Материалы

Влияние водонасыщения осадочных пород на их физико-механические характеристики

• 
• 

Рейтинг:   / 1

ПлохоОтлично 

Подробности

Категория: Содержание №4 2020

Обновлено 31 Август 2020

Опубликовано 31 Август 2020

Просмотров: 244

Authors:

Д. В. Бабец, orcid.org/0000-0002-5486-9268, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А. С. Ковров, orcid.org/0000-0003-3364-119X, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

С. К. Молдабаев, orcid.org/0000-0001-8913-9014, Satbayev University, г. Алматы, Республика Казахстан, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Р. Н. Терещук, orcid.org/0000-0003-4509-2511, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Д. О. Сосна, orcid.org/0000-0002-0521-8661, Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина, e‑mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 повний текст / full article

Abstract:

Цель. Определить некоторые закономерности снижения прочности суглинистых почв и слабых осадочных пород, характерных для Западного Донбасса, в условиях водонасыщения для оценки их устойчивости в геотехнологиях и прогнозирования георисков.

Методика. В работе описаны две методики экспериментальных испытаний осадочных горных пород, позволяющие определить их прочностные характеристики при условии влагонасыщения. Породные образцы песчаников, аргиллитов и алевролитов после искусственного насыщения шахтной водой подвергались испытаниям на гидравлическом прессе KL 200/CE для определения предела прочности на одноосевое сжатие. Для мягких суглинистых пород применен метод определения физико-механических характеристик с использованием одноплоскостного срезного прибора ПС-10 при различном влагонасыщении образцов.

Результаты. По результатам компрессионных испытаний получены прочностные характеристики для образцов песчаников, аргиллитов и алевролитов, в частности, значения прочности на одноосное сжатие при различных степенях влагонасыщения. Выполнена статистическая обработка полученных экспериментальных данных. Установлена относительная вариация значений прочности на сжатие для различных степеней водонасыщения, построены регрессионные зависимости потери прочности осадочных пород в зависимости от влажности массива. Для мягких суглинистых пород получены значения сцепления С и угла внутреннего трения j в зависимости от влагонасыщения.

Научная новизна. Установлено, что относительная вариация прочности на одноосное сжатие увеличивается с увеличением содержания воды в образцах осадочных пород. Наиболее интенсивное снижение прочности образцов песчаников, аргиллитов и алевролитов происходит при повышении влажности от 1 до 2 %. В водонасыщенном состоянии прочность осадочных пород для условий Западного Донбасса снижается в 1,5–2,5 раза. Для мягких суглинистых пород установлены критические значения прочностных свойств в зависимости от влагонасыщения, при которых активируются деформационные процессы: для светло-желтого лессового суглинка – С = 17 кПа и j = 14°; для желто-бурого плотного суглинка – С = 29 кПа и j = 17°.

Практическая значимость. Получены поправочные коэффициенты влажности для определения расчетных физико-механических характеристик осадочных пород Западного Донбасса, что позволяет прогнозировать геомеханические процессы в породном массиве и определять параметры систем разработки. Полученные значения сцепления и угла внутреннего трения для суглинистых пород в зависимости от влажности позволяют прогнозировать устойчивые параметры откосов карьеров и отвалов.

References.

1. Li, P., & Qian, H. (2018). Water in Loess. In: Encyclopedia of Sustainability Science and Technology. Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2493-6_968-1.

2. Babets, D. (2018). Rock Mass Strength Estimation Using Structural Factor Based on Statistical Strength Theory. Solid State Phenomena, 277, 111-122.  https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.277.111.

3. Wong, L. N. Y., Maruvanchery, V., & Liu, G. (2016). Water effects on rock strength and stiffness degradation. Acta Geotech, 11, 713-737. https://doi.org/10.1007/s11440-015-0407-7.

4. Liu, B., Sun, Y., Wang, B., Han, Ya., Zhang, R., & Wang, J. (2020). Effect of water content on mechanical and electrical characteristics of the water-rich sandstone during freezing. Environmental Earth Sciences, 79, 236. https://doi.org/10.1007/s12665-020-08991-8.

5. Suknev, S. V. (2016). Determination of the static modulus of elasticity and Poisson’s ratio of rocks with changes in humidity. Mining information-analytical bulletin, 7, 108-116.

6. Zhang, D., Pathegama Gamage, R., Perera, M. S. A., Zhang, C., & Wanniarachchi, W. A. M. (2017). Influence of Water Saturation on the Mechanical Behaviour of Low-Permeability Reservoir Rocks. Energies, 10, 236. https://doi.org/10.3390/en10020236.

7. Cai, X., Zhou, Z., Liu, K., Du, X., & Zang, H. (2019). Water-Weakening Effects on the Mechanical Behavior of Different Rock Types: Phenomena and Mechanisms. Applied Sciences, 9(20), 4450. https://doi.org/10.3390/app9204450.

8. Liu, X., Zhang, M., Zhang, H., Jia, Y., & Shan, H. (2017). Physical and mechanical properties of loess discharged from the Yellow River into the Bohai Sea, China. Engineering Geology, 227, 4-11. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.04.019.

9. Shashenko, O., Shapoval, V., Kovrov, O., Skobenko, A., Tiutkin, O., Babii, K., …, & Slobodyanyuk, S. (2019). Determining the influence of physical nonlinearity of soil strength properties on the estimated base resistance. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies: Applied mechanics, 6/7(102),19-27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.184946.

10. Shapoval, V., Shashenko, O., Hapieiev, S., Khalymendyk, O., & Andrieiev, V. (2020). Stability assessment of the slopes and side-hills with account of the excess pressure in the pore liquid. Mining of Mineral Deposits, 14(1), 91-99. https://doi.org/10.33271/mining14.01.091.

11. Sadovenko, I. O., Puhach, A. M., & Dereviahina, N. I. (2019). Investigation of hydrogeomechanical parameters of loess massifs in conditions of technogenic underflooding and development of technical recommendations for strengthening of bases of foundations. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 28(1), 173-179. https://doi.org/10.15421/111918.

12. Yates, K., & Fenton, C. (2017). A methodology for examining soil-water characteristics of Banks Peninsula Loess, NZ. In: G. J. Alexander & C. Y. Chin (Eds.) Proc. 20 ^th NZGS Geotechnical Symposium. Napier.

13. Sobko, B., Drebenstedt, C., & Lozhnikov, O. (2017). Selection of environmentally safe open-pit technology for mining water-bearing deposits. Mining of Mineral Deposits, 11(3), 70-75. https://doi.org/10.15407/mining11.03.070.

14. Tereshchuk, R. M., Khoziaikina, N. V., & Babets, D. V. (2018). Substantiation of rational roof-bolting parameters Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (1), 19-26. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-1/18.

15. Solodyankin, O., Kovrov, O., & Ruban, N. (2015). Investigation of physical and mechanical properties of subsiding soils at the Yevpatoriyskaya ravine located in the City of Dnepropetrovsk. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (1), 15-20.

16. Sdvyzhkova, O., Gapeiev, S., & Tykhonenko, V. (2015). Stochastic model of rock mass strength in terms of random distance between joints. In: New Developments in Mining Engineering, (pp. 299-303). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b19901-53.

• < Назад
• Вперёд >