Określenie wskaźnika naturalnej skłonności skały do gromadzenia energii sprężystej (WE) oraz potencjalnej energii odkształcenia sprężystego (PES)

1. Cel ćwiczenia

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było określenie wskaźnika naturalnej skłonności skały do gromadzenia energii sprężystej (WE) oraz potencjalnej energii odkształcenia sprężystego (PES) na podstawie próby obciążania, odciążania i ponownego obciążania próbki skalnej przy jednoosiowym ściskaniu.

2. Budowa stanowiska badawczego

Do wykonania próby wyznaczenia wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie użyto standardowej maszyny wytrzymałościowa EDZ-40, która jest zdolna do zadawania maksymalnego obciążenia o wartości 40 T. Na jej budowę składają się następujące elementy:

a) korpusu właściwego, w którego skład wchodzi:
- silnik elektryczny,
- pompa hydrauliczna,
- tłok,
- walec dystansowy,
- cztery kolumny,
- dolna płyta oporowa,
- górna belka oporowa.

b) szafy sterująco-pomiarowej z tarczą siłomierza oraz pokrętłami i przyciskami służącymi do sterowania zasilaniem.

Do badań wykorzystane zostały walcowe próbki z piaskowca drobnoziarnistego, w których znajdują się tensometry oporowe kratowe. Tensometry są połączone szeregowo i przyklejone symetrycznie co 120˚. Próbka umieszczona jest pomiędzy dwoma stalowymi podkładkami; nad górną podkładką znajduje się przegub kulisty.

Sygnały pomiarowe przekazywane są do cyfrowego dwukanałowego mostka tensometrycznego. Z tensometrów foliowych przesyłany jest sygnał na pierwszy kanał mostka, a na drugim kanale sygnał z czujników odkształceń naklejonych na próbce.

Wartość siły Pz mierzymy za pomocą walca wykonanego ze stali narzędziowej ulepszonej cieplnie siłomierz elektrooporowy.
Na podstawie sygnałów przesyłanych z cyfrowego dwukanałowego mostka tensometrycznego rejestrator pisakowy XY wykreśla charakterystykę odpowiadającą obciążaniu i odciążaniu próbki Pz=f(z).

Rejestrator pisakowy XY składa się z dwóch modułów:
a) moduł X - połączony z czujnikami odkształceń;
b) moduł Y - połączony z czujnikami siłomierzem elektrooporowym.

3. Tok postępowania

Aby przeprowadzić próbę jednoosiowego ściskania, obciążania i odciążania próbki (piaskowiec drobnoziarnisty ’’Rozbark” RL/250/20/2,15 o wymiarach wysokość h=8,39 cm oraz średnica d=4,19 cm) należy w pierwszej kolejności umieścić próbkę skalną pomiędzy stalowymi podkładkami, następnie uruchomić maszynę wytrzymałościową oraz siłownik hydrauliczny. Kolejnym krokiem jest wyzerowanie wskazówek na tarczy siłomierza. Za pomocą pokrętła służącego do zmiany wartości prędkości znajdującego się na szafie sterującej należy wyregulować prędkość wysuwania tłoka hydraulicznego. Następuje uruchomienie rejestratora pisakowego XY. Próbka zostaje obciążona siłą o wartości. Po jej osiągnięciu trzeba odciążyć próbkę przez zmianę położenia przełącznika. W tym czasie rejestrator pisakowy XY wykreśla charakterystykę Pz=f(εz). Wyłączenie aparatury pomiarowej.

4. Wnioski.

W czasie badania próbkę obciąża się i odciąża raz w zakresie obciążeń do 80% wytrzymałości próbki. Porównując wartość wskaźnika zdolności skał do gromadzenia energii sprężystej, otrzymanego podczas badań laboratoryjnych, do wskaźnika WE odczytanego z tabel można stwierdzić, że otrzymana wartość WE jest równa 4,71 i mieści się w przedziale 5>WE≥2. Zdolność do gromadzenia energii sprężystej jest umiarkowana. Tąpliwość skały jest równe 64,8 i mieści się w przedziale 50