Praca dotyczy mechaniki skał, a w szczególności badań mechanicznych na próbkach skalnych, interpretacji wyników tych badań, określenia założeń modeli mechanicznych opisujących zachowanie się skał oraz ostatecznie weryfikacji przyjętych założeń. Podstawą wszystkich analiz przedstawionych w pracy są wyniki testów mechanicznych przeprowadzonych w warunkach jednoosiowego i konwencjonalnego trójosiowego ściskania. Obserwacje zjawisk fizycznych towarzyszących procesowi niszczenia próbek skalnych, oraz ich interpretacja, stanowiły podstawę przyjęcia założeń dotyczących modeli mechanicznych zachowania się skał, dzięki czemu modele te mają silne podłoże fizyczne. Obliczenia przeprowadzone za pomocą metody elementów skończonych pozwoliły zweryfikować przyjęte w modelach fizycznych założenia.
Wydawnictwa nie prowadzą sprzedaży książek z serii "Rozprawy Monografie".
Zainteresowanych prosimy o kontakt z ich autorami.
- Spis treści
-
Streszczenie 8
Summary 9
Spis ważniejszych oznaczeń 10
1. Wstęp 12
2. Założenia teoretyczne i realizacja procesu obciążania próbek skalnych 15
2.1. Wstęp 15
2.2. Geometryczna interpretacja stanu naprężenia w punkcie 18
2.3. Ścieżki obciążania realizowane w badaniach laboratoryjnych 22
3. Warunki techniczne doświadczeń na próbkach skał 27
4. Charakterystyka materiału badawczego 29
4.1. Cechy fizyczne piaskowca Wustenzeller 29
4.2. Cechy fizyczne dolomitu z LGOM 31
5. Identyfikacja cech zachowania się skał w warunkach jednoosiowego i trójosiowego ściskania 34
5.1. Wprowadzenie 34
5.2. Odkształceniowe i wytrzymałościowe właściwości badanych skał w warunkach jednoosiowego i trójosiowego obciążenia 35
5.2.1. Właściwości odkształceniowe i wytrzymałościowe piaskowca 35
5.2.1.1. Podstawowe cechy zachowania się próbek piaskowca 37
5.2.1.2. Wytrzymałość na ściskanie oraz charakter zniszczenia 39
5.2.2. Właściwości odkształceniowe i wytrzymałościowe dolomitu z LGOM 40
5.2.2.1. Podstawowe cechy zachowania się próbek dolomitu 41
5.2.2.2. Wytrzymałość na ściskanie oraz charakter zniszczenia 43
5.3. Przyczyny nieliniowego zachowania się badanych skał w warunkach jednoosiowych i trójosiowych obciążeń 44
5.4. Zmiany osiowej sztywności próbek piaskowca i dolomitu jako miara rozwoju spękań 48
5.5. Wytrzymałość rezydualna (tzw. pokrytyczna) 50
5.6. Analiza zmian energetycznych związanych z rozwojem spękań i trwałych odkształceń w próbkach skalnych 52
5.6.1. Założenia teoretyczne dotyczące zmian energetycznych w próbkach skalnych pod wpływem mechanicznych obciążeń 52
5.6.2. Zmiany energetyczne towarzyszące obciążeniom jednoosiowym i trójosiowym piaskowca Wustenzeller 58
5.6.3. Zmiany energetyczne towarzyszące obciążeniom jednoosiowym i trójosiowym dolomitu z LGOM 62
5.6.4. Uwagi i wnioski dotyczące analiz energetycznych 63
5.7. Istotne cechy zachowania się skał z uwagi na dobór modelu fizycznego 64
6. Sprężysto-plastyczny model skał 66
6.1. Fizyczne podstawy sprężysto-plastycznych modeli skał 66
6.1.1. Fizyczne podstawy modeli sprężysto-plastycznych 66
6.1.2. Fizyczne podstawy quasi-plastycznego zachowania się skał 68
6.2. Równania konstytutywne sprężysto-plastycznych modeli fizycznych skał 73
6.2.1. Ogólne sformułowanie związków fizycznych dla materiałów sprężysto-plastycznych 73
6.2.1.1. Warunek plastyczności 74
6.2.1.2. Prawo płynięcia 75
6.2.1.3. Prawo wzmocnienia/osłabienia 76
6.2.1.4. Macierz konstytutywna materiału sprężysto-plastycznego 78
6.2.2. Procedury numeryczne plastyczności 79
6.2.3. Sprężysto-plastyczny model konstytutywny Druckera-Pragera 82
6.2.3.1. Warunek plastyczności 82
6.2.3.2. Prawo płynięcia 83
6.2.3.3. Prawo wzmocnienia/osłabienia plastycznego 84
6.3. Stałe materiałowe sprężysto-plastycznego modelu fizycznego badanych skał 85
6.3.1. Parametry sprężysto-plastycznego modelu wyznaczone dla piaskowca Wustenzeller 86
6.3.1.1. Parametry warunku plastyczności 86
6.3.1.2. Prawo plastycznego płynięcia 87
6.3.1.3. Funkcja wzmocnienia/osłabienia dla piaskowca 89
6.3.2. Parametry sprężysto-plastycznego modelu wyznaczone dla dolomitu z LGOM 90
6.3.2.1. Parametry warunku plastyczności 91
6.3.2.2. Prawo płynięcia plastycznego 92
6.3.2.3. Funkcja wzmocnienia/osłabienia dla dolomitu 93
6.3.3. Wnioski dotyczące oznaczania parametrów modelu sprężysto-plastycznego 95
6.4. Weryfikacja modelu sprężysto-plastycznego na podstawie wyników badań laboratoryjnych 95
7. Sprężysto-plastyczny model skał z uszkodzeniem 101
7.1. Podstawy fizyczne uszkodzenia skał 101
7.2. Sposoby opisu uszkodzenia 105
7.2.1. Modele mikromechaniczne 105
7.2.2. Fenomenologiczne modele kontynualnej mechaniki uszkodzeń (CDM) 105
7.2.3. Termodynamiczne modele mechaniczne uszkodzenia 106
7.3. Założenia sprężysto-plastycznego modelu z uszkodzeniem na bazie kontynualnej mechaniki uszkodzeń 107
7.3.1. Ogólne założenia i koncepcja modelu 107
7.3.2. Zmienna uszkodzenia 110
7.3.2.1. Skalarna zmienna uszkodzenia 110
7.3.2.2. Tensorowy opis uszkodzenia 123
7.3.3. Kryterium inicjacji uszkodzenia 126
7.3.4. Opis ewolucji uszkodzenia 127
7.3.5. Kryterium zniszczenia na skutek uszkodzenia 128
7.3.6. Podsumowanie i wnioski 129
7.4. Identyfikacja parametrów modelu sprężysto-plastycznego z uszkodzeniem dla analizowanych skał 129
7.4.1. Parametry modelu uzyskane dla piaskowca Wustenzeller 130
7.4.1.1. Skalarna zmienna uszkodzenia 130
7.4.1.2. Ewolucja uszkodzenia 131
7.4.2. Parametry modelu uzyskane dla dolomitu z LGOM 132
7.4.2.1. Skalarna zmienna uszkodzenia 132
7.4.2.2. Ewolucja uszkodzenia 133
7.5. Weryfikacja sprężysto-plastycznego modelu z uszkodzeniem na podstawie wyników badań laboratoryjnych próbek skał 134
8. Podsumowanie i wnioski 138
Literatura 141