งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

L. Archwichai พฤติกรรมเชิงกลของหิน หมายถึง การ ตอบสนองต่อแรงกดดัน (stress) ที่กระทำ ซึ่ง แบ่งออกได้หลายแบบ เช่น การแตก (fracturing) หรือ การไหลโดยไม่แตก.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


งานนำเสนอเรื่อง: "L. Archwichai พฤติกรรมเชิงกลของหิน หมายถึง การ ตอบสนองต่อแรงกดดัน (stress) ที่กระทำ ซึ่ง แบ่งออกได้หลายแบบ เช่น การแตก (fracturing) หรือ การไหลโดยไม่แตก."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 L. Archwichai พฤติกรรมเชิงกลของหิน หมายถึง การ ตอบสนองต่อแรงกดดัน (stress) ที่กระทำ ซึ่ง แบ่งออกได้หลายแบบ เช่น การแตก (fracturing) หรือ การไหลโดยไม่แตก (flow) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ ชนิดของหินและสภาวะ แวดล้อมทางกายภาพของการเสียรูป ได้แก่ ความดัน อุณหภูมิ และอัตราการเกิด ความเครียด (strain rate) หินชนิดเดียวกันจะ มีพฤติกรรมแตกต่างกัน หากอยู่ในสภาวะ แวดล้อมที่ต่างกัน Mechanical behavior อธิบายได้โดย พิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยแรง กดดันกับความเครียด (stress-strain relationship) 1

2 L. Archwichai Elastic Plastic Viscous Elasticoplastic Elasticoviscous Viscoelastic Plasticoviscous Behaviors of Ideal Materials 1.1 พฤติกรรมของวัตถุในอุดมคติ (Ideal Materials) Ideal materials หมายถึง Homogeneous and isotropic materials

3 1. Elastic (Hookean) Behavior เมื่ออยู่ภายใต้ stress วัตถุจะเกิด strain แบบทันทีทันใด เมื่อ applied stress หายไป strain จะหายไปด้วย และ strain ที่เกิดขึ้นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ applied stress Stress (  ) Strain (  )   Spring  E  E = Young’s Modulus  = Compressive or tensile stress  = linear strain  G  G = Shear Modulus  = Shear stress  = shear strain

4 Dilation โดย hydrostatic stress หรือ mean stresss  K  V/ V K = Bulk Modulus  = Hydrostatic or mean stress  V / V = Volumetric strain E = 2 (1+ ) G = 3 (1-2 ) K = Poisson’s ratio =  l /  a = lateral strain / axial strain ความสัมพันธ์ระหว่าง elastic moduli E, G และ K = 0.25 for hard rock = 0.5 for saturated clay ll aa

5 2. Plastic (St. Venant) Behavior เมื่ออยู่ภายใต้ stress วัตถุจะเกิด strain ก็ต่อเมื่อ applied stress มากกว่า yield stress และวัตถุจะไม่กลับคืนสู่สภาพเดิม แม้ว่า applied stress จะหมดไป Stress (  ) Strain (  ) Sliding block “Permanent strain” Yield point

6 3. Elasticoplastic Behavior วัตถุจะเกิด elastic strain เมื่อ applied stress ต่ำกว่า yield stress ( จุด b บน stress-strain curve) และจะเกิด plastic strain เมื่อ applied stress สูงกว่า yield stress Stress (  ) Strain (  ) Sliding block Spring a = Proportional limit b = Yield point a - b = Anelastic behavior a b Anelastic behavior = Time- deoendent elastic strain

7 4. Viscous Behavior วัตถุจะเกิดการไหล (flow) ภายใต้ applied stress การไหลจะช้าหรือเร็ว ขึ้นกับความต้านทานภายใน ของวัตถุ เรียกว่า ความหนืด (viscosity) ของวัตถุ ปกติเป็นพฤติกรรมของของไหล (fluid) แต่ของแข็ง อาจไหลได้ภายใต้สภาพที่มีความดันและอุณหภูมิสูง หรือ เกิดความเครียดในอัตราที่ช้ามาก ๆ Strain (  ) time (t) Dashpot  =   ฐ  = Shear stress (dyne/cm 2 )  = Viscosity (poise = dyne.sec/cm 2 )  ฐ = Strain rate (sec -1 ) Newtonian fluid Non-Newtonian fluid She ar stre ss (  ) Strain rate (  ฐ ) dd d(d  /dt)  = d  / (d 2  /d t 2 ) Newtonian fluid: water Non-Newtonian fluid: polymer, crystalline materials

8 5. Elasticoviscous (Maxwell) Behavior วัตถุจะเกิด elastic strain ภายใต้ elastic limit และจะเกิด permanent strain อย่างต่อเนื่อง ภายใต้ applied stress ที่คงที่และมีค่าน้อยกว่า yield stress ปรากฏการณ์ที่วัตถุแสดง viscous behavior โดย stress คงที่ เรียกว่า “Creep” วัตถุ เหล่านี้ ได้แก่ wax, tar Strain (  ) time (t) Dashpot  t =  E  t   t = Total strain  = Applied stress Spring E = Young’s modulus  = Viscosity t = Time Transient creep Steady-state creep Accelerating creep

9 6. Viscoelastic (Kelvin-Voight) Behavior วัตถุจะเกิด elastic strain แต่ใช้เวลาในการ เกิดและการคืนตัว ความสัมพันธ์ระหว่าง stress-strain เป็นแบบ non-linear (exponential) กับเวลา เรียกว่า “Anelastic behavior” Strain (  ) time (t) UnloadingLoading  = e t Dashpot Spring

10 7. Plasticoviscous (Bingham) Behavior วัตถุจะเกิด permanent (plastic + viscous) strain เมื่อ applied stress มากกว่า yield stress ตัวอย่างเช่น suspension ของ solid particles ใน viscous fluid เช่น bentonite mud เป็นต้น สามารถใช้อธิบายการเกิด “strain hardening” ใน ของแข็ง Stress (  ) Strain (  ) Strain Hardening Strain (  ) Time (t) Plastic strain Viscous strain Dashpot Sliding Block

11 4.2 Brittle and Ductile Behaviors of Rocks Brittle material: วัตถุที่เกิด elastic และ plastic strain และเกิดรอยแตก (fracture) ขณะที่ strain  ฃ 5% Stress (  ) Strain (  ) Fracturing Ductile material: วัตถุที่เกิด elastic และ plastic strain และเกิดรอยแตก (fracture) ขณะที่ strain ณ  10% Brittle-Ductile Transition: ช่วงที่ Strain มีค่า ระหว่าง  5% - 10% 510 Brittle failure Ductile failure Failure: การที่ วัตถุไม่สามารถ ต้านทานต่อ applied stress ได้อีกต่อไป โดย จะแสดงออกในรูป ของ fracture หรือ flow อย่าง ต่อเนื่อง Fracturing

12 4.3 Brittle Failure of Rocks Failure ของหินที่แสดง brittle behavior อาจ เป็นการแตกแบบ extension fracture ใน กรณีที่เปราะมาก (very brittle) หรือ shear fracture ในกรณีที่ เหนียว (ductile) มาก ขึ้น Stress (  ) Strain (  ) Fracturing 510 กำลัง (Strength) คือ ปริมาณ ของ applied stress ที่วัตถุ ไม่สามารถแบกรับได้ จึงเกิด failure ขึ้น ได้แก่ Compressive strength Shear strength Tensile strength Extension fracture Shear fracture

13 Failure Criteria (1) Coulomb-Navier Criterion  ,                1 +  3 2  1 -  3 cos 2  2  1 -  3 sin 2  2   =   =  c  Failure Envelop    c  tan    = Shear strength c = Cohesive strength  = Normal stress  = Angle 0f internal friction 1 2 3

14  1 +  3 2  1 -  3 cos 2  tan  2 แทนสมการ (2) และ (3) ใน (1)  1 -  3 sin 2  2 = C +   1 =  3 + C +  3 tan  sin 2  / 2 - cos 2  tan  ค่า  1 ที่น้อยที่สุดที่ทำให้เกิด shear fracture ในวัตถุตามแนวระนาบที่มีค่า   และ   เป็นไป ตาม Coulomb-Navier criterion ของการเกิด Shear failure หาได้โดยหลักการหาค่า maximum และ minimum ของ function นั่น คือ  1 มีค่า minimum ก็ต่อเมื่อ sin 2  / 2 - cos 2  tan  มีค่า  maximum 4

15 d (sin 2  / 2 - cos 2  tan  d  cos 2  + 2 sin  cos  tan  cos 2  = - tan  sin 2  cot 2  = cot (90  +  ) 2  = 90  +   = 45  +  / 2  = 45  -  / 2 (  = 90  -  )       

16 4  t  =  1 { (1 + tan 2    tan  3 { (1 + tan 2    tan     2) Griffith’s Criteria Griffith’s Criteria ชี้ว่า fractture จะเกิดจากการ ขยายตัวของ micro-cracks รูปวงรี (ellitical cracks) ที่มี อยู่แล้วในวัตถุ โดยที่ micro- cracks เหล่านี้จะวางตัวแบบ ไม่เป็นระเบียบ ได้แก่ grain- boundary, pore space และ inclusions เป็นต้น Micro-cracks จะขยายตัวจน กลายเป็น fracture เมื่อ tensile stress ตรงปลายทั้ง สองของ micro-cracks มีค่า มากกว่า tensile strength ของวัตถุ   t  = Tensile strenght 5

17 4.2 Experimental Deformation of Rocks ผลจากการทดลองพบว่าปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการ แปรรูปของหิน คือ Nature of rocks: Composition Texture Isotropy & Anisotropy Homogeneity Environmetal Conditions: Temperature Confining pressure Strain rate ข้อพึงตระหนัก : การแปรรูปในธรรมชาติอาจแตดต่างจากการแปรรูป ในห้องทดลอง ได้แก่ Stress system มีการแปรผันมากกว่า หรือซับซ้อน กว่ามาก Strain rate ต่ำกว่ามาก Rork body มีขนาดใหญ่กว่ามาก Homogeity & Isotropy ต่ำกว่า

18    =   Equipment: Triaxial Compression Machine (with Temperature Control)   = Direct stress   =   = Confining Pressure   -   = Differential stress 

19 Extension fracture (1 bar) Brittle shear fracture (300 bar) Plastic failure (1 kbar) Types of failure observed in experimentally deformed limestone at varying confining pressure

20 Sress-strain curves from experiment on Solenhofen Limestone at varying temperature

21 Sress-strain curves from experiment on Crown Point Limestone at varying confining pressure

22 Sress-strain curves from experiment on Yule Marble at varying strain rate Yule Marble 5000 bars 500  C

23 4.5 Deformation Mechanism of Rocks กระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการทดลอง Fracturing Faulting Kinking Solid flow Increasing ductility Fracturing: หินเกิดรอยแตก อาจเป็นแบบ extension หรือ shear fracture Faulting: หินเกิดรอยแตก และเลื่อนออกจากกัน Kinking: Angular fold เกิดโดย kink band ขนานกับ shear plane Solid Flow: หินแปรรูปอย่างถาวรโดยไม่มี fracture ปรากฏให้เห็นด้วยตาเปล่า กระบวนการ เกิด solid flow ได้แก่ cataclasis, grain- boundary sliding, pressure solution, crystal plasticity และ recrystallization

24 Original aggregate (A) Crystal plasticity (B) Grain-boundary sliding (C) Pressure solution Deformation Mechanism in Rocks (Solid Flow)

25 Cataclasis: Mineral grains ในหินถูกบดและขัดสี (Crushing & grinding) จนแตกเป็นเม็ดเล็กลง และ บางส่วนป่นเป็นผง จากนั้นเกิดการเคลื่อนระหว่างเม็ด แร่ (intergranular displacement) ช่วยให้มวลหิน แปรรูปโดยไม่เห็นรอยแตกขนาดใหญ่ เกิดได้ใน สภาวะที่มี confining pressure สูงแต่ temperature ต่ำ

26 Sandstone shortened 40% at 5 kbr C.P., 1 kbar pore pressure, and 500 o C. Gouge zone

27 Pressure solution: เป็นกระบวนการหนึ่งของ Diffusional mass transfer ในหิน วัตถุจะละลาย เนื่องจาก stress ที่ concentrate ที่จุดสัมผัสของ grain ที่อยู่ติดกันกลายเป็นสารละลาย ไหลไปสะสม และตกผลึกตรงด้านที่มี stress ต่ำกว่า กระบวนการ นี้เกิดที่ T < 350 o C และต้องมีน้ำ

28 Pressure solution in carbonate rocks

29 Crystal plasticity: เกิดจากการเคลื่อนย้ายอะตอมใน ผลึก อาจเป็นแบบ translation gliding หรือ mechanical twinning ทำให้เกิดการเรียงตัวของเม็ด แร่ในหิน (Preferred-orientattion) Translation gliding Mechanical twinning

30 Recrystallization: เกิดภายใต้อุณหภูมิสูง โดย solid diffusion มีผลทำ ให้เม็ดแร่ที่มี strain สูงเปลี่ยนเป็นเม็ดแร่ที่ปราศจาก strain ทีมีขนาดเล็กลงหรือใหญ่ขึ้น ทั้งนี้ขึ้นกับ สภาวะของการแปรรูปและอุณหภูมิ มักพบใน Medium- ถึง High-grade metamorphics Syntectonic Recrystallization: เกิดระหว่าง deformation เม็ดแร่มีขนาดเล็กลง อาจเรียกอีก อย่างหนึ่ง ว่า “Dynamic recrystallization” Post-tectonic (Static) Recrystallization: เกิดภายหลังจาก deformation เนื่องจากความร้อน ที่หลงเหลืออยู่ ทำให้เม็ดแร่มีขนาดใหญ่ขึ้นและมี ขอบผลึกเป็นแนวตรง grain-boundaries ทำมุม ประมาณ 120 o อาจเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า “Annealing”

31 Partial dynamic recrystallization of strained quartz grains in quartzite (Upper Left & Upper Right) Complete dynamic recrystallization of strained quartz grains in quartzite

32 Static Recrystallization: เกิดภายหลังจาก deformation เนื่องจากความร้อนที่หลงเหลืออยู่ ทำให้ เม็ดแร่มีขนาดใหญ่ขึ้นและมีขอบผลึกเป็นแนวตรง grain-boundaries ทำมุมประมาณ 120 o อาจเรียกอีก อย่างหนึ่งว่า “Annealing” Static Recrystallization (Annealing)

33 L. Archwichai33


ดาวน์โหลด ppt L. Archwichai พฤติกรรมเชิงกลของหิน หมายถึง การ ตอบสนองต่อแรงกดดัน (stress) ที่กระทำ ซึ่ง แบ่งออกได้หลายแบบ เช่น การแตก (fracturing) หรือ การไหลโดยไม่แตก.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


Ads by Google