Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ oddziaływania CO2 na dynamiczne parametry geomechaniczne w systemie geotermalnym

Moska Rafał

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

199--212

PL

Sekwestracja CO2 w formacje geologiczne wiąże się z szeregiem zjawisk fizycznych mających wpływ na strukturę skały, takich jak m.in. absorpcja CO2 przez matrycę skalną, a także wytwarzanie w solankach złożowych kwasu węglowego, mającego zdolność rozpuszczania węglanów. Zjawiska te mogą powodować zmniejszenie sztywności skał i w konsekwencji wpływać na zmianę warunków geomechanicznych w górotworze, ze szczególnym uwzględnieniem stref przyotworowych. Mogą także powodować zmniejszenie funkcji uszczelniającej skał nadkładu. Skały zróżnicowane pod względem składu mineralnego oraz warunków depozycji (ciśnienia, temperatury, obecności mediów porowych) mogą wykazywać charakterystyczne cechy zwiększonej lub zmniejszonej odporności na kontakt z CO2. W pracy zostały przedstawione laboratoryjne badania przypadków oddziaływania CO2 na piaskowce o spoiwie węglanowym oraz ilastym podczas hipotetycznej sekwestracji do poziomu zbiornikowego jednego z polskich złóż geotermalnych. Wyznaczono wpływ obecności mediów porowych zawierających CO2 (rozpuszczony w solance złożowej oraz w stanie nadkrytycznym) w skałach na ich właściwości geomechaniczne – dynamiczne parametry sprężystości. Po trzymiesięcznym okresie ekspozycji na CO2 w przypadku każdej z próbek zanotowano spadek prędkości fal sprężystych – zarówno P, jak i S, co jest potwierdzeniem danych literaturowych. Moduły Younga, odkształcenia postaci i objętości mierzonych próbek po ekspozycji na CO2 obniżyły się w zależności od konkretnego przypadku od kilku do kilkudziesięciu procent w stosunku do wartości wyjściowych. Zaobserwowano też zmiany we współczynniku Poissona. Efekt ten może być wyjaśniony osłabieniem szkieletu skalnego próbek przez oddziaływanie kwasu węglowego powstałego w wyniku rozpuszczenia CO2 w solance na spoiwo węglanowe oraz oddziaływaniem nadkrytycznego CO2 na minerały ilaste. Pomimo niewielkiej próby reprezentatywnej użytej w testach można stwierdzić, że ekspozycja na CO2 badanych piaskowców powoduje wyraźne zmniejszenie ich sztywności.

EN

CO2 sequestration in geological formations is related to a number of phenomena in the rock structure, such as absorption of CO2 by the rock matrix, as well as the production of carbonic acid in reservoir brines, capable of dissolving carbonates. These effects can cause a decrease in rock stiffness and change of rock-mechanics conditions especially in the near-borehole zones. They can also reduce the sealing function of the overburden rocks. Different types of rocks varying in mineral composition and deposition conditions (pressure, temperature, pore media) may show characteristic features of increased or decreased resistance to CO2. This paper deals with laboratory case study of the effect of CO2 on carbonate- and clay-cemented sandstones during the hypothetical sequestration to the reservoir level of one of the Polish geothermal deposits. The influence of the presence of pore media containing CO2 (dissolved in reservoir brine and a supercritical CO2) in the rocks on their rock-mechanics properties – dynamic elasticity parameters – was determined. After a 3-month exposure to CO2, a decrease in the velocity of both P and S waves was observed for each of the samples. Decrease of the Young's, bulk and shear moduli of all measured samples after exposure to CO2 were also observed, depending on a sample, by a few to several dozen % in relation to the initial values. Changes in Poisson’s ratio were also observed. These effects can be explained by the weakening of the sample’s matrix, by action of the carbonic acid formed by dissolving of CO2 in brine, and the action of supercritical CO2 on clay minerals. Despite the small representative sample used in the tests, it can be concluded that the exposure to CO2 of the tested sandstones causes a significant reduction in their stiffness.

2

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.

3

Influence of Anchor Depth and Friction Coefficient Between Anchor and Rock on the Trajectory of Rock Masses Detachment

Jonak Józef, Karpiński Robert, Wójcik Andrzej

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no 4

290--298

EN

This work presents the results of a FEA (Finite Element Analysis) concerning the propagation of the fracture tra- jectory during the detachment of rock masses. The analysis considers mechanical anchoring parameters, including the depth of anchoring and the friction between the anchor head and the brittle material. The analysis involved varying the effective anchorage depth hef = 50, 100, and 150 mm, along with considering different coefficients of friction (μ) for the anchor head against the rock, including 0.15, 0.3, and 0.45. The results indicated that within the chosen range of anchorage depths, the extent of damage increases with the depth of anchor embedment. However, the depth of anchoring, considering the studied range of this parameter and the assumed mechanical properties of the rock, did not have a significant effect on the value of the angle cone (α0) during the initial phase of the medium’s destruction. For the friction coefficient μ = 0.15, there is a clear deep penetration into the fracture at its initial stage of development (at the initial angle of α0 = -20°), promoting further spread of the fracture on the free surface. For larger values of the friction coefficient (μ = 0.3 and 0.45) – the trend is less pronounced (α0 = -2°÷-8°) resulting in a decrease in the crack range.

4

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.

5

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.

6

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.

7

The Effect of Undercut Anchor Diameter on the Rock Failure Cone Area in Pullout Tests

Jonak Józef, Karpiński Robert, Wójcik Andrzej, Siegmund Michał

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2022

|

Vol. 16, no 5

261–270

EN

The numerical analysis was conducted using the FEM ABAQUS software to establish the impact of various undercut anchor diameters on the rock breakout cone formation. The central focus of the investigations was on the rock breakout prism, which tends to be approximated to a cone or a quadrilateral pyramid, including its characteristic parameter, the angle of failure cone . Assuming that the embedment depth and the undercut anchor head angle were constant for the considered range of anchor head diameters, it remains unclear, however, precisely how the anchor head diameter affects the value of the failure cone angle, and thus the surface area of the full breakout prism. This conclusion stands in confirmation of our former considerations regarding the impact of the anchor head angle on the size of the breakout surface. Furthermore, it is supported by the results obtained from the mechanical model simulation of the anchor-rock system, where the anchor head angle and the effective embedment depth were determined as significant factors affecting the assumed rock breakout failure. The underlying aspect of the reported investigation was to evaluate the effectiveness of the non-conventional rock breakout technology performed with an undercut anchor, whose primary factors were both the pullout force and the assumed volume of the rock cone.

8

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.

9

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.

10

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.

11

Analysis of crack propagation in a "pull-out" test

Gontarz Jakub, Podgórski Jerzy

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2019

|

Vol. 41, nr 3

160--170

EN

The article describes a computer analysis of the pull-out test used to calculate the force needed to pull out a rock fragment and determine the shape of this broken fragment. The analyzed material is sandstone and porphyry. The analysis included the first approach to using own subroutine in the Simulia Abaqus system, that is, which task is undertaken to accurately determine the crack path of the Finite Element Method model. The work also contains a description of laboratory tests and analytical considerations.

12

Comparison between numerical analysis and actual results for a pull-out test

Gontarz Jakub, Podgórski Jerzy, Jonak Józef, Kalita Marek, Siegmund Michał

Engineering Transactions

|

2019

|

Vol. 67, iss. 3

311--331

EN

The paper describes a computer analysis of the pull-out test used to determine the force needed to pull out a fragment of rock and the shape of this broken fragment. The analyzed material is sandstone and porphyry. The analysis included a comparison of different methods of propagation of cracks in the Abaqus computer program using the Finite Element Method. The work also contains a description of laboratory tests and analytical considerations.

13

Podsumowanie badań laboratoryjnych piaskowca pod kątem analizy wyrywania kotwy

Gontarz J., Podgórski J., Kalita M., Siegmund M.

Budownictwo i Architektura

|

2017

|

Vol. 16, nr 3

113--123

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mechanicznych dwóch rodzajów piaskowca pochodzącego z dwóch kopalń kamienia w Polsce. Wykonano badania ściskania próbek sześciennych, trójpunktowego zginania belek, zginania belek z nacięciami i badanie wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu oraz przy ściskaniu metodą kwazi-brazylijską. Na podstawie przeprowadzonych badań wyznaczono wartości wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na rozciąganie, moduły Younga i współczynniki Poissona. Z testu zginania naciętych belek wyznaczono krytyczny mnożnik intensywności naprężeń w pierwszej modzie pękania oraz krytyczną energię pękania. Wyznaczone wartości docelowo mają służyć jako parametry modeli komputerowych używanych w symulacjach badania mającego na celu wyrywanie fragmentu skała za pomocą zakotwionej w niej kotwy samopodcinającej.

EN

The paper presents the results of mechanical laboratory tests of two types of sandstone, white and gray, obtained from two stone quarries in Poland. Compression tests of cubic samples, three-point bending tests, bending of notched beams and quasi-Brazilian test were performed. Basing on these tests, the values of compressive strength, tensile strength, Young’s modulus and Poisson’s ratio were determined. From the bending test of notched beams, a critical stress intensity factor in mode I and critical energy release rate was determined. These values are intended to be used as parameters of numerical (FEM) model to simulate the pull-out test of an anchor pulled out from the rock surface.

14

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.

15

Mathematical model of forecasting the formation of sinkhole using Salustowicz’s theory

Strzałkowski P.

Archives of Mining Sciences

|

2015

|

Vol. 60, no. 1

63--71

EN

In area affected by old, shallow extraction in some cases sinkholes are formed, causing security issues in urbanized areas. Problem of working out deterministic forecast of this threat seems to be important and up-to-date. Mathematical model presented in this work let us predict the possibility of sinkhole formation. That prediction is essential for analyzing possibility of investments in such areas. Basing on presented work, it is also possible to determine dimensions of sinkhole. Considerations are based on known from literature Sałustowicz’s theory, which is utilises Huber’s solution of equation describing the stress state around elliptic void made in flat plate.

PL

Początki eksploatacji górniczej na Górnym Śląsku sięgają XVIII stulecia. Dawna eksploatacja prowadzona na głębokościach nie przekraczających 80 m, do dziś generuje zagrożenia bezpieczeństwa powszechnego z uwagi na możliwość wystąpienia zapadlisk. Jak to wynika z pracy (Chudek i in., 2013), obszary pod którymi prowadzono w minionych latach płytką eksploatację zajmują znaczną powierzchnię śląskich miast, które w dalszym ciągu się rozbudowują. Dlatego problem występowania zapadlisk należy w dalszym ciągu uznać za ważny i aktualny. Duża liczba zapadlisk, ze zrozumiałych względów, jest wynikiem utraty stateczności płytkich wyrobisk korytarzowych. Istniejące metody prognozowania zapadlisk pozwalają głównie określać prawdopodobieństwo wystąpienia zapadliska. Jeśli wartość prawdopodobieństwa wystąpienia zapadliska jest większa od 0, wówczas należy się liczyć z zagrożeniem bezpieczeństwa terenu i co istotniejsze ludności. Taki sposób prognozowania wystąpienia zapadlisk nie daje jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, czy teren objęty analizą jest rzeczywiście zagrożony. Dlatego istotnym jest stworzenie możliwości deterministycznego prognozowania tego typu deformacji. W tym kierunku zmierza propozycja autora pracy, w której wykorzystano teorię sklepienia ciśnień (Sałustowicz, 1956). Teoria ta znakomicie nadaje się do tego celu, gdyż jako jedyna z wielu w tym zakresie pozwala określić, czy pustka związana z wyrobiskiem znajduje się w stanie stateczności. Znane są bowiem przypadki, gdy płytkie wyrobiska górnicze, bez obudowy przez wiele lat pozostają w stanie nienaruszonym. W ramach pracy dokonano szczegółowych obliczeń pola strefy odprężonej nad wyrobiskiem, bez stosowania uproszczeń przyjętych przez autora metody. Stosując podobne założenia jak w innych, znanych z literatury rozwiązaniach, podano warunki, mówiące o tym kiedy gruzowisko skalne zapełni szczelnie pustkę, bez powstania pustki wtórnej, a kiedy pustka wtórna powstanie. Zależy to od wymiarów i głębokości lokalizacji pustki oraz własności górotworu nad pustką. Warunkiem wystąpienia zapadliska jest aby strefa odprężona, związana z pustką pierwotną lub wtórną osiągnęła wysokość, przy której obejmować będzie nadkład, zbudowany ze skał luźnych. W dalszej kolejności zaproponowano wzory umożliwiające określenie wymiarów zapadlisk. Wyróżniono przy tym dwa przypadki: gdy strop pustki osiąga spąg nadkładu – wzór (15), gdy strefa odprężona obejmuje swym zasięgiem luźne skały nadkładu – wzór (19). Dalszym etapem badań prowadzonych przez autora jest sformułowanie warunków, pozwalających stwierdzić, kiedy eksploatacja górnicza prowadzona pod pustką może wywołać jej samopodsadzenie, a w konsekwencji spowodować powstanie zapadliska na powierzchni. Prowadzone są również prace związane z utworzeniem oprogramowania komputerowego, wykorzystującego podane wzory i z weryfikacją rozwiązania w oparciu o przypadki znane z praktyki górniczej.

16

Wpływ cech strukturalnych piaskowców fliszowych z Mucharza (Beskid Mały) na procesy pękania w warunkach jednoosiowego ściskania

Pieczara Ł.

Przegląd Geologiczny

|

2014

|

Vol. 62, nr 10/2

680--686

EN

The fracture processes of the Krosno Sandstones of Mucharz, southern Poland, were analysed to determine its relation to orientation of the structural features of the rock. The research putted focused estimating influence of characteristic structural features of the rock (arrangement of laminations plane and direction of arrangement of grains). In the initial stage of research, ultrasonic longitudinal wave propagation speed (Vp) tests were carried out on samples flysch sandstones. The results of the tests were analysed to determine effects of characteristic structural features of the rock on obtained values of longitudinal wave propagation speed (Vp), using on variability of obtained results depending on orientation of mineral elements. In the second part of the study, the point load test was used to determine rock strength under uniaxial compression conditions. In order to estimate uniaxial compressive strength, index-to-strength conversion factors were used. The point load test apparatus and procedure enables economical testing of rock samples in either a field or laboratory setting. Last part of the research was application of computer methods enabled to show technique of analysis microscopic images of the thin – section flysch sandstones samples, tested on point load tests and filled with a staining substance. The study elucidated the structural controls of the fracture processes of the flysch sandstones from Gorka – Mucharz quarry.

17

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.

18

Shape optimization of underground excavation by simulated annealing

Sobótka M., Łydżba D, Różański A.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2013

|

Vol. 35, nr 1

209--218

EN

The paper deals with the problem of shape optimization of underground tunnel excavation. In the pioneering work of Sałustowicz, the elliptic shape was assumed a priori to be an optimal one and then a determination of suitable semi-axes ratio was only the question. Two cases were distinguished there: self-supporting excavation and excavation with the structural support. An evolutionary structural optimization (ESO) procedure, employed in 2005 to optimize shape of underground excavation, confirms the assumptions concerning the case of self-supporting excavations. The case of supported excavation is considered in the present work. Optimization procedure of the simulated annealing (SA) is incorporated in the study. An energetic optimality condition, formulated in the authors’ previous papers is also adopted. Itasca FLAC software is utilized in numerical examples. Four different in situ stress ratios are investigated. The numerical results obtained confirm that the optimal shape tends to be an ellipse. The semi-axes ratio demonstrates compliance with the assumptions already existing in literature.

19

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).

20

Modeling the impact of active fault on excavation chambers under conditions of Legnica Glogow Copper Area

Walaszczyk J., Wiewiórka D.

AGH Journal of Mining and Geoengineering

|

2012

|

Vol. 36, no. 1

307-314

EN

The paper presents selected issues related to computer modeling of dynamic phenomena in rock mass. There are examples of calculation results presented for the model, where the effects of the releasement of a large fault at different angles of inclination as with conditions found in the Legnica-Glogow Copper Area (LGOM) which have been observed. The illustration of these results are variable in time: displacement, velocity and acceleration, which are all noted at selected points of the model. To complement the picture of the rock mass behavior, observations due to changes in stress were performed, with particular emphasis on the stability of the pillars between chambers.

PL

W pracy przedstawiono wybrane zagadnienia związane z komputerowym modelowaniem zjawisk dynamicznych w górotworze. Zaprezentowano przykładowe wyniki obliczeń dla modelu, w którym obserwowano skutki uwolnienia dużego uskoku przy różnych kątach jego nachylenia w warunkach Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego LGOM. Ilustracją tych wyników są zmienne w czasie przemieszczenia, prędkości i przyspieszenia w wybranych punktach modelu. Uzupełnieniem obrazu zachowania się górotworu są obserwacje zmian stanu naprężenia ze szczególnym naciskiem na stateczność filarów międzykomorowych.