Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Research on rock permeability and failure characteristics under different loading and unloading paths

Zhang Fengda

Acta Geophysica

|

2022

|

Vol. 70, no 3

1363--1371

EN

The mined-out stress recovery under the effect of overlying strata subsidence has an influence on the mining-induced stress field and the permeability of rock mass. The TAW-3000 electro-hydraulic servo rock triaxial testing machine is used to investigate the permeability, deformation and failure characteristics of rock under different unloading–reloading paths. The unloading and reloading stress states of the rock are, respectively, analyzed in the process of stable crack growth phase, unstable crack growth phase and post-peaking phase. The results show that the local weak surface is formed, and permeability of the rock sample has little impact during the loading–unloading process, when the rock sample is loaded to the stable crack growth phase. When the rock sample is loaded to peak strength, the rock sample presents an ‘octagonal’ failure. When the rock sample is loaded to the unstable crack growth phase, the non-transfixing crack is formed. The crack is applied by the effect of loading–unloading, which produces fine and uniform particles and generates a certain amount of argillaceous composition. The impermeability of rock sample is improved. When the rock sample is loaded to peak strength, the rock sample presents a ‘Y-form’ failure. When the rock sample is loaded to the post-peaking phase, the transfixing and incomplete recovery crack is formed. When the rock sample is loaded to peak strength, the rock sample presents a ‘ladder-form’ failure. The permeability resistance is further weakened. The permeability of rock sample at residual strength of three stages is: unstable crack growth phase.

2

Badania emisji akustycznej i odkształceń generowanych sorpcją i desorpcją gazów przez próbki skalne

Strzępowicz A., Ziętek J., Zych M., Hanus R.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 8

54--57

PL

W artykule przedstawiono stanowisko laboratoryjne do badania emisji akustycznej i odkształceń w próbkach geologicznych generowanych procesami sorpcyjnymi. Podano przykładowe wyniki badań sorpcji i desorpcji CO2 na próbkach węgla z kopalni „Budryk”. Prezentowane wyniki stanowią etap przygotowawczy do planowanych badań na różnego rodzaju łupkach, w tym gazonośnych.

EN

This paper presents the laboratory stand for investigation of acoustic emission and expansion/contraction of geological samples subjected to gas sorption – desorption processes. Exemplary results of sorption and desorption of CO2 on samples of coal from the mine "Budryk" are given. The presented results are preliminary stage to the planned research on various types of shale, including gas-bearing.

3

Volumetric strains of cement-based mortars caused by ice formation in terms of frost resistance diagnostics

Rusin Z., Świercz P.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2015

|

Vol. 63, nr 1

35--41

EN

The paper presents the volumetric strain test results of differently composed cement mortar samples during the phase transformation of water into ice, and juxtaposes the results with other relevant indicators, such as the water absorption and the degree of filling pores with water. It also presents the possibility of using these observations in terms of frost resistance diagnostics. The investigation covered non-airentrained mortars, which were also subjected to the vacuum treatment and vibration to reduce the air content. It was found experimentally that the volumetric strain of mortar samples soaked in water under vacuum at ΔV/V < 2‰ means the mortar of high frost resistance. ΔV/V > 4‰ indicates that the mortar requires air-entraining regardless of the microstructure and kind of cement.

4

Analiza porowatości i odkształceń objętościowych zamrażanych zapraw z cementów CEM I oraz CEM II/B-V

Rusin Z.

Cement Wapno Beton

|

2014

|

R. 18/80, nr 1

23--32

PL

Zbadano i porównano właściwości zapraw z dwóch cementów: CEM I 32,5 R i CEM II/B-V, z 33% dodatkiem krzemionkowego popiołu lotnego. Odkształcenia objętościowe (OW) podczas pierwszego cyklu zamrażania zależą od stosunku w/c tych zapraw. W przypadku w/c = 0,30 były one mniejsze od 6%, a wzrastały do 39% w przypadku próbek o w/c = 0,45, dla cementu CEM II/B-V. Powodowało to równocześnie zjawisko wzrostu wody zamarzającej w stosunku do niezamarzającej podczas trzech początkowych cykli (bez dostępu wody z zewnątrz), co jest związane ze zmianami mikrostruktury matryc cementowych. Żel cementowy ulega zagęszczeniu i powstają nowe wolne objętości. Porównanie cementu CEM I z cementem CEM II/B-V dostarczyło kilku ważnych informacji: z reguły stwierdzono większe wartości wskaźnika OW oraz niekorzystne zmiany mikrostruktury matrycy, spowodowane cyklicznym zamrażaniem i rozmrażaniem. Można stwierdzić, że odporność cementu CEM II/B-V na działanie mrozu jest gorsza niż cementu CEM I.

EN

The properties of the mortars of two Portland cements: CEM I 32.5 R and CEM II/B-V 32.5 R, with 33% of siliceous fly ash were experimentally determined and compared. The mortars volume deformability (VSE) during the first freezing cycle depends of the w/c ratio of these mortars. In the case of w/c = 0.30 it was lower than 6% and was increased to 39% for the samples with w/c = 0.45, in the case of mortar from CEM II/B-V. It caused simultaneously the phenomenon of the increase of freezable water content in relation to the non-freezable during three freeze cycles (without external water access), which is linked with cement matrices microstructure modification. Cement gel is compacted and some new free spaces are formed. The comparison of the ordinary Portland cement (CEM I) with cement containing 33% of siliceous fly ash (CEM II/B-V) provided some significant information: - as a rule, except for w/c = 0.30, higher values of the VSE index were found in the mortars containing fly ash, and also a generally higher susceptibility to unfavourable microstructure transformations, owing to cyclic freezing and thawing were observed. It can be stated that CEM II/B-V resistance to freezing and thawing cycles were less favourable as compared to the mortars of CEM I.

5

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.

6

Acoustic emission generated in systems: coal - carbon dioxide. And coal - methane

Majewska Z., Ziętek J.

Archives of Mining Sciences

|

1999

|

Vol. 44, nr 2

245-254

EN

Simultaneous measurements of acoustic emission (AE) and volumetric strain of coal samples subjected to gas sorption - desorption were made. Carbon dioxide and methane were used as sorbats. The sorption tests were carried out on high - rank coal obtained from Lower Silesia Basin. Testing facilities used in this study comprised of a pressure vessel and associated pressurization and monitoring systems. Before testing each coal sample was vacuum degassed. Particulare care was taken to mantain constant conditions during all experiments. Qualitatively different acoustic emission and deformation characteristics were obtained for coal - CO2 and coal - CH4 systems. An attempt has been made to clarify the differences observed in terms of the model of coal structure. This study demonstrates how the interactions between coal matrix and gas molecules can be inferred from remotely measured AE data.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad emisją akustyczną oraz odkształceniami objętościowymi generowanymi w układach: węgiel kamienny - dwutlenek węgla oraz węgiel kamienny - metan. Obserwacje emisji akustycznej węgla indukowanej sorpcją metanu stanowią pierwsze tego typu badania w Polsce, a przypuszczalnie i na świecie. Testy przeprowadzono na walcowych próbkach węgla antracytowego (4> = 22 mm, h = 44 mm) wyciętych z kęsów węglowych pobranych z pokładu 672, poziom -180, ściana 131 obszaru górniczego "Glinik", Z.G. "Chrobry II" (DZW). Układ pomiarowy, którego zasadniczymi elementami były: komora wysokociśnieniowa, system zaworów próżniowo-ciśnieniowych oraz cyfrowy miernik odkształceń, zapewniał ciągłą rejestrację emisji akustycznej i odkształceń próbek węgla poddanych wysokociśnieniowej sorpcji gazu. Wszystkie testy prowadzono w tych samych warunkach: temperatura 298 K, ciśnienie gazu 4 MPa oraz ta sama prędkość wpuszczania i wypuszczania gazu z komory ciśnieniowej. Każda próbka poddana została wstępnemu odgazowaniu w wysokiej próżni. Emisję akustyczną i odkształcenia próbek węgla podczas sorpcji gazu monitorowano przez 50 godzin, a w trakcie desorpcji przez 12 godzin. Wyniki przedstawiono w postaci czasowych rozkładów następujących parametrów: aktywności akustycznej, aktywności skumulowanej, średniej energii E/N oraz odkształceń objętościowych. Analiza danych pomiarowych wykazała zasadnicze różnice w charakterystykach sejsmo-akustycznych i deformacyjnych węgla poddanego sorpcji CO2 oraz sorpcji CH4. Podjęta została próba wyjaśnienia zaobserwowanych różnic na podstawie strukturalnego modelu węgla. Uzyskane wyniki wskazują, że zmiany emisji akustycznej węgla monitorowane podczas procesu sorpcji gazu odzwierciedlają różnice w oddziaływaniach substancji węglowej z molekułami sorbatu.