Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

1 Archives of Mining Sciences

1 2007

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: shear surface

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Variations of the mechanical properties of a sandstone due to deformation and confining pressure, in relation to microstructures

Gustkiewicz J., Gamond J. F., Carrio-Schaffhauser E.

Archives of Mining Sciences

2007

Vol. 52, no 4

505-534

The influence of confining pressures up to 380 MPa and axial strains up to 20% were studied on mean porosity (10%) Tumlin sandstone, before and beyond rupture, through complementary compressibility tests and single and cyclic loading triaxial tests, associated with microstructural, mineralogical and porosimetrical observations. Concavity of the curves stemming from compressibility tests, singular points observed on curves resulting from triaxial test data, and stabilization of Young's modulus identify a particular confining pressure range about 150 MPa. The similarity of the confining pressure range stemming from the three types of observations suggests it is linked to a particular stage, the closure of planar cracks in the rock. However, the microstructural, mineralogical and porosimetrical observations show that the only planar cracks in Tumlin sandstones are the microcavities between the illite platelets filling the linear grain boundaries. It is proposed that these microcavities, and not planar cracks randomly distributed in the material, are the ones that close when the confining pressure of about 150 MPa is achieved. This has a significant influence on the innermost deformation mechanisms during strain hardening before rupture. Observation of the macroscopic shear zones shows that the confining pressure at the brittle-ductile transition is about 300 MPa. It is proposed that the stabilization of angle y between conjugate shear surfaces for increasing axial deformation can be considered a good indicator of the rock entering the fully ductile state within the range 350-400 MPa confining pressure. For confining pressures below 350 MPa, the increase of confining pressure increases the value of angle y at the onset of the conjugate shear surfaces. The influence ofaxial strain on the macroscopic features is particularly noticeable beyond 200-250 MPa. When axial strain is higher than 15-20%, the number of shear bands, and therefore the width of the fracture zone, increases. Beyond these values, stabilization of the elastic component of strain and continuous increase ofthe permanent component suggest continuous damage of the material.

Przedmiotem artykułu są wyniki obserwacji zmian zachodzących w skale, którą poddano testom klasycznego, trójosiowego ściskania oraz testom ściśliwości. Przedmiotem badań były próbki wycięte z dolnotriasowego piaskowca o średniej porowatości (10%) pochodzącego z kamieniołomu w miejscowości Tumlin w Górach Świętokrzyskich (zwanego dalej piaskowcem Tumlin). Eksperymenty trójosiowego ściskania wykonano dla ciśnień okólnych do 380 MPa osiągając maksymalne osiowe odkształcenie próbki do 20%. Tak testowane próbki były następnie poddawane badaniom mającym na celu określenie zmian mikrostrukturalnych, mineralogicznych i porozymetrycznych. Na podstawie analizy kształtu krzywych otrzymanych w wyniku testu ściśliwości (rys. 2), wyników testów trójosiowego ściskania (rys. 3 i 7) oraz zmian modułu Younga w zleżności od ciśnienia okólnego (rys. 6) wyodrębnino ciśnienie okólne równe 150 MPa jako pewne ciśnienie charakterystyczne dla badanej skały (po). Stwierdzono, że dla tego ciśnienia następuje w piaskowcu Tumlin zamknięcie spękań planarnych. Z kolei obserwacje mikrostrukturalne, mineralogiczne i porozymetryczne pokazują, że jedynymi spękaniami planarnymi obecnymi w tej skale są mikroszczeliny między płytkami ilitu wypełniającymi granice ziarn. Wydaje się, że jedynie te mikrospękania oraz pojedyncze pęknięcia o bardziej złożonym kształcie, losowo rozmieszczone w materiale, są pęknięciami mogącymi ulegać zamknięciu po osiągnięciu ciśnienia po. Ma to znaczący wpływ na podstawowy mechanizm deformacji podczas wzmocnienia odkształceniowego próbki, do którego dochodzi bezpośrednio przed pęknięciem. Makroskopowe obserwacje stref zniszczenia dowodzą, że dla piaskowca Tumlin ciśnienie przejścia między kruchym pękaniem a ciągliwym płynięciem (pt) kształtuje się na poziomie 300 MPa. Proponuje się, by uznać stabilizację kąta y, mierzonego między powstającymi podczas deformacji próbki sprzężonymi płaszczyznami zniszczenia, za wskaźnik wejścia próbki w zakres deformacji w pełni ciągliwych. Dla badanego piaskowca stan ten odpowiada ciśnieniom okólnym miedzy 350 a 400 MPa. Dla ciśnień okólnych niższych niż 350 MPa wzrost ciśnienia okólnego powoduje wzrost tego kąta. Wpływ odkształcenia osiowego na wygląd stref zniszczenia jest szczególnie zauważalny dla ciśnień okólnych między 200 a 250 MPa. Jeśli odkształcenie osiowe próbki jest większe niż 15-20% liczba płaszczyzn ścinania, a co za tym idzie szerokość strefy zniszczenia, rośnie. Po przekroczeniu tych wartości obserwujemy stabilizację sprężystej składowej odkształcenia i ciągły wzrost składowej trwałej co sugeruje ciągły wzrost stopnia zniszczenia badanego materiału (rys. 8).