Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Innowacyjne metody monitoringu jako przyszłość zintegrowanych analiz środowiskowych w racjonalnym gospodarowaniu zasobami wodnymi

Łaszczyca P., Augustyniak M., Pasierbiński A., Małkowski E., Kwaśniewski M., Woźnica A., Migula P.

Gospodarka Wodna

|

2014

|

Nr 8

292--295

PL

Narastająca lawinowo wiedza o zanieczyszczeniach środowiska wodnego oraz postęp w metodach analiz środowiskowych powodują konieczność wdrażania nowych metod monitoringu biologicznych elementów jakości wody. Metody takie (standaryzowane biotesty ekotoksykologiczne, analiza wielospektralnych obrazowań satelitarnych szaty roślinnej, analiza bioróżnorodności mikroorganizmów wodnych technikami metagenomicznymi i poprzez chromatograficzne profilowanie składu bakteryjnych fosfolipidowych kwasów tłuszczowych) wdrożono w monitoring badawczy i operacyjny prowadzony w latach 2010-2013 w zbiorniku goczałkowickim w ramach Projektu ZiZOZap. Uzyskane wyniki dokumentują poznawczą i praktyczną wartość wdrożonych metod do oceny jakości wód i tworzenia podstaw do podejmowania decyzji w zarządzaniu zbiornikami zaporowymi.

EN

The quickly growing knowledge of the water environment pollutions and progress in environmental analysis methods bring about the necessity to implement new methods of the water quality biological elements monitoring. Such methods (standardised eco-toxicological biotests, analysis of multispectral vegetation satellite mapping, analysis of biodiversity of water microorganism with metagenomic techniques and through chromatographic profiling of the bacterial phospholipid-derived fat acids) were included into research and operational monitoring carried out in the years 2010-2013 in the Goczałkowice reservoir as part of the ZiZOZap Project. The obtained results document the congnitive and practical value of the implemented methods in water quality assessment and as a basis for decision-making as part of dammed reservoirs management.

2

Identyfikacja stanu zdatności usług sieci bezprzewodowych

Laskowski D., Łubkowski P., Kwaśniewski M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2013

|

R. 89, nr 9

128-132

PL

Rozwój technologii bezprzewodowych, a w konsekwencji usług oferowanych przez te technologie umożliwia wykorzystanie ich w wielu sektorach gospodarczych, niekiedy bardzo zróżnicowanych. Powstaje, więc pytanie jak określić wymagania eksploatacyjne dla każdego z tak odmiennych środowisk, w którym będą wykorzystywane oraz jak uchronić przesyłane dane przed ich utratą? Celem niniejszego opracowania jest określenie stanu zdatności usług oferowanych przez technologie bezprzewodowe w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa utraty informacji.

EN

The development of wireless technologies and, consequently, the services offered by these technologies can use them in many sectors of the economy, sometimes very different. The question is how to determine the performance requirements for each of such different environments in which they will be used and how to protect against loss the transmitted data? The aim of this study is to determine the airworthiness status of the services offered by wireless technologies in order to reduce the probability of loss of information.

3

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).

4

Zastosowanie biotestów i biomarkerów molekularnych w ocenie stanu zbiornika zaporowego i przewidywaniu skutków dla jakości wody

Woźnica A., Łaszczyca P., Kwaśniewski M., Augustyniak M., Migula P., Siudy A., Szlęk Z.

Instal

|

2011

|

nr 9

74-78

PL

Zastosowanie nowoczesnych ekobiotestów i wykorzystanie rekomendowanych biomarkerów stresu środowiskowego stanowi istotne uzupełnienie dotychczasowych metod monitoringu jakości wód. Wdrożenie metodyki jest jednym z warunków wypełnienia wymogów Ramowej Dyrektywy Wodnej w odniesieniu do podniesienia jakości wód i stanu środowiska zbiorników i cieków wodnych. Do szczególnie istotnych metod analitycznych zaliczyć należy w przypadku bioindykatorów zwierzęcych: test kometowy genotoksyczności, analizy zawartości białek odpowiedzi stresowej (HSP i Mt), aktywności wybranych enzymów obronnych oraz wskaźniki potencjału energetycznego komórek. Istotne są także standaryzowane biotesty komercyjne. Nowatorskim rozwiązaniem jest wdrożenie analiz profilu kwasów tłuszczowych i analiz metagenomicznych wykonywanych bezpośrednio na materiale izolowanym z badanego środowiska, a pozwalające na określenie składu gatunkowego zbiorowisk bakteryjnych i scharakteryzowanie ich metabolizmu w zbiorniku wodnym.

EN

The use of novel biotests and application of biomarkers recommended in environmental risk assessment have been recognized as significant addition of recently used monitoring of water quality. Implementation of such techniques is one of compulsory conditions of the EU Water Frame Directive in relation to expected better water quality and environmental state of reservoirs and rivers. In relation to sentinel animal species especially important seems to be comet assay expressing genotoxicity, analysis of stress proteins (HSPs, Mt), activity of selected detoxifying enzymes or indices of cellular energetic stage. Implementation of commercial ecobiotests was also recognized as the important tools. Our innovative proposals have been also implemented methods of PLFA and metagenomics assayed on materials directly taken from the natural environment, supporting qualitative and quantitative determination of the microbial communities and characteristics of their metabolism in a water reservoir.

5

Odkształceniowy warunek stanu granicznego skał

Kwaśniewski M.

Przegląd Górniczy

|

2010

|

T. 66, nr 12

72-79

PL

Wyniki badań eksperymentalnych nad zachowaniem się próbek pewnego drobnoziarnistego piaskowca z górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym w warunkach jednoosiowego ściskania, konwencjonalnego trójosiowego ściskania i prawdziwego trójosiowego ściskania posłużyły do zweryfikowania dwóch różnych hipotez wytężeniowych: hipotezy krytycznego wydłużenia jednostkowego oraz hipotezy, że oktaedryczne odkształcenie postaciowe na granicy wytrzymałości jest pewną funkcją rosnącą odkształcenia średniego. Żadna z tych hipotez ni znalazła potwierdzenia w wynikach doświadczeń. Stwierdzono natomiast, że odpowiadające granicy wytrzymałości oktaedryczne odkształcenie postaciowe jest liniową funkcją rosnącą największego odkształcenia głównego (największego skrócenia jednostkowego). Funkcja ta okazała się niemal idealnie aproksymować dane empiryczne ([epsilon]1, [gamma]oct)F. Nowy odkształceniowy warunek stanu granicznego skał zaleca się stosować do oceny wytężenia górotworu w przypadkach, gdy prowadzone są pomiary deformacji górotworu lub gdy wartości odkształceń można ocenić metodami empirycznymi lub półempirycznymi.

EN

Results of experimental research on the samples of siltstone from rock mass in Upper Silesian Coal Basin under conditions of axial compression, conventional tri-axial compression and the real tri-axial compression served to verify two different hypotheses: (1) hypothesis of critical unitary elongation as well as (2) hypothesis, that octahedral non-dilatational state on the strength limit is an increasing function of the average deformation. Neither of these hypotheses was proved in experiments results. It has been stated however, that corresponding strength limit octahedral non-dilatational state is the linear increasing function of maximal main deformation (maximal unitary shortening). This function almost ideally approximated empirical data ([delta]1, [gamma]oct)F. The new deformation condition of rocks limiting state is recommended to be used for evaluation rocks effort in the cases when surveying of rock mass is made or when the deformation values can be evaluated by the empirical or semi-empirical methods.

6

ZPORRe bunkry [Wielkopolskie Centrum Onkologii]

Kwaśniewski M.

Builder

|

2009

|

R.13, nr 5

74--75

7

Wytrzymałość skały w warunkach trójosiowego ściskania

Kwaśniewski M.

Zeszyty Naukowe. Budownictwo / Politechnika Śląska

|

2007

|

z. 111

255-266

PL

W artykule przedstawione są wyniki najnowszych badań nad wytrzymałością skał w warunkach osiowo symetrycznego i asymetrycznego (prawdziwie trójosiowego) stanu naprężeń ściskających. Na próbkach pewnego piaskowca zbadano wpływ nie tylko ciśnienia okólnego, ale i - oddzielnie - najmniejszego i pośredniego naprężenia głównego na wytrzymałość skały. Dane empiryczne aproksymowano uogólnionym przez Mogiego warunkiem stanu granicznego Hubera-Misesa-Hencky'ego. Zgodnie z tym warunkiem graniczne styczne naprężenie oktaedryczne (F τ oct) jest funkcją rosnącą średniego naprężenia głównego (σ m,2), gdzie σ m,2=( σ + σ 3)/2.

EN

Results of recent experimental studies on the strength of rocks under axisymmetric and asymmetric (true triaxial) state of compressive stresses are presented in the paper. Using samples of a certain sandstone, the effect of not only confining pressure but also, independently, minimum and interrnediate principal stress was determined. Empirical data were approximated using the Huber-Mises-Hencky failure criterion generalised by Mogi for brittle rocks. According to this criterion, the limiting octahedral shear stress (F τ oct) is a monotonically increasing function of a mean normal stress (σ m,2), where σ m,2=( σ + σ 3)/2.

8

Analiza numeryczna migracji metanu z warstw spągowych do wyrobiska ścianowego

Kwaśniewski M., Lasek S.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2007

|

R. 31, z. 3/1

307-322

PL

Posługując się komputerowym kodem metody elementów odrębnych UDEC, zbudowano płaski (dwuwymiarowy) numeryczny model dużego (1000 x 200 m) wycinka górotworu w sąsiedztwie pokładu 349 w polu ścianowym 802 w partii B w KWK "Murcki". Eksploatację tego pokładu systemem ścianowym z zawałem warstw stropowych symulowano w modelu na odcinku długości 450 m. Stwierdzono, że w warunkach silnie deformujących się, rozwarstwiających, pękających i dzielących na bloki warstw spągowych możliwa jest migracja metanu z pokładów węgla zalegających poniżej eksploatowanego pokładu. Pokazano, że strefa szczelin w cienkich i zbudowanych ze skał o niewysokiej wytrzymałości warstw zalegających poniżej pokładu 349 powstaje szybciej niż strefa zawału stropu sięgając na głębokość ok. 30 m poniżej pokładu. Warstwy spągowe ulegają przy tym silnemu wypiętrzaniu w strefie zrobów; już we wczesnych stadiach eksploatacji przemieszczenie to sięgnęło wartości przekraczających 1,5 m. Przy założeniu, że warstwy metanonośne zalegają 15,6 m poniżej pokładu 349 i obejmują pokład 350 oraz pokłady węgla i warstwy skalne niżej leżące i ciśnienie złożowe metanu wynosi 2 MPa, zbadano właściwości procesu przepływu metanu (kierunek, ciśnienie, ilość, prędkość) przez szczeliny powstające w pękających pod wpływem eksploatacji pokładu 349 warstwach spągowych.

EN

A two-dimensional numerical model of a large (1000 x 200 m) part of the rock masses in the vicinity of coal seam 349 in longwall panel 802 in region B in the Murcki colliery was built using the distinct element code UDEC. Longwall mining of this seam with roof caving was simulated in the model over a length of 450 m. It was found that migration of methane from coal seams lying beneath the mined seam is possible under conditions where the floor strata deform to a great extent, undergo separation, fracture and break into blocks. It was revealed that the fractured zone in thin floor layers built of weak rocks develops more rapidly than the caving zone over the mined-out area and reaches a depth of about 30 m below the seam. The floor strata undergo an intense heave towards the mined-out area. Even at the early stages of mining, the upward movement of the strata exceeded 1.5 m. Under the assumption that (i) methane-bearing strata occur 15.6 m below seam 349 and include seam 350 and the strata lying beneath, and (ii) the methane reservoir pressure is equal to 2 MPa, the direction, pressure, quantity and velocity of the methane flow through cracks developing in the floor strata under the area of seam 349 being mined were investigated.

9

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.

10

Sur le comportement dilatant d'un gres dans les conditions de compression triaxiale vraie

Kwaśniewski M., Takahashi M., Li X.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2005

|

Vol. 27, nr 1-2

117-124

FR

Il résulte des essais triaxiaux que la pression de confinement inhibe fortement le processus de dilatance dans les grès à grain moyen testé dans les conditions de compression triaxiale conventionnelle. Le phénomène de dilatance était également limité de façon significative par la contrainte principale intermédiaire. Alors que l’importante déformation dilatante correspondait à la contrainte différentielle ultime avec les faibles contraintes principales intermédiaires, dans les conditions de fortes contraintes intermédiaires, le matériau rocheux subissait l’endommagement de façon beaucoup moins importante.

11

Próba identyfikacji dynamicznego oddziaływania górotworu na obudowy zmechanizowane metodami elementów odrębnych i skończonych

Kwaśniewski M., Winkler T., Szyguła M., Tokarczyk J.

Maszyny Górnicze

|

2004

|

R. 22, nr 4

56-61

PL

W artykule przedstawiono sposób modelowania dynamicznego oddziaływania górotworu na struktury wsporcze z zastosowaniem metody elementów odrębnych i metody elementów skończonych. Metodę elementów odrębnych wykorzystano do zbudowania numerycznego modelu górotworu o budowie warstwowo-blokowej. W modelu tym symulowano eksploatację pokładu węgla z zawałem warstw stropowych oraz wywołano wstrząs górotworu. Uzyskane wyniki obliczeń (rozkład prędkości drgań stropu) wykorzystano, posługując się metodą elementów skończonych, do obciążenia dynamicznego stropnicy obudowy zmechanizowanej.

EN

In this paper we have presented a way of dynamic modelling of rock mass impact on supporting structures with the use of finite different and finite element methods. The finite difference method has been used to construct a numerical, laminar-block rock mass model. In this model we have simulated coal seam mining with caving in roof layers and a rock mass tremor. The results of computations (the distribution of roof vibration velocity) have been used, using finite element method, to dynamically load the canopy of powered roof support.

12

Zachowanie się skał izo-- i anizotropowych w warunkach trójosiowego ściskania

Kwaśniewski M.

Zeszyty Naukowe. Górnictwo / Politechnika Śląska

|

2002

|

z. 247

1-407

PL

W rozprawie tej rozważane są fundamentalne dla mechaniki skał zagadnienia zachowania się skał w złożonych stanach naprężenia, a w szczególności wytrzymałość graniczna i kruche zniszczenie skał izotropowych w warunkach osiowo-symetrycznego stanu naprężeń ściskających (Sigma 1> Sigma 2=Sigma 3), efekt przejścia skał ze stanu kruchego w stan ciągliwy w warunkach wysokich ciśnień oraz zachowanie się skał izo- i anizotropowych w warunkach tzw. Ogólnego (asymetrycznego) trójosiowego stanu naprężenia (Sigma1 nie jest równy Sigma2 nie jest równy Sigma 3). W rozprawie można wyróżnić cztery zasadnicze części. W pierwszej dokonano uogólnienia obecnego stanu wiedzy o własnościach wytrzymałościowych skał w warunkach trójosiowego osiowo-symetrycznego stanu naprężeń ściskających, o teoriach objaśniających przyczyny zniszczenia materiału w złożonym stanie naprężenia i wywodzących się z tych teorii warunkach wytrzymałościowych. W części drugiej autor przedstawił własną teorię kruchego zniszczenia skał o budowie ziarnistej. W oparciu o tę teorię wprowadził nowy ogólny warunek wytrzymałościowy dla skal i poddał go gruntownej analizie jakościowej i ilościowej korzystając z bardzo licznych wyników badań eksperymentalnych nad wytrzymałością graniczną piaskowców w warunkach tzw. konwencjonalnego trójosiowego ściskania. W trzeciej części przedstawione zostały wyniki badań eksperymentalnych nad własnościami odkształceniowymi i wytrzymałościowymi pewnego łupku metamorficznego - anizotropowej skały o wyraźnej gęstej foliacji - w warunkach tzw. Prawdziwego trójosiowego ściskania. Czwarta część rozprawy poświęcona jest zjawisku przejścia w skałach, w warunkach wysokich ciśnień, ze stanu kruchego w stan ciągliwy. Korzystając z licznych wyników badań eksperymentalnych nad charakterem odkształcania się i zniszczenia wielu różnych mineralogicznych i petrograficznych odmian piaskowców w warunkach wysokich ciśnień, sformułowano warunki przejścia dla tych właśnie skał; są to równania, które wyrażają zależność pomiędzy granicznym naprężeniem różnicowym a ciśnieniem okólnym przy przejściu. Podano również formuły empiryczne opisujące zależność ciśnienia przejścia w piaskowcach od ich wytrzymałości granicznej na jednoosiowe ściskanie i od porowatości.

EN

This work deals with two problems taht are central to engineering and geological rock mechanics. These are: the brittle behavior of rocks, and the ability of rock to undergo large plastic deformations without gross-fracturing. Presented here are the results of studies carried out by the author on the ultimate strength and mode of deformation and failure of iso- and anisotropic rocks under axisymmetric (Sigma 1> Sigma2 = Sigma3) and true triaxial (Sigma1>Sigma2>Sigma3) state of compressive stresses. The objectives of these studies were as follows: - to determine and describe, by means of a suitable theory and strength criterion, the influence of confining pressure on ultimate strength of iso- and anisotropic rock, - to determine the influence of intermediate principal stress on the strength and deformational properties of anisotropic rocks, - to determine the influence of confining pressure on mode of deformation and failure of medium-grained clastic rocks (sandstones) and to formulate a low of transition of these rocks from brittle to duclite state. In Chapter 3, strength criteria have been carefully examined and quantitatively verified, particulary those which seem to be applicable to isotropic rocks. In Chapter 4, 6, and 7, a new theory of brittle failure of clastic rocks has been set forth. On the basis of this theory a new general strength criterion has been given. It was verified quantitatively using results of conventional triaxial compression tests of samples of several dozen various sandstones. Experimental studies of the mechanical behavior of iso- and anisotropic rocks under triaxial compression conditions, the results of which have been presented in this work, were carried out by the author during the last twenty-five years in his Rock Mechanics Laboratory at the Faculty of Mining and Geology of the Silesian University of Technology, in Prof. Kiyoo Mogi's laboratory at the Earthquake Research Institute of the University of Tokyo and in Dr Manabu Takahashi's laboratory at the Geological Survey of Japan.