Wydział Górnictwa i Geoinżynierii		Swędrowska Dominika			Budownictwo III
Nr ćw.: 6	TEMAT: Oznaczenie współczynnika pęcznienia skał .
Grupa 2/2			Rok akademicki 2002/2003	Data wykonania 18.12.2002		OCENA:

Cel ćwiczenia:

Ćwiczenie wykonujemy dla dwóch rodzajów skał: zwięzłych i spoistych. Dla skał zwięzłych badanie obejmuje określenie odkształcenia pęcznienia, współczynnika pęcznienia i wilgotności po spęcznieniu. Badanie należy przeprowadzić na próbkach skalnych nie podlegających rozmakaniu. Dla skał zwięzłych mierzy się odkształcenia próbki skrępowanej w wyniku jej pęcznienia. Badanie przeprowadza się na próbce skały spoistej o nienaruszonej strukturze, a wchłanianie wody przez próbkę następuje od jej dolnej powierzchni do górnej.

Opracowanie wyników:

SKAŁA ZWIĘZŁA

Rodzaj skał								łupek ilasty
ms - masa próbki suchej, g								32,08
Lx - wymiar próbki w kierunku x , mm								23,60
Ly - wymiar próbki w kierunku y, mm								27,20
Lz - wymiar próbki w kierunku z, mm								22,60
V0 - objętość początkowa próbki, mm^3								14507,39
Wskazania czujników 1-5 oraz odkształcenia [mm] próbki w kierunku x,y,z po czasie τ:
τ [min]	Czujnik			Czujnik			Czujnik		pz		
		1	2	px	3	4	py	5
5 10 15 20 30 40 50 60	0,02 0,02 0,025 0,025 0,04 0,06 0,07 0,07	0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01	0,085 0,127 0,148 0,148 0,212 0,297 0,339 0,339	0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,015	0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04	0,110 0,110 0,110 0,110 0,110 0,147 0,184 0,202	0,03 0,07 0,11 0,14 0,14 0,18 0,19 0,21		0,133 0,310 0,487 0,619 0,619 0,796 0,841 0,929		0,328 0,547 0,745 0,878 0,942 1,240 1,364 1,470
Vk - objętość końcowa próbki w mm^3										14721,54
Pv - współczynnik pęcznienia, %										1,48
mk - masa próbki wilgotnej i max spęczniałej, g										33,62
Wps - wilgotność po spęcznieniu, %										4,80

Odkształcenie pęcznienia ε_p oblicza się ze dla każdego kierunku pomiaru ze wzorów:

gdzie:

ε_px, ε_py, ε_pz - odkształcenia pęcznienia w kierunku x, y, z; %

Δx, Δy, Δz - maksymalne przemieszczenia w kierunku x, y, z; mm

L_x, L_y, L_z - początkowe odległości między punktami pomiaru w kierunku x, y, z;

mm

Odkształcenie objętościowe Θ oblicza się ze wzoru:

Współczynnik pęcznienia P_v, oznaczający stosunek przyrostu objętości próbki przy maksymalnym spęcznieniu do jej objętości początkowej, oblicza się ze wzoru:

gdzie:

P_v - współczynnik pęcznienia określany w warunkach nieograniczonego pęcznienia próbki; %

V_k - objętość końcowa próbki skalnej maksymalnie spęczniałej; mm³

V₀ - objętość początkowa próbki skalnej; mm³

Wilgotność po spęcznieniu W_ps, oznaczającą procentowy stosunek mas wody pochłoniętej przez próbkę do masy suchej próbki:

gdzie:

W_ps - wilgotność po spęcznieniu; %

m_w - masa próbki wilgotnej i maksymalnie spęczniałej; g

m_s - masa próbki suchej; g

SKAŁA SPOISTA

Rodzaj skał			less
h0 - wysokość początkowa próbki skalnej, mm			9,8
Wskazania czujnika oraz zmiana wysokości próbki po czasie τ
Czas τ [min]	Wskazanie czujnika [mm]	Przyrost wysokości próbki [mm]	Wysokość próbki [mm]
1 2 3 4 7 8 9 12 14 18 24 28 40 50 60	0,71 1,09 1,32 1,48 1,82 1,95 2,02 2,18 2,27 2,31 2,33 2,36 2,39 2,40 2,41	0,71 0,38 0,23 0,16 0,34 0,13 0,07 0,16 0,09 0,04 0,02 0,03 0,03 0,01 0,01	10,51 10,89 11,12 11,28 11,62 11,75 11,82 11,98 12,07 12,11 12,13 12,16 12,19 12,20 12,21
Ph - współczynnik pęcznienia, %			24,59

Współczynnik pęcznienia P_h, oznaczający stosunek przyrostu wysokości próbki przy maksymalnym spęcznieniu do jej wysokości początkowej oblicza się ze wzoru:

gdzie:

P_h - określany w warunkach ograniczonego pęcznienia próbki; %

h_k - wysokość końcowa próbki skalnej maksymalnie spęczniałej; mm

h_o - początkowa wysokość próbki skalnej; mm

Wnioski:

Pęcznieniem nazywamy zdolność skał do zwiększania swej objętości przy nasyceniu wodą. Pęcznienie powodowane jest przez materiały ilaste mające charakter hydrofilny, czyli wokół poszczególnych cząstek materiału ilastego tworzy się otoczka z wody, a ponieważ cząstki ilaste są małe i jest ich bardzo dużo powoduje to znaczny wzrost objętości danej skały. Na pęcznienie wpływ ma także uwarstwienie, ponieważ pomiędzy poszczególnymi warstwami znajduje się tzw. warstwa osłabionej spójności, więc woda „wciskając się” w takie miejsce powoduje wzrost wysokości lub szerokości danej próbki skalnej.

Współczynnik pęcznienia określa stosunek przyrostu objętości lub wysokości skały spęczniałej do objętości lub wysokości pierwotnej. W przypadku badanego w ćwiczeniu łupku ilastego, można zauważyć, że w kierunku Z (widoczne na wykresie odkształceń) występowało uwarstwienia próbki, gdyż tylko w tym kierunku nastąpił największy przyrost wysokości. Less jest skałą bardzo podatną na pęcznienie (zawiera duże ilości iłu), - ciągu godziny wysokość próbki zwiększyła się o prawie 25 % (największy wzrost nastąpił w ciągu kilkunastu pierwszych minut), a dla skały zwięzłej współczynnik pęcznienia wyniósł tylko 1,5 %.

---