Wydział Górnictwa i Geoinżynierii		Gębusia Łukasz	2011/2012		21.12.2011
Ćwiczenie nr.8	Oznaczenie modułu jednostronnego ściskania skał			Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Wyznaczenie modułu ściśliwości skały zwanego edometrycznym za pomocą jednostronnego ściskania.

2. Wstęp teoretyczny:

Badanie należy przeprowadzić na próbkach skał sypkich o wilgotności naturalnej. Do oznaczania modułu jednostronnego ściskania zwanego również edometrycznym modułem ściśliwości wykorzystany zostanie edometr laboratoryjny typ EL.

Badanie ściśliwości skały polega na stopniowym obciążaniu próbki skalnej o średnicy 65 mm i wysokości 20 mm umieszczonej w metalowym pierścieniu 1 edometru w warunkach uniemożliwiających rozszerzanie się próbki na boki. Wywierane na próbkę obciążenie powoduje odkształcenie pionowe, tj. zmianę wysokości próbki, która przy stałym przekroju jest wprost proporcjonalna do zmian objętości próbki. Pomiar odkształceń pionowych dokonywany jest za pomocą dwóch czujników zegarowych 2.

Odciążenie próbki następuje poprzez układ dźwigowy 3.

Próbkę skały o strukturze nienaruszonej pobiera się za pomocą pierścienia dwudzielnego 4, w środku którego znajduje się pierścień zasadniczy 5.

Po wciśnięciu pierścienia w skałę odcina się próbkę od pozostałej skały. powierzchnię górną i dolną próbki w pierścieniu zasadniczym 5 wyrównuje się nożem. Przed umieszczeniem pierścienia wraz z próbką na filtrze dolnym 6 nakłada się na niego bibułę filtracyjną. Zakłada się podkładki uszczelniające 7 oraz pierścień dociskowy 8. pierścień ten łączy się z podstawą 9 za pomocą trzech śrub z nakrętkami motylkowymi. Następnie na górnej powierzchni próbki umieszcza się krążek bibuły filtracyjnej, na nim filtr górny 10, a dalej tłok 11.

Po zmontowaniu edometru czujniki zegarowe doprowadza się do kontaktu z tłokiem 11 i ustawia się wskazania początkowe, które powinny wynosić minimum 5 mm.

Obciążenie próbki uzyskiwane z obciążników poprzez układ dźwigowy należy przeprowadzić dla następujących stopni 0,05; 0,1; 0,2; 0,4 Mpa.

Odczyty z czujników należy wykonać po 1, 2, 5, 10, 15 i 20 minutach. Po czasie 20 min. Należy przyjąć, że próbka uległa pełnej konsolidacji, zwiększamy wiec obciążenie według wyżej podanego schematu.

Wyznacza się go na podstawie pomiaru odkształceń próbki skały, ze wzoru:

gdzie:

M - edometryczny moduł ściśliwości w danym przedziale obciążenia

Δσ_i - przyrost naprężenia normalnego w próbce skalnej dla zakresu od

σ_i do σ_i+1; Δσ_i-σ_i, MPa

Δh_i - zmniejszenie wysokości próbki na skutek zwiększenia naprężenia o Δσ_i,

mm

h_i - grubość próbki przed zwiększeniem naprężenia o Δσ_i, mm

χ_i - współczynnik korekcyjny przyjmowany z wykresu

ε_i - odkształcenie jednostkowe próbki;

i - numer zakresu obciążenia.

Wykorzystując wartości modułu ściśliwości należy obliczyć dla określonych przedziałów naprężeń moduły odkształcenia, jakie miałaby próbka przy badaniu w trójosiowym stanie odkształcenia. Zakłada się przy tym, że w niewielkim przedziale naprężeń próbka jest ciałem liniowo odkształcającym się i że można do niego stosować zależności jak do ośrodka sprężystego:

gdzie:

E₀ - moduł odkształcenia, MPa

M - moduł ściśliwości, MPa

- współczynnik rozszerzalności bocznej; dla piasków
=0,3

3. Wyniki:

Rodzaj skały						piasek
Wyniki konsolidacji próbki skalnej dla odpowiednich wartości obciążeń
Obciążenie σi [MPa]	Czas τ [s]	Odczyty czujników [mm]		Zmniejszenie wysokości próbki Δhi, [mm]			Wysokość próbki hi [mm]
				1	2	1		2	średnie
0,05	60 120 300 600 900 1200	0,96 0,95 0,94 0,93 0,93 0,93	0,32 0,31 0,30 0,30 0,31 0,31	0,04 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07	0,68 0,69 0,70 0,70 0,69 0,69	0,36 0,37 0,38 0,385 0,38 0,38	20
0,1	60 120 300 600 900 1200	0,98 0,98 0,96 0,95 0,94 0,94	0,44 0,44 0,43 0,42 0,42 0,41	-0,05 -0,05 -0,03 -0,02 -0,01 -0,01	0,13 0,13 0,14 0,15 0,15 0,16	0,04 0,04 0,055 0,065 0,07 0,085	19,915
0,2	60 120 300 600 900 1200	0,93 0,91 0,89 0,87 0,86 0,86	0,57 0,56 0,55 0,54 0,53 0,52	0,01 0,03 0,05 0,07 0,08 0,08	0,16 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11	0,085 0,09 0,095 0,1 0,1 0,095	19,83
0,4	60 120 300 600 900 1200	0,88 0,87 0,86 0,85 0,85	0,78 0,78 0,76 0,75 0,75	-0,02 -0,01 0,00 0,01 0,01	0,26 0,26 0,24 0,23 0,23	0,12 0,115 0,12 0,12 0,12	19,735

Wyniki badań ściśliwości
Lp. i	Zakresy obciążenia τi [MPa]	Odkształcenie	Współczynnik χi	Moduł ściśliwości M [MPa]	Moduł odkształcenia E0 [MPa]
1 2 3 4 5 6 7	0,0 - 0,05 0,05 - 0,1 0,1 - 0,2 0,2 - 0,4 0,0 - 0,1 0,0 - 0,2 0,0 - 0,4	0,019 0,00525 0,00619 0,00833 0,0232 0,028 0,034	1,1 1,9 1,7 1,4 1,2 1,5 2,4	2,89 18,1 13,7 8,40 5,17 10,7 28,2	2,14 13,4 10,2 6,24 3,84 7,95 20,9

5. Wnioski:

W wyniku badania ściśliwości skały poprzez stopniowe obciążanie próbki skalnej w warunkach uniemożliwiających jej rozszerzanie uzyskuje się odpowiednie zmiany wysokości w poszczególnych przedziałach obciążeń. Końcowe osiadanie, jakie uzyskałem wynosi 19,615 mm

, co przy początkowej wysokości h = 20 mm daje 0,385 mm wartości osiadań dla całego przyłożonego obciążenia pionowego .

Znając wartości osiadań końcowych przy zadanym obciążeniu, określić można M - moduł jednostronnego ściskania, jako stosunek przyrostu osiowego naprężenia normalnego do jednostkowego zmniejszenia wysokości próbki. Jak wskazują wyniki badań ściśliwości M osiąga największą wartość dla przedziału 0,0 - 0,4MPa. Opierając się o wykresy konsolidacji można stwierdzić, że największe osiadania następują w pierwszej minucie przy każdorazowej zmianie obciążenia, należy to rozumieć, że próbka uległa pełnej konsolidacji i dopiero dodając kolejne obciążniki uzyskujemy jej dalsze osiadanie, aż do obciążenia 0,4 MPa. Interpretacja osiadań końcowych przy każdym stopniu obciążenia w postaci wykresu ściśliwości, pokazuje zależność wielomianową między naprężeniami a odkształceniami pionowymi, oczywiście w ustalonym zakresie obciążeń.

---