|
Zmiany właściwości mechanicznych piaskowca spowodowane deformacjami I ciśnieniem okólnym... |
|
|
|
|
Zmiany właściwości mechanicznych piaskowca spowodowane deformacjami I ciśnieniem okólnym z uwzględnieniem zmian w mikrostrukturze skały Autorzy: J. Gustkiewicz, J.F. Gamond, E. Carrio-Schaffhauser
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 (p0). 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 p0. 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 γ, 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). |
2011