Evaluation of volumetric strain quantities and types of volumetric strain curves under failure-deformation process of hard brittle rocks

Abstract

Purpose. The aim of this work is to show whether or not a relationship exist among the different volumetric strain quantities and to assess also whether the volumetric quantities are related to the different types of volumetric strain curves under failure-deformation process of hard brittle rocks. Methods. Tests were conducted to determine the post failure stress-strain curves of different 83 rocks types under uniaxial compression using a closed loop servo-controlled testing system in accordance to ISRM (International Society for Rock Mechanics) suggested standards. Findings. The result show that the volumetric strains quantities are related by power form law. It was established that there is a connection between the volumetric strains quantities and the types of the volumetric strains curves. The first type volumetric strain curves contains the Class I and progress to Class II while the type three volumetric strain curves are entirely Class II rock. Originality. No experimental results have been published, which describe the connection between the type of volumetric strain curves and volumetric strain quantities or attempt to relate the volumetric strain quantities with type of post-failure stress-strain characteristic curves response of rocks under uniaxial compression. Most researchers in rock mechanics studies have so far been focused on the crack damage stress (σcd) and uniaxial compressive strength (σc) of characteristic stress levels during compression in which σcd = Ɛcd and σcd = σc to study deformation behavior of rocks. Practical implications. It was also observed that the difficulty in obtaining the post-failure curves increases from type one to type two and type three volumetric strain curves respectively. It could guide personnel conducting tests using closed-loop servo-controlled testing system, if dangerous situation or equipment damage could occur (especially with the third type deformation process) so that testing is performed safely. It could also be useful in understand-ding the total process of specimen deformation and estimation of the rocks brittleness (e.g. brittle for Class II and less brittle or ductile for Class I).

Мета. Встановлення та оцінка взаємозв’язку між різними величинами та типами кривих об’ємної деформації у процесі одноосьового стиску жорстких крихких порід. Методика. Повні криві напруження й деформації визначалися при необмеженому одноосьовому випробуванні на стиск з використанням системи сервокерованого контролю із замкнутим контуром для оцінки механічних властивостей 83 різних типів порід (53 вивержених, 10 осадових і 20 метаморфічних). Процедури випробувань для визначення повних кривих напружень і деформацій гірських порід, а також параметрів їх міцності проводилися відповідно до запропонованого ISRM методу. Результати. Дослідження показали, що залежність величин об’ємної деформації описується степеневим законом. Встановлено, що існує зв’язок між величинами об’ємної деформації та типами кривих, що її описують. Перший тип кривих об’ємної деформації відповідає породам класу I з переходом до класу II, у той час як криві третього типу повністю відповідають породам класу II. Наукова новизна. Вперше експериментальним шляхом встановлено взаємозв’язок між типами кривих об’ємної деформації та її величиною. Зроблені перші спроби пов’язати величину об’ємної деформації з кривими напруження – деформації порід після руйнування при одноосьовому стиску, у той час як попередні результати отримані під час стиску. Практична значимість. Складність отримання кривих для стану породи після руйнування збільшується з переходом від 1 типу кривих об’ємної деформації до 2 і 3 типу, що є важливим аспектом для безпечного тестування порід персоналом. Результати роботи представляють інтерес для розуміння загальних процесів деформації зразка та оцінки крихкості порід (наприклад, крихкі породи класу II і менш крихкі або більш пластичні породи класу I).

Цель. Установление и оценка взаимосвязи между различными величинами и типами кривых объемной деформации в процессе одноосного сжатия жестких хрупких пород. Методика. Полные кривые напряжения и деформации определялись при неограниченном одноосном испытании на сжатие с использованием системы сервоуправляемого контроля с замкнутым контуром для оценки механических свойств 83 различных типов пород (53 изверженных, 10 осадочных и 20 метаморфических). Процедуры испытаний для определения полных кривых напряжений и деформаций горных пород, а также параметров их прочности проводились в соответствии с предложенным ISRM методом. Результаты. Исследование показали, что зависимость величин объемной деформации описывается степенным законом. Установлено, что существует связь между величинами объемной деформации и типами описывающих ее кривых. Первый тип кривых объемной деформации соответствует породам класса I с переходом к классу II, в то время как кривые третьего типа полностью соответствуют породам класса II. Научная новизна. Впервые экспериментальным путем установлена взаимосвязь между типами кривых объемной деформации и ее величиной. Предприняты первые попытки связать величину объемной деформации с кривыми напряжения – деформации пород после разрушения при одноосном сжатии, в то время как предыдущие результаты получены во время сжатия. Практическая значимость. Сложность получения кривых для состояния породы после разрушения увеличивается по мере перехода от 1 типа кривых объемной деформации ко 2 и 3 типу, что является важным аспектом для безопасного тестирования пород персоналом. Результаты работы представляют интерес для понимания общих процессов деформации образца и оценки хрупкости пород (например, хрупкие породы класса II и менее хрупкие или более пластичные породы класса I).