Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

Nowa wersja platformy, zawierająca wyłącznie zasoby pełnotekstowe, jest już dostępna.
Przejdź na https://bibliotekanauki.pl

Ograniczanie wyników

2 Archives of Mining Sciences

2 2003

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: zależności funkcyjne

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Investigations of rocks under triaxial compression at confining pressure from 0 to 70 MPa

100%

Krzysztoń D. , Sanetra U.

tom Vol. 48, nr 2

231-253

The results of triaxial compression of rock sampIes in a stiff testing machine using a 70 MPa pressure chamber are presented. Experiments were carried out at the constant rate of longitudinal strain of a sampIe (10-5. s-1) and at a constant confining pressure of O, 5, 10, 15, 20, 30, 50, 70 MPa. The sampIes of fine-grained sandstone, siltstone and coal, at atotal of 151 sampIes, were tested. For cach rock type 3 to 5 experiments were conducted at given confining pressure. The following rock properties: critical stress; critical strain, residual stress, residual strain and the modulus of softening were determined at different values of the confining pressure. The average values of thc determined magnitudes are listed in Table 1 and presented in the form of functional dependences in the graphs (Fig. 2 to 6). The angle of internal friction and cohesion were defined by three methods: the method of tangents to Mohr's circles, the method and the method of two tangents to the parabolic envelope of Mohr's circles. The obtained results are listed in Table 2. On the basis of the equation of Mohr's circles parabo!ic envelope, the angle of internal friction, being a function of normal stress, was determined for a compact rock in the pre-critical state and for a fractured rock in the post-critical state. The results of triaxial tests were applied for determining the rock maximum strength according to the Hoek-Brown criterion. The obtained envelopes of maximum strength were compared with the envelopes of Mohr's circles. Then the parameters occurring in Hoek-Brown's criterion (m, s) and the corresponding magnitudes resulting from Mohr's circles envelope (ep, c) were compared. In the conclusions, attention was paid to the increase in the modulus of softening in the low range values of confining pressure (O to 10MPa), and then to the decrease of this modulus with the increase of confining pressure in the range from 10 to 70 MPa. Attention should also be paid to the determination of the angle of internal friction and cohesion by the proposed method of tangents to the parabolic envelope of Mohr's circles (Sanetra 2002). According to this method, the angle of internal friction and cohesion can be determined in the whole range of normal stress, both for compact and fractured rocks.

Przedstawiono wyniki badań trójosiowego ściskania próbek skalnych w sztywnej maszynie wytrzymałościowej przy zastosowaniu komory ciśnieniowej 70 MPa (rys. I ). Eksperyment prowadzono ze stałą prędkością odkształcenia podłużnego próbki wynoszącą 10sup><-5> . ssup<-I>. Stosowano 8 poziomów ciśnienia okólnego: O, 5, 10, 15, 20, 30, 50, 70 MPa. Badano próbki piaskowca drobnoziarnistego, iłowca i węgla o łącznej liczbie 151. Dla każdego rodzaju skały przeprowadzono 3-5 eksperymentów dla zadanego ciśnienia okólnego. Wyniki eksperymentalne uzyskiwano w postaci całkowitej charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowej , z ezęścią wznoszącą i opadającą, na podstawie której określano następujące właściwości skał: naprężenie maksymalne zwane naprężeniem krytycznym, odkształcenie krytyczne odpowiadające naprężeniu krytycznemu, moduł odkształcenia podłużnego określany na podstawie stycznej do wznoszącej (przedkrytycznej) części charakterystyki, naprŤżenie resztkowe przedstawiające minimalną wartość naprężenia w części opadającej (pokrytycznej) charakterystyki, odkształcenie resztkowe odpowiadające naprężeniu resztkowemu, moduł osłabienia określony na podstawie nachylenia stycznej do pokrytycznej części charakterystyki, wyznaczony jako tangens kąta ostrego pomiędzy styczną a osią odkształcenia. Średnic wartości określonych wielkości dla stosowanego ciśnienia okólnego zestawiono w tablicy I i przedstawiono w postaci zależności funkcyjnych na wykresach (rys. 2-6). Wyznaczono kąt tarcia wewnętrznego i spójność trzema metodami: metodą graficzną w układzie współrzędnych, metodą punktową, oraz metodą dwóch stycznych do parabolicznej obwiedni kół Mohra. Uzyskane wyniki zestawiono w tablicy 2. Mając określone równanie parabolicznej obwiedni kół Mohra wyznaczono kąt tarcia wewnętrznego jako funkcję naprężenia normalnego, zarówno dla skały zwięzłej w stanie przedkrytycznym, jak również dla skały spękanej występującej w stanie pokrytycznym (rys. 7a, b, c). Wyniki trójosiowych badań zastosowano do wyznaczenia wytrzymałości skał zwięzłych według kryterium Hoeka-Browna. Uzyskane obwiednie maksymalnej wytrzymałości (rys. 8a, b,e, d) porównano z obwiedniami kół Mohra (Sanetra, Szedel 2000; Sanetra 2002). Przeprowadzono analizę parametrów występujących w kryterium Hoeka-Browna: m, s i odpowiadających wielkości wynikających z obwiedni kół Mohra (tabl. 4). Na podstawie uzyskanych wyników sformułowano wnioski, które na ogół są zgodne z wynikami wcześniejszych badań (Kwaśniewski 1983, 1986; Tajduś 1990; Sanetra 1994a, b; Krzysztoń i in.1998): Wzrost ciśnienia okólnego powoduje wzrost naprężenia krytycznego, dkształcenia krytycznego, naprężenia resztkowego, odkształcenia resztkowego oraz na ogół zmniejszanie się modułu osłabienia. Ilościowa zmiana poszczególnych wielkości zależy od rodzaju skały i zakresu stosowanego ciśnienia okólnego. Na uwagę zasługuje znacznie większy wzrost naprężenia resztkowego niż naprężenia krytycznego wraz ze wzrostem ciśnienia okólnego. W zakresie niskich wartości ciśnienia okólnego (5-10 MPa) występuje wzrost modułu osłabienia poprzedzający ogólną tendencję dalszego zmniejszania się modułu. Wzrost modułu osłabienia (odkształcenia) w zakresie niskich wartości ciśnienia okólnego (5-10 MPa) względem wartości uzyskanej w jednoosiowym stanie naprężenia można uzasadniać "pamięcią" materiału skalnego o wzmocnieniu odkształcenia występującego w przedkrytycznej części charakterystyki.Kąt tarcia wewnętrznego zależy od rodzaju skały i zmniejsza się wraz ze wzrostem naprężenia normalnego. Kąt tarcia wewnętrznego skały spękanej jest nieznacznie mniejszy niż skały zwięzłej, natomiast spójność skały spękanej jest wielokrotnie mniejsza niż skały zwięzłej. Bezwymiarowe stałe m i s występujące w kryterium Hoeka-Browna są w przybliżeniu analogiczne odpowiednio do kąta tarcia wewnętrznego i spójności określanych w kryterium zniszczenia Coulomba-Mohra. Stała materiałowa m oraz kąt tarcia wewnętrznego dla skał o strukturze zwięzłej przyjmują znacznie wyższe wartości dla skał mocnych (piaskowiec drobnoziarnisty) niż dla skał słabych (iłowiec, węgiel). Stała materiałowa m dla skał o strukturze zniszczonej (spękanej) przyjmuje zbliżone do siebie wartości zarówno dla skał mocnych, jak i słabych. Spójność c oraz stała materiałowa s skał spękanych znacznie spada w stosunku do tych wartości dla skał zwięzłych (Hoek, Brown 1980; Kidybiński 1982). Analiza ilościowych zmian własności skał pod wpływem ciśnienia okólnego, wzrastającego w zakresie 0-70 MPa, pozwala na wyciągnięcie następujących ogólnych wniosków: spękane struktury skalne mogą spełniać warunek nośności dla określonych wartości ciśnienia okólnego i kąta tarcia wewnętrznego (Krzysztoń 2000); pokrytyczne właściwości skał zależą nie tylko od typu skały (piaskowiec, iłowiec, węgiel) ale również od struktury skały (piaskowiec nr 1 i nr 3); znajomość wartości kąta tarcia wewnętrznego i kohezji dla węgla i skał płonnych może mieć zastosowanie w określaniu wytrzymałości filarów węglowych przy uwzględnieniu warunków kontaktowych w układzie: strop-filar-spąg (Krzysztoń 2002); wzrost modułu osłabienia w zakresie niskich ciśnień okólnych, przejawiający "pamięć" materiału skalnego, świadczy o konieczności uwzględnienia efektów lepkich w konstytutywnym modelu pokrytycznej części charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowej (Nawrocki, Mróz 1992).

Własności pokrytyczne skał karbońskich Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w warunkach zmiennych prędkości odkształcenia i ciśnień okólnych

80%

Bukowska M.

tom Vol. 48, nr 4

561-575

Określono wpływ prędkości odkształcenia w zakresie 10-5 -10-1s-1 i ciśnień okólnych w zakresie 0-50 MPa na niektóre własności geomechaniczne skał, takie jak naprężenie krytyczne [sigma]kr, naprężenie resztkowe [sigma]r i moduł osłabienia M. Badania prowadzono w maszynie wytrzymałościowej MTS-810 NEW, przy wymuszeniu kinematycznym, za pomocą prędkości odkształcenia podłużnego, w zakresie 10-5 -10-1s-1. Badano skały karbońskie: piaskowiec drobnoziarnisty, iłowiec i węgiel półbłyszczący. Ogółem przebadano 162 próbki o średnicy 30 mm i wysokości 60 mm. Dla określenia wpływu prędkości odkształcenia i ciśnienia okólnego na parametry pokrytyczne zastosowano analizę statystyczną przy. uwzględnieniu populacji próbek dla określonego typu skały. Określono zależności danego parametru jako funkcję prędkości odkształcenia i logarytmu prędkości odkształcenia oraz jako funkcję ciśnienia okólnego. Zależności te wraz ze współczynnikami korelacji przedstawiono na rysunkach 1-7.

The influences of the strain rate ranging from 10-5 -10-1s-1 and of the confining pressure ranging from 0 to 50 MPa on certain geomechanical properties of rocks such as critical stress, [sigma]cr residual stress, [sigma]r, and the moduls of softening M, have been determined. The tests were carried out using the MTS-810 NEW testing machine with a kinematic control by means of longitudinal strain rates of 10-5 -10-1s-1. Confining pressures in the range of 10-50 MPa vcre applied. The following Carboniferous rocks have been tested: - fine-grained sandstone - 72 specimens; - siltstone - 39 specimens; - semi-bright coal - 51 specimens. A total of 162 rock specimens were tested. To determine the effects of the strain rate and confining pressure on the post-critical parameters, a statistical analysis allowing for the sample population of a particular rock type has been performed. Relations between a given parameter and the following factors: - strain rate or logarithm of the strain rate, - confining pressure were determined. These relations and their correlation coefficients are shown in Fig. 1-7. The following arc the conclusions from the analysis of the results of a study performed to investigate the influence of the strain rate and confining pressure on the post-critical parameters: - The magnitude of critical stress as a function of the strain rate for sandstone, siltstone and coal increases in accordance with the power function for all the confining pressures used. Relations between the critical stress and the logarithm of the strain rate for different values of confining pressure are of the rectilinear shape with very high values of correlation coefficient. - The values of residual stress for the confining pressure of p = 0 MPa are low, which is typical of the uniaxial compression, and decrease with the increase in strain rate. However, the residual stress for the values of confining pressure ranging from 10 to 50 MPa increases with the increase in strain rate. The relation between residual stress and confining pressure in the range of 0-50 MPa at strain rates of 10-5 -10-1s-1, can best be defined by the power function having the correlation coefficients indicating very high values of correlation at confining pressures ranging from 0 to 10 MPa for siltstone and coal and from 0 to 20 MPa for sandstone. For the higher values of confining pressure (in excess of 20 MPa), lower values of the correlation coefficient can be distinguished. The relations between the strain rate for different values of confining pressure have been described by the linear functions. - There is a relationship between the critical stress and the confining pressure and between the residual stress and the confining pressure. The relation [sigma]cr = f(p), [sigma]r = f(p) for sandstone, siltstone and coal can best be defined by a linear function. - The investigation of the influence of strain rates of 10-5 -10-1s-1 on the values of modulus of softening M for Carboniferous rocks have not indicated any regular variation of modulus of softening M with strain rate. However, the relation between the modulus of softening and the confining pressure is clear, i.e. the modulus of softening decreases with the increase in confining pressure for sandstone and coal according to the polynomial of the second degree or the exponential function. At the same time, a greater scatter of the values of modulus of softening M for coal relative to strain rates for the lower values of confining pressure can be observed. For the higher values of confining pressure in the range of 20-50 MPa, the differences between values of modulus of softening M for the corresponding strain rates decrease. For siltstone, no relation between modulus of softening M and confining pressure p in the range of 0-50 MPa, at strain rates of 10-4 -10-1s-1, has been found. The extensive studies performed to investigate the influence of the strain rate and confining pressure on the values of modulus of softening for the Carboniferous rocks have confirmed the validity of the test results presented in papers by Bukowska (1996, 2000, 2002a). - Taking into account the influences of the strain rate in the range of 10-5 -10-1s-1 and of the confining pressure in the range of 0-50 MPa can be of use for analysing the stability of underground mine workings and for predicting the loss of stability leading to rockburst potential and occurrence.