ1 > σ2 = σ3), jak i asymetrycznego stanu naprężenia (σ1 > σ2 > σ3).

12

Dobór i kalibracja praw konstytutywnych dla podłoża obiektów budowlanych

Florkowska L., Walaszczyk J., Maj A.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2011

|

Vol. 13, no. 1-4

95--104

PL

W pracy przedstawiono metodykę doboru praw materiałowych dla podłoża budowlanego opracowaną pod kątem modelowania numerycznego. Zawarta w pracy problematyka związana jest z symulacją numeryczną oddziaływania podziemnej eksploatacji górniczej na obiekty budowlane. W zagadnieniach tego typu prawidłowe określenie właściwości podłoża ma szczególnie istotne znaczenie, z uwagi na fakt, że generowane przez procesy eksploatacji górniczej deformacje gruntu stanowią źródło dodatkowych obciążeń budowli. Dobór i kalibrację modelu materiałowego omówiono na dwóch przykładach – piaskowca oraz gliny piaszczystej. Przedstawiono także analizę wpływu wybranych wartości parametrów materiałowych na wyznaczanie stanu naprężenia w gruncie pod ławą fundamentową.

EN

The article describes the selection methods of material laws for a building foundation, developed with respect to numerical modelling. The issues presented concern the numerical simulation of the impact of underground mining activity on buildings. In such cases, it is particularly important to properly determine the properties of the foundation, due to the fact that soil deformations generated by the processes connected with mining activity cause further strain to building structures. The selection and calibration of the material model was discussed with regard to two examples, i.e. sandstone and sandy clay. Additionally, the paper provides an analysis of the effect of selected values of the material parameters on determining strain in the soil underneath the continuous footing.

13

Analiza porównawcza schematów kotwienia tunelu metodą stochastycznej symulacji stateczności bloków

Jakubowski J.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2011

|

R. 35, z. 2

303-311

PL

W artykule przedstawiono niektóre wyniki porównawczej analizy schematów kotwienia dla warunków tunelu pod Atlantą. Zastosowano metodę stochastycznej symulacji stateczności bloków (MSB), która wykorzystuje mechaniczny model zmodyfikowanej teorii bloków w schemacie Monte Carlo oraz przyjęty stochastyczny model sieci nieciągłości. Przeprowadzono serię symulacji opartych na pomiarach sieci nieciągłości i zaobserwowanych warunkach geologicznych. Wybrane miary stateczności wyrobiska posłużyły do porównania schematów kotwienia dla każdego z 14 odcinków tunelu.

EN

Paper presents comparative analysis of rockbolt pattern for the conditions of overflow sewer storage tunnel in Atlanta. For the tunnel stability assessment the stochastic simulation of block stability method (MSB) was applied. The method incorporates modified block theory stability analysis within Monte Carlo simulation scheme and stochastic model of discontinuity network. A series of simulations for 3 rockbolt patterns and 14 tunnel intervals has been performed. For each set of data, results describe tunnel stability measures in the means of statistics and probabilities.

14

The stochastic block stability simulation method and other probabilistic extensions of block theory

Jakubowski J.

Archives of Mining Sciences

|

2011

|

Vol. 56, no 2

223-238

EN

Block theory methods are popular across the world, and effectively compete with discrete element methods. Their probabilistic extensions are particularly interesting, because they allow the natural, stochastic character of the discontinuity network in a rock mass to be taken into account in models. The article presents the stochastic block stability simulation method (SBSM) developed at the Department of Geomechanics, Civil Engineering and Geotechnics at the AGH UST, along with several other probabilistic, analytical or simulation extensions of classic block theory, namely the Hatzor method, Young's geostatistical models, and Chan and Hoerger's simulations. The paper discusses the properties and range of applications for the said methods. It also presents an outline of the characteristics of classic block theory solutions, that is, the Goodman and Shi method, and the Warburton method.

PL

Metody teorii bloków są na świecie popularne i z powodzeniem konkurują z metodami elementów dyskretnych. Jednak szczególnie ciekawe są ich probabilistyczne, symulacyjne rozszerzenia, pozwalające na uwzględnienie w modelach naturalnego, stochastycznego charakteru sieci nieciągłości w masywie skalnym. W artykule przedstawiono metodę stochastycznej symulacji stateczności bloków (ang. SBSM) opracowaną w Katedrze Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki AGH oraz niektóre inne probabilistyczne, zarówno analityczne jak i symulacyjne rozwinięcia klasycznych rozwiązań teorii bloków: metodę Hatzora, geostatystyczne modele Younga, symulacje Chana i Hoergera. Przedyskutowano właściwości i zakres zastosowań wymienionych metod. Krótko przedstawiono też cechy klasycznych rozwiązań teorii bloków: metody Goodmana i Shi oraz metody Warburtona.

15

Probabilistic stability analysis of a tunnel in a fracture zone

Jakubowski J.

Archives of Mining Sciences

|

2011

|

Vol. 56, no 3

405-413

EN

The article presents tunnel stability analysis results for the conditions of the Äspö Hard Rock Laboratory tunnel, where it passes through the NE-1 fracture zone. The stochastic block stability simulation method (SBSM) was employed for the analysis on account of the blocky rock mass geological conditions and the probabilistic character of the method. In the stochastic discontinuity network model, the exponential probability distribution for spacing and a Fisher's spherical distribution for orientation inside the discontinuity sets were employed. Computations were carried out for a basic data set and three additional variants, including one with rock bolting reinforcement. The paper presents the effect of rock bolting and frictional resistance at discontinuity surfaces on the results of a stability conditions analysis. The results presented in the article include the frequency tables and descriptive statistics for unstable blocks, histograms of block volume, and instability probability contour plots.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy stateczności tunelu w masywie skalnym o strukturze blokowej dla warunków sztolni dojazdowej Äspö Hard Rock Laboratory w strefie spękań NE-1. Do analizy wy brano metodę stochastycznej symulacji stateczności bloków (SBSM) ze względu na blokową strukturę masywu skalnego i probabilistyczny charakter tej metody. Zastosowano stochastyczny model sieci nieciągłości z rozkładem Fishera na sferze dla odwzorowania orientacji nieciągłości i rozkładem wykładniczym dla odstępów nieciągłości. Przeprowadzono obliczenia dla podstawowego zestawu danych i trzech wariantów dodatkowych w tym wariantu z obudową kotwową. Pokazano wpływ kotwienia oraz oporów tarcia na powierzchniach nieciągłości na wyniki analizy warunków stateczności. Wyniki obejmują tabele liczności i statystyki opisowe dla bloków niestatecznych oraz histogramy objętości i konturowe wykresy prawdopodobieństwa niestateczności.

16

Uogólnienia metody elementów skończonych w inżynierskich symulacjach numerycznych ośrodka nieciągłego i dyskretnego

Jakubowski J.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2010

|

R. 34, z. 2

325-340

PL

Klasyczna metoda elementów skończonych jest metodą wydajną i uniwersalną, z zastosowaniem wielu dostępnych pakietów również łatwą w użyciu. W zastosowaniu do symulacji wprost nieciągłości i nieciągłego masywu skalnego, ma jednak pewne istotne ograniczenia. W ciągu ostatnich kilkunastu lat pojawiły się uogólnienia tej metody stosujące generalnie rzecz ujmując nowe metody aproksymacji, z których wiele opartych jest na tzw. podziale jedności. W rezultacie, na bazie metody elementów skończonych i metody różnic skończonych powstały metody bezsiatkowe, metody wzbogaconej aproksymacji metody elementów skończonych i metoda rozmaitości numerycznych. Wszystkie te metody mają zdolność naturalnego odwzorowania nieciągłości bez kłopotliwych operacji przebudowy siatki. Każda z nich jest zdolna do symulacji ośrodka ciągłego, ośrodka nieciągłego oraz rozpadu ośrodka w jednym, spójnym schemacie numerycznym (każda z nich w innym). Po uzupełnieniu o algorytmy rozpoznawania kontaktów metody te nabierają cech metod elementów dyskretnych. Są to na razie rozwiązania laboratoryjne, nad którymi pracują matematycy, numerycy i programiści, które nie trafiły jeszcze w ręce inżynierów. W przyszłości mogą mieć szerokie zastosowanie w symulacjach budowlanych i geomechanicznych i ze względu na swoje cechy mogą stanowić alternatywę dla metody elementów skończonych, metody elementów odrębnych i innych popularnych inżynierskich metod symulacyjnych. W artykule omówiono wyżej wymienione metody i perspektywy ich zastosowania do symulacji ośrodka nieciągłego i dyskretnego w szczególności nieciągłego masywu skalnego.

EN

Traditional finite element method is efficient and universal numerical simulation method, and implemented with many available software packages, also easy to use. Applied to simulations of discontinuities and discontinuous rock mass, it has got serials limitations. For the last several years some generalizations of this method have been developed with the use of new approximation techniques, particularly partition of unity. As a result of these developments mesh-free methods (MFree), enriched approximation methods (GFEM, XFEM) and numerical manifold method has been developed, basing on finite element method and finite difference method approaches. All the three groups of methods listed above have ability to model discontinuities without challenging and expensive remeshing. All of them can simulate continuous medium, discontinuous medium and model disintegration within a single numerical schema (each of them within different one). Completed with contact detection algorithms, they meet criteria of discrete element method. The above mentioned methods are still in their very early stages of development and many theoretical and practical problems need to be solved before they will be used in Civil Engineering and Rock Mechanics for practical applications. In the future, due to their advantages, they can offer an alternative for finite element method, distinct element method and other popular engineering simulation methods. The article presents the above mentioned methods and their possible applications for discontinuous and discrete medium simulation, particularly for the simulation of discontinuous rock mass.

17

Pomiary i estymacja wskaźników zagęszczenia nieciągłości w kołowych oknach pomiarowych

Jakubowski J.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2010

|

R. 34, z. 2

315-324

PL

Pomiary nieciągłości, estymacja wskaźników zagęszczenia nieciągłości i ich interpretacja są istotne z punktu widzenia budowy modeli oraz przebiegu i wyników geomechanicznych symulacji nieciągłego masywu skalnego. W szczególności wskaźniki zagęszczenia nieciągłości są ważnymi parametrami statystycznych modeli sieci nieciągłości, na których opierają się geomechaniczne symulacje stochastyczne mechaniki skał. Istotny postęp praktycznych metod estymacji parametrów sieci nieciągłości nastąpił niedawno dzięki pracom teoretycznym Mauldona (oraz niezależnie Zhanga i Einsteina) dotyczącym pomiarów i estymacji wskaźników zagęszczenia nieciągłości w kołowych oknach pomiarowych. Nowe estymatory opierają się na zliczeniach końców śladów nieciągłości bez konieczności przeprowadzania trudniejszego pomiaru ich długości, nie są obciążone błędem cenzurowania ani błędem długości, są niezależne od orientacji śladów nieciągłości i mają bardzo prostą postać.

EN

Quantitative descriptions of joint sets and their interpretation are significant for discontinuous rock mass simulation models and results. Joint sets density, intensity and are among the major ones. They are also important parameters of discontinuity network statistical models and discontinuous rock mass stochastic simulations, including geomechanical simulations. A significant advance in jointed rock mass parameters survey and estimation methods has been achieved recently. Mauldon (independently by Zhang and Einstein) proposed a method for mean trace length and trace density estimation in circular sampling window. New estimators are based on joint trace endpoints counts so avoid trace length measurement, are not biased by censoring and length bias and are not dependent on traces orientation. They have been presented and discussed in the paper.

18

Siły graniczne i energia kruszenia bloku skalnego przy różnym ustawieniu stempla obciążającego.

Ciężkowski P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Nauki Techniczne

|

2009

|

Z. 12

CD-CD

PL

W pracy dokonano analizy procesu ściskania bloku skalnego pomiędzy współosiowymi płaskimi stemplami. Kruszenie przeprowadzono przy trzech wielkościach obrotu stempli (0°, 6.64° 12.93°). Analiza wyników badań wykazała, że ustawienie stempli ma wpływ na parametry procesu rozdrabniania (energię kruszenia, siły kruszenia, mechanizmy i postacie zniszczenia)

EN

Analysis of compression of brittle blocks by two plane punches isperformed. The crushing energy and limit forces were considered for three locations of punches, rotated at 0°, 6.64° and 12.93° with respect to the thickness direction of the block. The analysis results revealed significant influence of the punches rotation on the crushing process parameters (crushing energy, crushing forces, mechanisms and crushing modes).

19

A novel biaxial compression testing system

Mamurekli D., Ergun I., Singh N.

Archives of Mining Sciences

|

2009

|

Vol. 54, no 1

35-54

EN

In this paper, anovel biaxialloading apparatus developed for biaxial compressive and shear strength testing of rock material and rock mass specimens, is described. The suitability of the system is demonstrated by real time compression test results on aluminium and fractured glass plate specimens. The system is capable of applying biaxial compressive stresses uniformly to the side surfaces of the specimens even if the contact surfaces of the platen and the specimen is rough. Stress distribution within the test specimens were measured using strain gauges and photo-elastic transducers. ExaminelD piane strain indirect boundary element software was used to classify the magnitude of stress levels of the fringes around symmetrical holes. The biaxialloading system incorporates polyurethane rubber seals, pressurized using two hydraulic pumps. Pressure from the seals is transmitted to the specimens using Teflon lined steel pads. The system can apply uniform biaxial compressive stresses up to 70 MPa, in both directions.

PL

Praca opisuje nowoczesne urządzenie do badania dwuosiowych obciążeń: dwuosiowego ściskania i ścinania próbek skalnych i kamieni. Możliwości zastosowania układu zaprezentowano na podstawie wyników testu na ściskanie w czasie rzeczywistym przeprowadzonego na próbkach skalnych i próbkach płyt z tłuczonego szkła. Urządzenie umożliwia równomierne przyłożenie dwuosiowych obciążeń ściskających do powierzchni bocznych próbek gdy powierzchnie kontaktowe płyty i próbek są chropawe. Rozkład naprężeń w próbce mierzy się przy pomocy tensometrów i przetworników foto-elastycznych. Poziom naprężeń i odkształceń obliczono przy użyciu oprogramowania Examine2D. Układ dwuosiowego obciążania obejmuje uszczelki z gumy poliuretanowej, podwyższone ciśnienie uzyskuje się za pomocą dwóch pomp hydraulicznych. Ciśnienie z uszczelek przenoszone jest na próbki za pomocą wkładki stalowej wyłożonej teflonem. Urządzenie umożliwia równomierne przykładanie dwuosiowego obciążenia ściskającego do poziomu 70 Mpa, w obydwu kierunkach.

20

Zmienna uszkodzenia D dla skał poddanych próbom jednoosiowego rozciągania

Tomiczek K. M.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2008

|

R. 32, z. 1

347-358

PL

Na podstawie charakterystyk naprężenie - odkształcenie, oznaczonych w próbach jednoosiowego monocyklicznego i wielocyklicznego rozciągania walcowych smukłych próbek dwóch piaskowców i granitu wyznaczono wartości zmiennej uszkodzenia D, która opisuje stopień uszkodzenia materiału. Wartości D obliczono stosując zmodyfikowane metody proponowane przez Lemaitre'a oraz Ju i Xie. Stwierdzono, że D (praktycznie) w przypadku badanych skał nie osiąga granicznej wartości 1, charakterystycznej dla materiału zniszczonego, a decydujący wpływ na jej wartości ma styczny współczynnik odkształcalności podłużnej E/t który jest miarą odkształcalności chwilowej.

EN

On basis of Lemaitre and Ju and Xie theories a new damage variables D are proposed to measure the damage and evolution of failure of rocks under uniaxial tension. The damage D was determined by load and unload stress - strain characteristics of cylindrical sandstones and granite samples under direct tension condition. Generally, the damage D of rocks under tension was lower than critical value (D< 1), when the load amplitude reached ultimate strength. The results illustrated also that the tangent modulus E, has determinative influence of D.