ZAKŁAD GEOMECHANIKI. BADANIA LABORATORYJNE -Właściwości fizyczne. gęstość porowatość nasiąkliwość KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ

Transkrypt

1 KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA LABORATORYJNE -Właściwości fizyczne gęstość porowatość nasiąkliwość

2 ZAKŁAD GEOMECHANIKI POLSKA NORMA PN-EN 1936, październik 2001 METODY BADAŃ KAMIENIA NATURALNEGO Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości Zasada metody: Po wysuszeniu próbki do stałej masy, w wyniku próżniowego nasycenia zanurzonych w wodzie próbek, oznaczane są: - gęstość objętościowa - porowatość otwarta próbek. Oznaczanie gęstości i porowatości całkowitej wymaga sproszkowania próbki. Definicje: Gęstość (rr) stosunek masy wysuszonej próbki do badania i objętości części stałej Gęstość objętościowa (rb) stosunek masy wysuszonej próbki do badania do jej objętości Porowatość otwarta (po) stosunek (wyrażony w procentach) pomiędzy objętością otwartych porów i objętością próbki do badania Porowatość całkowita (p) stosunek (wyrażony w procentach) pomiędzy objętością porów (otwartych i zamkniętych) i objętością próbki do badania

3 ZAKŁAD GEOMECHANIKI POLSKA NORMA PN-EN 1936, październik 2001 METODY BADAŃ KAMIENIA NATURALNEGO Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości Suszenie próbek: Próbki należy wysuszyć do stałej masy w temp. 700C (ważenia co 24h); stała masa gdy 2 kolejne ważenia nie różnią się więcej niż o 0,1% Badanie porowatości otwartej i gęstości objętościowej: Wysuszoną próbkę zważyć (md), włożyć do naczynia próżniowego, obniżyć ciśnienie do ok. 2,0 kpa, utrzymywać przez dobę Przez co najmniej 15 min. wprowadzać do naczynia wodę dejonizowaną, aż do zanurzenia próbek. Po 24h przywrócić ciśnienie atmosferyczne i pozostawić próbki w wodzie przez kolejne 24h -zważyć próbki w wodzie (mh) -szybko wytrzeć próbki i zważyć je nasycone wodą (ms) ` Obliczenia: rb md r rh ms mh po ms md 100 ms mh

4 ZAKŁAD GEOMECHANIKI POLSKA NORMA PN-EN 1936, październik 2001 METODY BADAŃ KAMIENIA NATURALNEGO Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości Badanie gęstości i porowatości całkowitej: Dwie dopuszczalne metody: 1. Metoda A (piknometr) 2. Metoda B (objętościomierz Le Chateliera) Metoda A jest bardziej dokładna i wymaga bardzo długiego czasu, dlatego sugeruje się, aby stosować ją w sytuacjach spornych, natomiast jako podstawową wykorzystywać Metodę B. Dla kamieni zwartych (o niskiej porowatości) wystarczy oznaczać gęstość objętościową i porowatość otwartą. ` Obliczenia: Gęstość Porowatość całkowita Metoda A rr me r rh m2 me m1 Metoda B rr me r rh Vs r p 1 b 100 rs

5 ZAKŁAD GEOMECHANIKI POLSKA NORMA PN-EN 13755, listopad 2002 METODY BADAŃ KAMIENIA NATURALNEGO Oznaczanie nasiąkliwości przy ciśnieniu atmosferycznym Zasada metody: Po wysuszeniu do stałej masy każdą próbkę się waży, a następnie przy ciśnieniu atmosferycznym zanurza do wody. Stosunek masy zaabsorbowanej wody do masy próbki uzyskuje się po osiągnięciu każdorazowo stałej masy. Badanie: Po wysuszeniu próbkę zważyć (md) z dokł. 0,01 g, a nast. Umieścić próbki do badania w pojemniku na podkładkach, w odległościach co najmniej 15 mm od siebie. Dodać wodę wodociągową (200C) do połowy wysokości próbek, po 60 min dolać wody do ¾ wysokości, a po kolejnych 60 min dodać wody do całkowitego zanurzenia próbek. Po 48h próbki wyjąć, szybko wytrzeć i zważyć z dokł. 0,01 g (mj). Następnie ponownie zanurzyć próbki w wodzie i po każdych 24h powtarzać ważenie, aż do osiągnięcia stałej masy (zmiany nie większe niż 0,1%). Ostatni pomiar jest masą nasyconej próbki (ms). Obliczenia: Ab ms md 100 md

6 INNE, CZASAMI ISTOTNE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE SKAŁ szczelność stara norma PN-66/B nasiąkliwość objętościowa stara norma PN-85/B04101 stopień nasycenia przewodność cieplna pojemność cieplna ognioodporność odporność na zamrażanie - nowa norma PN-EN 12371

7 nasiąkliwość (Ab) [%] nasiąkliwość (Ab) [%] szczelność (Sz) [%] gęstość objętościowa ( r b) [kg/m 3 ] gęstość objętościowa (r b) [kg/m 3 ] gęstość objętościowa (r b) [kg/m 3 ] ZAKŁAD GEOMECHANIKI Z A L E Ż N O Ś C I zależność gęstości objętościowej od gęstości właściwej zależność gęstości objętościowej od porowatości otwartej zależność gęstości objętościowej od porowatości całkowitej gęstość w łaściw a (r ) [kg/m 3 ] porowatość otwarta (po) [%] porowatość całkowita (p) [%] zależność nasiąkliwości od gęstości objętościowej zależność nasiąkliwości od porowatości otwartej zależność szczelności od porowatości otwartej gęstość objętościowa (r b) [kg/m 3 ] porowatość otwarta (po) [%] porowatość otwarta (p o) [%]

8 KOMPLEKSOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ BADANIA LABORATORYJNE Nieniszczące - ultradźwiękowe rodzaje badań pomiar fal ultradźwiękowych

9 ZAKŁAD GEOMECHANIKI BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ROZCHODZENIE SIĘ FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH W praktyce geomechanicznej znajdują zastosowanie 3 rodzaje fal ultradźwiękowych: Fala podłużna cząstki ośrodka drgają w kierunku rozchodzenia się fal; takie fale rozchodzą się w ośrodkach wykazujących sprężystość objętości: w ciałach stałych, cieczach i gazach. Fala poprzeczna cząstki ośrodka drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali; występują tylko w ośrodkach wykazujących sprężystość postaci: ciała stałe. Fala powierzchniowa cząstki ośrodka wykonują drgania zarówno wzdłuż jak i w poprzek kierunku fali, ale tylko na powierzchni swobodnej ośrodka stałego.

10 PRĘDKOŚCI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE Wybrane ośrodki Gęstość [kg/m3] Prędkość fali ultradźwiękowej [m/s] Podłużnej - V p Poprzecznej - V s Ciała stałe: Aluminium Guma Kwarc Miedź Ołów Szkło Ciecze: Woda Powietrze: Powietrze 1,

11 BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SKAŁ Struktura i tekstura piaskowca krośnieńskiego z Mucharza w obrazie mikroskopowym

12 BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SKAŁ Pokłady eksploatacyjne w kamieniołomie Górka-Mucharz Wolniej (prostopadle do uławicenia)

13 BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SKAŁ wolniej Zależność prędkości propagacji fali podłużnej od kierunku pomiaru w piaskowcach krośnieńskich z Mucharza szybciej

14 BADANIA ULTRADŹWIĘKOWE ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SKAŁ Zależność prędkości propagacji fali podłużnej od kierunku pomiaru w piaskowcach krośnieńskich z Mucharza wolniej szybciej

15 PRĘDKOŚĆ FALI UTRADŹWIĘKOWEJ W RÓŻNYCH SKAŁACH Vp w zależności od litologii - piaskowiec kunowski Vp w zależności od litologii - opoki i gezy Vp w zależności od litologii - piaskowiec krośnieński Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu Vp w zależności od litologii - granit Vp w zależności od litologii - bazalt Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu Vp [m/s] Vp w stanie ps Vp po suszeniu Vp po naw odnieniu

16 prędkość fali podłużnej (Vp) [m/s] prędkość fali podłużnej (Vp) [m/s] prędkość fali podłużnej (Vp) [m/s] ZAKŁAD GEOMECHANIKI Z A L E Ż N O Ś C I zależność prędkości fali podłużnej (Vp) od gęstości objętościowej zależność prędkości fali podłużnej (Vp) od porowatości otwartej zależność prędkości fali podłużnej (Vp) od porowatości całkowitej gęstość objętościowa (r b) [kg/m 3 ] porowatość otwarta (po) [%] porowatość całkowita (p) [%]