Zależność wartości współczynnika Biota od rodzaju medium porowego

• Autorzy: Dutka, B. , Lizak, Z. , Nowakowski, A. , Nurkowski, J. , Wierzbicki, M.

Warianty tytułu

EN

Interdependence between pore fluid type and Biot coefficient value

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł poświęcony jest badaniom laboratoryjnym pewnych stałych materiałowych służących do opisu zjawisk zachodzących w ośrodku porowatym. W szczególności przedmiotem badań były moduły sprężystości objętościowej skały (K) i jej szkieletu (KS), oraz tzw. współczynniki Biota będące funkcją modułów K i KS oraz porowatości skały (n). Do badań wykorzystano próbki skalne wycięte z dwóch skał: piaskowca i opoki. Dla wszystkich próbek wyznaczono w piknometrze gęstości pozorne i rzeczywiste a na ich podstawie wyliczono wartości porowatości. Następnie wykonano na nich badania kinetyki sorpcji dla dwóch gazów: fizykochemicznie obojętnego helu (He) i sorbującego ditlenku węgla (CO2). Eksperymenty ściśliwości wykonywano dla czterech płynów porowych: dwóch cieczy (wody i nafty) i dwóch gazów (azotu i dwutlenku węgla). Moduł K wyznaczano na podstawie eksperymentów, w których ciśnienie płynu porowego było równe ciśnieniu atmosferycznemu, a moduł KS na podstawie eksperymentu, w którym ciśnienie porowe było równe ciśnieniu okólnemu. Wszystkie testy ściśliwości były testami drenowanymi. Eksperymenty pokazały, że wartości modułów K i KS (a co za tym idzie wartości współczynników Biota) zależą w stosunkowo niewielkim stopniu od rodzaju płynu wypełniającego przestrzeń porową skały. Wydaje się, że czynnikiem decydującym o tych wartościach jest stopień wypełnienia płynem przestrzeni porowej skały i możliwości filtracji płynu w tej przestrzeni. Eksperymenty pokazały, że współczynniki Biota można wyznaczyć poprawnie jedynie wtedy, gdy cała przestrzeń porowa jest wypełniona płynem i płyn ten ma swobodę filtracji w obrębie próbki.

EN

In the Biot’s porous medium theory some material constants are used for description the phenomena that take place in a fluid saturated porous medium. In particular rock porosity (n) and bulk moduli of an intact rock (K) and of a rock matrix (KS) are important in this case. The, so called, Biot coefficients are calculated from the constants n, K and KS. The bulk moduli are determined by means of the compressibility test. The cylindrical rock specimens cut of a sandstone an gaize were used for researches. At first they were tested in pycnometer to determine their bulk and helium densities that allowed to calculate their porosities. Then some sorption kinetics measurements were carried out for two gases: inert – helium and non-inert – carbon dioxide.

Słowa kluczowe

PL

moduł sprężystości objętościowej skały; moduł sprężystości objętościowej szkieletu skały; porowatość; współczynnik Biota; test ściśliwości; płyn porowy

• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 10, no. 1-4
• Strony: 3--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Dutka, B.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Lizak, Z.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Nowakowski, A.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Nurkowski, J.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

autor

Wierzbicki, M.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

Bibliografia

• Biot M.A., 1941: General theory of three dimensional consolidation. J. Appl. Phys. 12: 155-168.
• Detournay E., Cheng A.H.-D., 1993: Fundamentals of Poroelasticity. In: „Comprehensive Rock Engineering: Principles, Practice & Projects”, Vol. II, C. Fairhurst (ed.), Pergamon Press, 113-171.
• Fabre D., Gustkiewicz J., 1998: Influence of rock porosity on the Biot’s coefficient. In: “Poromechanics – A Tribute to Maurice A. Biot”, Proc. of the Biot Conf. on Poromech., Louvain-la-Neuve (Belgium), 14-16 Sept. 1998, Thismus et al. (eds.), Balkema, Rotterdam.
• Fillunger P., 1913: Der Auftrieb in Talsperren. Österr. Wochenschrift für den öffentlichen Baudienst. Vol. 19, pp. 532-556; 567-570.
• Fillunger P., 1914: Neuere Grundlagen für die statische Berechnung von Talsperren. Zeitschrift des Österr. Ing.- und Arch.- Vereines, Vol. 23, pp. 441-447.
• Fillunger P., 1915: Versuche über die Zugfestigkeit bei allseitigem Wasserdruck. Österr. Wochenschrift für den öffentlichen Baudienst. Vol. 29, pp. 443-448.
• Gustkiewicz J., 1989: Objętościowe deformacje skały i jej porów. Arch. Min. Sci., Vol. 34, Issue 3, 593-609.
• Lade P.V., Boer de, R., 1997:The concept of effective stress for soil, concrete and rock. Géotechnique, Vol. 47, No. 1, pp. 71-67.
• Nur A., Byerlee J.D., 1971: An Exact Effective Stress Law for Elastic Deformation of Rock with Fluids. J. Geophys. Res., Vol. 76, No. 26, pp. 6414-6419.
• Paterson M.S., Wong T.-f., 2005: Experimental Rock Deformation – The Brittle Field. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 347 p.
• Rice J.R., Cleary M.P., 1976: Some basic stress diffusion solutions for fluid-saturated elastic porous media with compressible constituents. Reviews of Geophysics and Space Physics. 14(4): 227-241.
• Roegiers J.-C., Cui L., Bai M., 1978: Poroelasticity applications. In: Mechanics of Jointed and Faulted Rock. Proc. of the MJFR-3 Int. Conf., Vienna, 6-9 April 1998. Hans-Peter Rossmanith (ed.), Balkema, Rotterdam, 39-46.
• Skempton A. W., 1962: Effective stress in soil, concrete and rocks. In: Symposium on pore pressure and suction in soils, Proc. Conf. British Nat. Soc. Found. Eng. ICE, London, March 30-31, Butterworth, pp. 4-16.
• Terzaghi von, K., 1923: Die Berechnung der Durchlässigkeitsziffer des Tones aus dem Verlauf der Spannungs-erscheinungen. Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien Math.-Naturwiss. Kl., Abt. 2A, 132, 105.
• Vutukuri V.S., Katsuyama K., 1994: Introduction to Rock Mechanics, Industrial Publishing & Consulting, Inc. Tokyo.
• Zienkiewicz O.C., Shiomi, T., 1984: Dynamic behaviour of saturated porous media; the generalized Biot formulation and its numerical solution. Int. J. Num. Anal. Meth. Geomech. 8: 71-96.
• Żółcińska J., 1990: Badania struktury porowatej węgli kamiennych i piaskowców metodami sorpcyjnymi. W: Górotwór jako Ośrodek Wielofazowy, Wydawnictwo AGH pod red. J. Litwiniszyna, Tom II, str. 379-398.