Изменение упругих свойств частично насыщенного известняка в процессе высыхания
https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-1-172-178
Аннотация
Представлены результаты экспериментального исследования влияния содержания воды в образце известняка на его упругие свойства – модуль Юнга и коэффициент Пуассона – в процессе высыхания образца после частичного насыщения. В соответствии с разработанной методикой исследования предварительно были построены диаграммы водонасыщения и водопотери, на основании которых выбран режим частичного насыщения образца. Образец подвергали одноосному сжатию в диапазоне малых обратимых деформаций. Диапазон нагружения образца выбирали таким образом, чтобы исключить образование и накопление структурных изменений (повреждений) в материале. Испытания проводили через определенные промежутки времени в процессе естественного высыхания образца и по диаграммам деформирования рассчитывали значения модуля упругости и коэффициента Пуассона в соответствии с принятым в ИГДС СО РАН стандартом организации СТО 05282612-001-2013. Анализ полученных результатов выявил ряд особенностей механического поведения образца известняка, свидетельствующих о непропорциональной и даже немонотонной зависимости упругих свойств от содержания воды. Высказана гипотеза, позволяющая качественно объяснить обнаруженные эффекты.
При поддержке: Работа выполнена в рамках Госзадания по проекту FWRS-2021-0021 с использованием научного оборудования ЦКП ФИЦ ЯНЦ СО РАН в рамках реализации мероприятий по гранту № 13.ЦКП.21.0016.
Об авторе
С. В. Сукнёв
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН
Россия
Россия
СУКНЁВ Сергей Викторович, доктор технических наук, главный научный сотрудник
г. Якутск
Researcher ID: S-7251-2016
Author ID: 6602361450
Список литературы
1. Jaeger C. Rock mechanics and engineering. Cambridge: Cambridge University Press; 1979. 523 p.
2. Борщ-Компониец В.И. Практическая механика горных пород. М.: Горная книга; 2013. 322 с.
3. Erguler Z.A., Ulusay R. Water-induced variations in mechanical properties of clay-bearing rocks. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2009;46(2):355–370. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.07.002
4. Zhou Z., Cai X., Cao W., Li X., Xiong C. Influence of water content on mechanical properties of rock in both saturation and drying processes. Rock Mech. Rock Eng. 2016;49(8):3009–3025. https://doi.org/10.1007/s00603-016-0987-z
5. Wong L.N.Y., Maruvanchery V., Liu G. Water effects on rock strength and stiffness degradation. Acta Geotech. 2016;11(4):713–737. https://doi.org/10.1007/s11440-015-0407-7
6. Reviron N., Reuschlé T., Bernard J.-D. The brittle deformation regime of water-saturated siliceous sandstones. Geophys. J. Int. 2009;178(3):1766–1778. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2009.04236.x
7. Wasantha P.L.P., Ranjith P.G. Water-weakening behavior of Hawkesbury sandstone in brittle regime. Eng. Geol. 2014;178:91–101. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2014.05.015
8. Pan Y., Wu G., Zhao Z., He L. Analysis of rock slope stability under rainfall conditions considering the water-induced weakening of rock. Comput. Geotech. 2020;128, Article 103806. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2020.103806
9. Colback P.S.B., Wild B.L. The influence of moisture content on the compressive strength of rocks. Proceeding of the 3rd Canadian Symposium on Rock Mechanics; 1965.:65–83.
10. Van Eeckhout E.M., Peng S.S. The effect of humidity on the compliances of coal mine shales. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr. 1975;12(11):335–340. https://doi.org/10.1016/0148-9062(75)90166-7
11. Hawkins A.B. Aspects of rock strength. Bull. Eng. Geol. Environ. 1998;57(1):17–30. https://doi.org/10.1007/s100640050017
12. Vásárhelyi B., Ván P. Influence of water content on the strength of rock. Eng. Geol. 2006;84(1-2):70–74. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2005.11.011
13. Li D., Sun Z., Zhu Q., Peng K. Triaxial loading and unloading tests on dry and saturated sandstone specimens. Appl. Sci. 2019;9(8):1–19. https://doi.org/10.3390/app9081689
14. Huang S., He Y., Liu G., Lu Z., Xin Z. Effect of water content on the mechanical properties and deformation characteristics of the clay-bearing red sandstone. Bull. Eng. Geol. Environ. 2021;80(2):1767–1790. https://doi.org/10.1007/s10064-020-01994-6
15. Zhao K., Yang D., Zeng P., Huang Z., Wu W., Li B., Teng T. Effect of water content on the failure pattern and acoustic emission characteristics of red sandstone. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2021;142. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2021.104709
16. Chen X., Feng L., Wang J., Guo S., Xu Y. Cyclic triaxial test investigation on tuffs with different water content at Badantoru Hydropower Station in Indonesia . Eng. Geol. 2022;300. Article 106554. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2022.106554
17. Van Eeckhout E.M. The mechanisms of strength reduction due to moisture in coal mine shales. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr. 1976;13(2):61–67. https://doi.org/10.1016/0148-9062(76)90705-1
18. Ahamed M.A.A., Perera M.S.A., Matthai S.K., Ranjith P.G., Dong-yin L. Coal composition and structural variation with rank and its influence on the coalmoisture interactions under coal seam temperature conditions – a review article. J. Pet. Sci. Eng. 2019;180:901–917. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.06.007
19. Cai X., Zhou Z., Liu K., Du X., Zang H. Waterweakening effects on the mechanical behavior of different rock types: phenomena and mechanisms. Appl. Sci. 2019; 9(20). Article 4450. https://doi.org/10.3390/app9204450
20. Ciantia M.O., Castellanza R., Di Prisco C. Experimental study on the water-induced weakening of calcarenites. Rock Mech. Rock Eng. 2015;48(2):441–461. https://doi.org/10.1007/s00603-014-0603-z
21. Ciantia M.O., Castellanza R., Crosta G.B., Hueckel T. Effects of mineral suspension and dissolution on strength and compressibility of soft carbonate rocks. Eng. Geol. 2015;184:1–18. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2014.10.024
22. Li Z., Liu S., Ren W., Fang J., Zhu Q., Dun Z. Multiscale laboratory study and numerical analysis of water-weakening effect on shale. Adv. Mater. Sci. Eng. 2020;2020. Article 5263431. https://doi.org/10.1155/2020/5263431
23. Jiang Q., Cui J., Feng X., Jiang Y. Application of computerized tomographic scanning to the study of water-induced weakening of mudstone. Bull. Eng. Geol. Environ. 2014;73(4):1293–1301. https://doi.org/10.1007/s10064-014-0597-5
24. Verstrynge E., Adriaens R., Elsen J., Van Balen K. Multi-scale analysis on the influence of moisture on the mechanical behavior of ferruginous sandstone. Constr. Build. Mater. 2014;54:78–90. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.12.024
25. Сукнёв С.В. Определение статического модуля упругости и коэффициента Пуассона горных пород при изменении влажности. Горный информационно-аналитический бюллетень;2016(7):108–116. Suknev S.V. Determination of static elastic modulus and Poisson’s ratio of rocks under water content variation. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten’. 2016;(7):108–116. (In Russ.)
26. Сукнев С.В. Влияние температуры и степени водонасыщения на изменение упругих свойств скальных пород при переходе из талого в мерзлое состояние. ФТПРПИ. 2019;(2):14–22. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20190202
27. Сукнёв С.В. Опыт разработки и применения стандарта организации для определения упругих свойств горных пород. Горный журнал. 2015;(4):20–25. https://doi.org/10.17580/gzh.2015.04.04
28. Martin C.D., Chandler N.A. The progressive fracture of Lac du Bonnet granite. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. 1994;(6):643–659. https://doi.org/10.1016/0148-9062(94)90005-1
29. Eberhardt E., Stead D., Stimpson B., Read R.S. Identifying crack initiation and propagation thresholds in brittle rock. Can. Geotech. J. 1998; 35(2):222–233. https://doi.org/10.1139/t97-091
30. Hakala M., Kuula H., Hudson J.A. Estimating the transversely isotropic elastic intact rock properties for in situ stress measurement data reduction: A case study of the Olkiluoto mica gneiss, Finland. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2007;44(1):14–46. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2006.04.003
Рецензия
Для цитирования:
Сукнёв С.В. Изменение упругих свойств частично насыщенного известняка в процессе высыхания. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2023;28(1):172-178. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-1-172-178
For citation:
Suknev S.V. Change in the elastic properties of partially saturated limestone during drying conditions. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2023;28(1):172-178. (In Russ.) https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-1-172-178
Просмотров:
191
Послать статью по эл. почте 