On the interpretation of rocks elasticity modulus


Cite item

Full Text

Abstract

We consider the experimental data of the testing of rocks, performed by K. Mogi in his monograph “Experimental rock mechanics” which was published in 2007. Cylindrical samples of rocks were tested according to T. Karman’s scheme: on the first step, hydrostatic pressure was created up to different stress levels, on the second step the axial load was increased at a constant level of reached lateral pressure. During such a complex loading on the second step only the increment of axial strain was measured, which depends of the increment of the axial stress. In origin this dependence is presented in the form of graphs in real scale, which made it possible to convert these graphs into digital format in the form of tabular values. Two rocks are considered: Orikabe Diorite and Nabe-ishi Peridotite. According to the tables obtained, the stress-deformed state of these rocks in the second stage of complex loading for six test programs carried out in the experiment was analyzed. On each implemented loading path, a point is selected that corresponds to the axial stress with the same form of stress state. The latter, as is customary in geomechanics, is characterized by the ratio of the average principal stress to the maximum main stress. Thus, a (calculated) trajectory of proportional loading is distinguished for all stress levels within the elastic range. It is demonstrated that for such calculated loading paths, the experimental value of the increment of axial strain (within the elastic range) is a linear function of the increment of the axial stress. This proves the applicability of the generalized Hooke’s law. As a result, the Young’s modulus and the Poisson’s ratio are determined and shown that they (with respect to rocks) are indeed elastic constants, and not variable quantities, as it is sometimes interpreted.

About the authors

Nikita M Komartsov

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

Email: komartsovnm@mail.ru
Cand. Phys. & Math. Sci., Associate Professor 44, Kievskaya st., Bishkek, 720000 Kyrgyz Republic

Margarita A Kulagina

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

Email: kulagina_m.a@mail.ru
Postgraduate Student 44, Kievskaya st., Bishkek, 720000 Kyrgyz Republic

Boris A Rychkov

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

Email: rychkovba@mail.ru
Dr. Phys. & Math. Sci., Professor 44, Kievskaya st., Bishkek, 720000 Kyrgyz Republic

References

  1. Mogi K. Experimental rock mechanics. London: CRC Press, 2007. 375 pp. doi: 10.1201/9780203964446.
  2. Al-Shayea N. A. Effects of testing methods and conditions on the elastic properties of limestone rock // Engineering Geology, 2004. vol. 74, no. 1-2. pp. 139-156. doi: 10.1016/j.enggeo.2004.03.007.
  3. Xu H., Zhou W., Xie R., et al. Characterization of Rock Mechanical Properties Using Lab Tests and Numerical Interpretation Model of Well Logs // Mathematical Problems in Engineering, 2016. vol. 2016, no. 1, 5967159. 13 pp. doi: 10.1007/978-3-642-33911-0_1.
  4. Стефанов Ю. П. Некоторые нелинейные эффекты поведения горных пород // Физическая мезомеханика, 2016. Т. 19, № 6. С. 54-61.
  5. Сукнёв С. В., Фёдоров С. П. Методы определения упругих свойств горных пород // Наука и образование, 2014. № 1(73). С. 18-24.
  6. ГОСТ 28985-97. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии. М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. 10 с.
  7. DIN EN 14580:2005-07. Prüfverfahren für Naturstein - Bestimmung des statischen Elastizitätsmoduls [Natural stone test methods - Determination of static elastic modulus]. Berlin: Deutsches Institut für Normung, 2005. 15 pp. (In German)
  8. ASTM D7012-10. Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures. West Conshohocken, PA: ASTM international, 2010. doi: 10.1520/D7012-10.
  9. Franklin J. A., Hoek E. Developments in Triaxial Testing Equipment // Rock Mech., 1970. vol. 2. pp. 223-228.
  10. Ma C.; Guo C.; Pan S., Zhou Y. Development and application of rock triaxial tensile test device // Rock and Soil Mechanics. vol. 39, no. 1. pp. 537-543. doi: 10.16285/j.rsm.2017.2541.
  11. Bukowska M., Sanetra U. The tests of the conventional triaxial granite and dolomite compression in the aspect of their mechanical properties // Mineral Resources Management, 2008. vol. 24, no. 2. pp. 345-358.
  12. Nowakowski A. On certain determinantal method of equation and effective pressure evaluation on the basis of laboratory researches // Archives of Mining Sciences, 2007. vol. 52, no. 4. pp. 587-610.
  13. Kamp L. T., Konietzky H., Blumling P., et al. Micromechanical back-analysis of laboratory tests on rock / Numerical Models in Geomechanics - NUMOG VII, 1999. pp. 411-416.
  14. Сукнёв С. В. Определение модуля упругости горных пород при сжатии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2017. Т. 83, № 12. С. 52-57. doi: 10.26896/1028-6861-2017-83-12-52-57.
  15. Paterson M. S., Wong T. Experimental Rock Deformation - The Brittle Field. Berlin: Springer, 2005. x+347 pp. doi: 10.1007/b137431.
  16. Mishra D. A., Janeček I. Laboratory Triaxial Testing - from Historical Outlooks to Technical Aspects // Procedia Engineering, 2017. vol. 191. pp. 342-351. doi: 10.1016/j.proeng.2017.05.190.
  17. Li X., Shi L., Bai B., Li Q., Xu D., et al. True-triaxial testing techniques for rocks-State of the art and future perspectives / True triaxial testing of rocks / Geomechanics Research Series, 4. Leiden, Netherlands: CRC Press, 2012. pp. 3-18.
  18. Михайлов-Михеев П. Б. Справочник по металлическим материалам турбино- и мотостроения. М.-Л.: Машгиз, 1961. 839 с.
  19. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Пластичность горных пород. М.: Недра, 1979. 305 с.
  20. Рычков Б. А. О деформационном упрочнении горных пород // Изв. РАН. МТТ, 1999. № 2. С. 115-124.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2018 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».