Determination of elastic constants of rocks


Cite item

Full Text

Abstract

The A. N. Stavrogin's experimental data are observed during triaxial compression of sandstone samples under proportional loading according to T. Karman's scheme. Sandstones have a sufficiently high porosity in the initial state, so their deformation within elasticity has the following peculiar properties. When the cylindrical sample is uniaxially compressed at small initial stresses (of the order of 0.05÷0.15 of the elastic limit), a nonlinear part is observed on the longitudinal strain diagram, which is associated with the material densification occurring on this section. This circumstance causes a certain difficulty in determining the modulus of elasticity. An elaboration of the method for determination the elastic constants (Young's modulus and Poisson's ratio) are proposed taking into account the initial deformation diagram's special feature, which was mentioned. Earlier A. N. Stavrogin proposed to consider on the longitudinal strain diagram a linear part from the indicated initial stress to the conditional elastic limit. The elastic modulus is determined by this part of the diagram. Linear extrapolation of this segment to zero stress level provides a virtually new point of origin for the longitudinal strain under consideration. In this paper, it is shown that under triaxial compression of a cylindrical specimen, the longitudinal strain (satisfying Hooke's law) can be measured from the same new point of origin, which is established under uniaxial compression. In this case, the lateral strain of the sample is considered in the such range of stress variation, at which the increment of the axial stress causes a negative increment in the lateral strain. Based on the initial experimental values of longitudinal and lateral strain, which were adjusted by this method, the conditional elastic limit was determined.

About the authors

Margarita Alekseevna Kulagina

Kyrgyz-Russian Slavic University named after B. N. Eltsin

Email: kulagina_m.a@mail.ru
without scientific degree, no status 44, Kievskaya st., Bishkek, 720000 Kyrgyz Republic

Boris Aleksandrovich Rychkov

Kyrgyz-Russian Slavic University named after B. N. Eltsin

Email: rychkovba@mail.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor 44, Kievskaya st., Bishkek, 720000 Kyrgyz Republic

Yulya Yurevna Stepanova

Kyrgyz-Russian Slavic University named after B. N. Eltsin

Email: stepanova_yulya_1995@mail.ru
without scientific degree, no status 44, Kievskaya st., Bishkek, 720000 Kyrgyz Republic

References

  1. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г., Пластичность горных пород, Недра, М., 1979, 305 с.
  2. Карташев Ю. М., Матвеев Б. В., Михеев Г. В., Фадеев А. Б., Прочность и деформируемость горных пород, Недра, М., 1979, 262 с.
  3. An introduction to rock mechanics, ed. H. Bock, Dept. of Civil and Systems Engineering, James Cook University of North Queensland, Townsville, Q., 1978, 342 pp.
  4. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г., Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах, Недра, М., 1985, 271 с.
  5. Стефанов Ю. П., "Численное моделирование деформирования разрушения горных пород на примере расчета поведения образцов песчаника", Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2008, № 1, 73-83
  6. Paterson M. S., Wong T., Experimental Rock Deformation-The Brittle Field, Springer, Berlin, 2005, x+348 pp.
  7. Kachanov M., "On the Effective Elastic Properties of Cracked Solids - Editor's Comments", Int. J. Fract., 146:4 (2007), 295-299
  8. Китаева Д. А., Пазылов Ш. Т., Рудаев Я. И., "О приложении методов нелинейной динамики в механике материалов", Вестник Пермского государственного технического университета. Математическое моделирование систем и процессов, 2007, № 15, 46-70 с.
  9. Шваб А. А., "Экспериментально-аналитический метод определения характеристик квазиоднородного материала по упругопластическому анализу экспериментальных данных", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2012, № 2(27), 65-71
  10. Zhang J. C., Zhou S. H., Xu S. H., Fang L. G., "Evolution of the elastic properties of a bedded argillite damaged in cyclic triaxial tests", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 58 (2013), 103-110
  11. Сукнëв С. В., Фëдоров С. П., "Методы определения упругих свойств горных пород", Наука и образование, 2014, № 1(73), 18-24
  12. DIN EN 14580:2005-07. Prüfverfahren für Naturstein - Bestimmung des statischen Elastizitätsmoduls [Natural stone test methods - Determination of static elastic modulus], Deutsches Institut für Normung, Berlin, 2005, 15 pp. (In German)
  13. Сукнëв С. В., "Определение модуля упругости горных пород при сжатии", Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 83:12 (2017), 52-57
  14. Malkowski P., Ostrowski Ł., "The Methodology for the Young Modulus Derivation for Rocks and Its Value", Procedia Engineering, 191 (2017), 134-141
  15. Peng J., Cai M, Liu D., He M., Zhou Ch., "A Phenomenological Model of Brittle Rocks under Uniaxial Compression", International Journal of Georesources and Environment, 1:2 (2015), 53-62
  16. Mogi K., Experimental rock mechanics, CRC Press, London, 2007, 375 pp.
  17. Комарцов Н. М., Кулагина М. А., Рычков Б. А., "О трактовке модуля упругости горных пород", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 22:3 (2018), 487-503
  18. Аннин Б. Д., Остросаблин Н. И., "Анизотропия упругих свойств материалов", Прикладная механика и техническая физика, 49:6 (2008), 131-151
  19. Рычков Б. А., "Концепция скольжения и механика ортотропного материала", Изв. РАН. МТТ, 1996, № 1, 70-79
  20. Рычков Б. А., "О деформационном упрочнении горных пород", Изв. РАН. МТТ, 1999, № 2, 115-124
  21. Ставрогин А. Н., Георгиевский В. С., Каталог механических свойств горных пород, ВНИМИ, Л., 1972, 267 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».