KARTA PRZEDMIOTU. Zapoznanie studentów z podstawami reologii oraz teorii wytrzymałości i kruchego pękania skał;

Transkrypt

1 Strona 1 z 5 Z1-PU7 Wydanie N1 (pieczęć wydziału) KARTA PRZEDMIOTU 1. Nazwa przedmiotu: MECHANIKA SKAŁ 3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2016/ Poziom kształcenia: studia pierwszego stopnia 5. Forma studiów: NIESTACJONARNE (ZAOCZNE) 6. Kierunek studiów: GÓRNICTWO I GEOLOGIA (RG) 7. Profil studiów: ogólnoakademicki 8. Specjalność: BUDOWNICTWO PODZIEMNE I OCHRONA POWIERZCHNI 9. Semestr: IV 2. Kod przedmiotu: N I z -BPiOP/ Jednostka prowadząca przedmiot: Katedra Geomechaniki, Budownictwa Podziemnego i Zarządzania Ochroną Powierzchni (RG4) 11. Prowadzący przedmiot: dr inż. Grzegorz Smolnik 12. Przynależność do grupy przedmiotów: przedmioty specjalnościowe 13. Status przedmiotu: obowiązkowy 14. Język prowadzenia zajęć: polski 15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: Geologia ogólna Student powinien mieć podstawową wiedzę na temat budowy skorupy ziemskiej i procesów geologicznych zachodzących w skorupie ziemskiej. Powinien znać podstawy stratygrafii, tektoniki i petrografii. Powinien umieć rozpoznawać skały. Matematyka Student powinien mieć uporządkowaną wiedzę z zakresu algebry liniowej i geometrii analitycznej, rachunku różniczkowego i całkowego oraz statystyki matematycznej. Fizyka Student powinien mieć ogólną wiedzę w zakresie pojęć fizyki klasycznej, wiedzę na temat ogólnych praw fizyki i wielkości fizycznych, uporządkowaną wiedzę z zakresu mechaniki punktu materialnego i bryły sztywnej i podstawową wiedzę z zakresu fizyki ciała stałego. Mechanika ogólna i wytrzymałość materiałów Student powinien mieć uporządkowaną wiedzę z dziedziny statyki, kinematyki i dynamiki oraz stanu naprężenia, stanu odkształcenia, podstaw teorii sprężystości i hipotez wytrzymałościowych. 16. Cel przedmiotu: Zapoznanie studentów z podstawami reologii oraz teorii wytrzymałości i kruchego pękania skał; Przekazanie studentom wiedzy o własnościach mechanicznych oraz zachowaniu się skał w prostych i złożonych stanach naprężenia; Wykształcenie u studentów umiejętności wykonywania podstawowych testów laboratoryjnych i polowych oraz wyznaczania wartości parametrów mechanicznych skał; Przygotowanie studentów do dalszych studiów w dziedzinie mechaniki górotworu i geotechniki oraz zastosowania metod komputerowych w geomechanice.

2 Strona 2 z Efekty kształcenia: 1 Nr Opis efektu kształcenia 1 Student posiada uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie mechaniki skał niezbędną do: - badania mechanicznych właściwości skał i interpretowania wyników testów laboratoryjnych i polowych, - rozumienia praw rządzących zachowaniem się górotworu poddanego wpływom działalności górniczej i/lub budowlanej, - modyfikowania mechanicznych własności górotworu, - oceny stanu naprężenia i odkształcenia w górotworze nienaruszonym oraz poddanym wpływom czynników naturalnych i górniczych, - oceny stateczności górotworu w sąsiedztwie wyrobisk i budowli podziemnych i naziemnych, - zapobiegania zagrożeniom ze strony górotworu w kopalniach podziemnych i odkrywkowych, - identyfikowania wpływu działalności górniczej na środowisko górnicze i powierzchnię terenu. 2 Student potrafi pozyskiwać informacje z literatury oraz dokonywać ich interpretacji i krytycznej oceny. Potrafi wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać własne opinie. 3 Student potrafi pracować indywidualnie i w zespole. Współpracując, potrafi przyjmować w grupie różne role. 4 Student posiada umiejętność samokształcenia się. Rozumie potrzebę systematycznej pracy i uczenia się przez całe życie. 5 Student potrafi wykonywać testy laboratoryjne służące wyznaczaniu wartości odkształceniowych i wytrzymałościowych stałych materiałowych skał. Potrafi interpretować uzyskane wyniki, formułować wnioski i przedstawiać je w formie czytelnego sprawozdania. 18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin) Metoda sprawdzenia efektu kształcenia Pisemne sprawdziany na wykładach. Pisemny sprawdzian znajomości teoretycznych podstaw ćwiczeń laboratoryjnych. Pisemne sprawdziany na wykładach. Dyskusje podczas wykładu. Rozmowa ze studentem w czasie przyjmowania i sprawdzania raportów z ćwiczeń oraz podczas konsultacji. Obserwacja zachowania się studenta w laboratorium podczas wykonywania ćwiczeń. Ocena postępów w nauce na podstawie pisemnych sprawdzianów. Rozmowa ze studentem w czasie przyjmowania i sprawdzania raportów z ćwiczeń oraz podczas konsultacji. Obserwacja studentów podczas wykonywania przez nich ćwiczeń laboratoryjnych. Ocena sprawozdań z ćwiczeń. Forma prowadzenia zajęć, Odniesienie do efektów dla kierunku studiów K_W16+++ K_U01++ K_U02++ K_K03++ K_U05++ K_K01++ K_U08++ K_U09++ K_U18+++ Ćwiczenia Projekt Seminarium Treści kształcenia: (oddzielnie dla każdej z form zajęć dydaktycznych W./Ćw./L./P./Sem.) 1. Teoria stanu odkształcenia i naprężenia (Opis ruchu i deformacji. Miary deformacji i odkształcenia. Tensor odkształcenia. Siły wewnętrzne. Wektor naprężenia. Tensor naprężenia. Wytężenie.) (1 godzina) 2. Wprowadzenie do mechaniki skał; pojęcia podstawowe (Reologiczne modele skał; sprężystość, lepkość, plastyczność. Postulaty reologii Reinera. Elementarne równania konstytutywne.) (1 godzina) 3. Własności odkształceniowe i wytrzymałościowe skał w prostych i złożonych stanach naprężenia. Właściwości charakterystyk naprężenie-odkształcenie. (1 godzina) 4. Elementy mechaniki kruchego pękania. Mody pękania. Teoria Griffitha. (1 godzina) 1 należy wskazać ok. 5 8 efektów kształcenia

3 Strona 3 z 5 5. Wytrzymałość graniczna skał. Teorie wytrzymałościowe. Warunki wytrzymałościowe dla skał. (1 godzina) 6. Efekt dylatancji i zwiastuny kruchego zniszczenia skał. (1 godzina) 7. Plastyczne płynięcie skał. Teorie plastycznego płynięcia i warunek plastyczności dla skał. (1 godzina) 8. Pełzanie skał. Teorie pełzania. Funkcje pełzania. Relaksacja naprężeń w skałach. (1 godzina) 9. Tarcie w skałach (Adhezyjna teoria tarcia. Prawa rządzące tarciem w skałach. Poślizg przerywany. Tarcie w warunkach właściwych występowaniu skał w górotworze.) (1 godzina) 10. Zdolność do gromadzenia energii sprężystej i tąpliwość skał. (1 godzina) 11. Zachowanie się skał w stanie pokrytycznym. (1 godzina) 12. Zachowanie się skał w warunkach wysokich ciśnień i temperatur. (1 godzina) 13. Wpływ płynów porowych na odkształceniowe i wytrzymałościowe właściwości skał. (1 godzina) 14. Anizotropia odkształceniowych i wytrzymałościowych własności skał. (1 godzina) 15. Właściwości nieciągłości w skałach. Podstawy mechaniki spękanych ośrodków skalnych. (1 godzina) - 3 ćwiczenia do wyboru z dziewięciu następujących: 1. Właściwości charakterystyk naprężenie-odkształcenie przy ściskaniu i stałe sprężystości skały. Określenie postaci charakterystyk naprężenie normalne - odkształcenie liniowe podłużne, odkształcenie liniowe poprzeczne i odkształcenie objętościowe na podstawie próby jednoosiowego ściskania próbki skalnej. Wyróżnienie przedziałów zachowań liniowych i nieliniowych skały, progu dylatancji i granicy wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie. Oznaczenie modułu Younga i współczynnika Poissona. Obliczenie wartości współczynnika sprężystości postaciowej i współczynnika sprężystości objętościowej. 2. Zdolność skał do gromadzenia energii sprężystej. Oznaczenie wskaźnika naturalnej skłonności skały do gromadzenia energii sprężystej (W E ) oraz potencjalnej energii odkształcenia sprężystego (PES) na podstawie próby obciążania, odciążania i ponownego - aż do zniszczenia - obciążania próbki skalnej przy jednoosiowym ściskaniu. 3. Zachowanie się skał w stanie pokrytycznym. Próba jednoosiowego ściskania próbki skalnej za pomocą serwosterowanej maszyny wytrzymałościowej (obciążanie przy stałej prędkości odkształceń podłużnych). Badanie wznoszącej się i opadającej, po przekroczeniu granicy wytrzymałości, gałęzi charakterystyki obciążenie-odkształcenie podłużne. Oznaczenie współczynnika sztywności próbki w stadium przed- i pokrytycznym oraz modułu osłabienia i wytrzymałości resztkowej skały. 4. Wytrzymałość graniczna skał na jednoosiowe ściskanie i rozciąganie. Oznaczenie wytrzymałości granicznej skały na jednoosiowe ściskanie (próby ściskania smukłych (h:d=2,0) próbek walcowych) i wytrzymałości granicznej na rozciąganie (próby poprzecznego ściskania, i rozłupywania wzdłuż średnicy, płaskich (h:d=0,5) próbek walcowych (test brazylijski)). (Efekt skali, wpływ sposobu zamocowania próbki w maszynie wytrzymałościowej oraz prędkości obciążania i odkształcania na wyniki prób wytrzymałościowych.) 5. Wytrzymałość skał na ścinanie. Próby ścinania walcowych próbek skalnych przy ściskaniu w uchwycie pod różnymi katami względem płaszczyzny przekroju podłużnego. Badanie zależności pomiędzy naprężeniem normalnym działającym w płaszczyźnie ścięcia a wytrzymałością na ścinanie i określenie warunku stanu granicznego. Oznaczenie wartości współczynnika (i kąta) tarcia wewnętrznego na granicy wytrzymałości oraz wartości spójności. Próby ścinania prostego cylindrycznego płaskich, krążkowych próbek skalnych. Oznaczenie wartości wytrzymałości granicznej na ścinanie proste. Porównanie wartości wytrzymałości granicznej na ścinanie proste z wartościami spójności oznaczonymi na podstawie próby ścinania przy ściskaniu. 6. Wytrzymałość skał w warunkach trójosiowego ściskania. Próby ściskania walcowych próbek skalnych przy różnych ciśnieniach okólnych. Badanie zależności pomiędzy ciśnieniem okólnym a granicznym największym naprężeniem głównym. Określenie postaci warunku wytrzymałościowego dla badanej skały i oznaczenie wartości występujących w nim stałych materiałowych.

4 Strona 4 z 5 7. Pełzanie skał. Określenie funkcji pełzania na podstawie próby na pełzanie przy jednoosiowym ściskaniu próbki skalnej i oznaczenie wartości reologicznych stałych materiałowych badanej skały. 8. Odkształceniowe i wytrzymałościowe własności różnych rodzajów skał przy ściskaniu. Określenie postaci charakterystyki naprężenie normalne - odkształcenie liniowe podłużne dla trzech różnych skał (bazalt lub granit, piaskowiec lub wapień i sól kamienna lub węgiel kamienny) na podstawie próby jednoosiowego ściskania walcowych lub prostopadłościennych próbek tych skał. Wyróżnienie na charakterystykach progu i granicy liniowości zależności pomiędzy naprężeniem normalnym i odkształceniem podłużnym. Oznaczenie wartości granicy wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie, jednostkowego odkształcenia podłużnego na granicy wytrzymałości oraz współczynników odkształcalności podłużnej: liniowego (E l ), siecznego (E s50 ) i stycznego (E t50 ). Wyodrębnienie wspólnych cech i różnic w zachowaniu się badanych skał przy ściskaniu. 9. Badanie właściwości wytrzymałościowych skał w warunkach polowych - Wskaźnik Is. Próby obciążania punktowego próbek skalnych wykonywane za pomocą przenośnej praski hydraulicznej (test średnicowy i test osiowy). Oznaczenie wartości współczynnika przeliczeniowego (k) występującego w zależności pomiędzy wytrzymałością graniczną na jednoosiowe ściskanie a wytrzymałością na obciążenie punktowe R c = k I s. 20. Egzamin: NIE 21. Literatura podstawowa: 1. Goodman R.E.: Introduction to Rock Mechanics (2 nd edn). John Wiley & Sons, New York Hudson J.A. and Harrison J.P.: Engineering Rock Mechanics - An Introduction to the Principles. Elsevier Science Ltd, Oxford Jaeger J.C., Cook N.G.W. and Zimmerman R.W.: Fundamentals of Rock Mechanics (4 th edn). Blackwell Publishing, Malden Jumikis A. R.: Rock Mechanics (2 nd edn). Trans Tech Publications, Clausthal-Zellerfeld Kisiel I. (red.): Mechanika skał i gruntów. PWN, Warszawa Ulusay R. and Hudson J.A. (eds): The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: ISRM Turkish National Group, Ankara Literatura uzupełniająca: 1. Farmer I.W.: Engineering Behaviour of Rocks (2 nd edn). Chapman and Hall, London Kidybiński A.: Podstawy geotechniki kopalnianej. Wydawnictwo Śląsk, Katowice Thiel K.: Mechanika skał w inżynierii wodnej. PWN, Warszawa Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia Lp. Forma zajęć Ćwiczenia / Projekt / 5. Seminarium / 6. Inne / Suma godzin: 30 / 96 Liczba godzin kontaktowych / pracy studenta 15 / 60 zapoznanie się ze wskazaną literaturą i przygotowanie do kolokwiów sprawdzających poziom wiedzy wyniesionej z wykładów i zdobytej w wyniku studiów literaturowych (60) 15 / 36 w tym: przygotowanie się do zajęć (6), przygotowanie się do kolokwium sprawdzającego znajomość teoretycznych podstaw każdego z ćwiczeń laboratoryjnych (9), opracowanie sprawozdań z przeprowadzonych ćwiczeń laboratoryjnych (18), prezentacja i obrona sprawozdań (3) 24. Suma wszystkich godzin: Liczba punktów ECTS: Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego: punkt ECTS 30 godzin

5 Strona 5 z Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty): 28. Uwagi: Forma zaliczenia przedmiotu Sprawdziany pisemne z materiału omówionego na wykładach. Sprawdzian pisemny ze znajomości teoretycznych podstaw każdego z ćwiczeń laboratoryjnych. Sprawozdania pisemne z ćwiczeń laboratoryjnych. 2 Warunki zaliczenia przedmiotu Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie zaliczenia wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych. Warunkiem zaliczenia sprawdzianów pisemnych ze znajomości tematyki wykładów jest uzyskanie średniej wyższej od 2,75 (w skali ocen od 0,0 do 5,0). Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest zaliczenie sprawdzianu pisemnego z podstaw teoretycznych każdego z ćwiczeń, obecność na zajęciach laboratoryjnych i wykonanie wszystkich ćwiczeń oraz sporządzenie i zaliczenie pisemnych sprawozdań z ćwiczeń. Zajęcia laboratoryjne odbywają się w pracowniach Mechaniki Skał z zespołami studentów (sekcjami) liczącymi max. 6 osób. Zatwierdzono: r. G. Smolnik.. (data i podpis prowadzącego)... (data i podpis Dyrektora Instytutu/Kierownika Katedry/ Dyrektora Kolegium Języków Obcych/Kierownika lub Dyrektora Jednostki Międzywydziałowej)