Giáo trình Nguyên lý phá hủy đất đá (Nghề Khoan khai thác dầu khí Cao đẳng)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.36 MB, 121 trang )
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC : NGUN LÝ PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ
NGHỀ
: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ
TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022
(Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Trang 1
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình “Nguyên lý phá hủy đất đá” được biên soạn theo chương trình đào tạo
nghề “Khoan khai thác dầu khí” của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Các kiến
thức trong tồn bộ giáo trình có mối liên hệ lơgic chặt chẽ. Tuy vậy, giáo trình cũng chỉ
là một phần trong nội dung của chuyên ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cần
tham khảo thêm các giáo trình có liên quan đối với ngành học để việc sử dụng giáo trình
có hiệu quả hơn.
Khi biên soạn giáo trình chúng tơi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới liên
quan đến môn học “Nguyên lý phá hủy đất đá” phù hợp với đối tượng sử dụng cũng
như cố gắng gắn những nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong
sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao.
Nội dung của giáo trình được biên soạn gồm 6 chương:
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Chương 2: Xác định tính chất cơ học của đất đá bằng phương pháp ấn đột
Chương 3: Trạng thái ứng suất và cơ chế phá hủy khi ấn đột
Chương 4: Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất cơ học đất đá và cơ chế phá huỷ sơ
cấp
Chương 5: Các quá trình phá hủy phức tạp
Chương 6: Tính mài mịn của đá
Giáo trình sẽ phục vụ tốt cho việc nghiên cứu, giảng dạy và học tập của giáo viên
và sinh viên trong Trường.
Với lịng mong muốn giáo trình này có thể góp phần nâng cao chất lượng học tập
mơn học “Ngun lý phá hủy đất đá”, chúng tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp nhận
những ý kiến đóng góp của các em sinh viên và đồng nghiệp về những thiếu sót khơng
thể tránh khỏi trong nội dung và hình thức để giáo trình hồn thiện hơn.
Trân trọng cảm ơn./.
Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2022
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Ks. Lê Thùy Dung
2. Ks. Phạm Thế Anh
3. ThS. Hoàng Trọng Quang
Trang 2
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ..............................................15
1.1.
1.2.
1.2.1.
1.2.2.
1.2.3.
1.3.
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
KHÁI NIỆM VỀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ VÀ KHỐNG VẬT 16
TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ KHI BIẾN DẠNG ĐƠN GIẢN............22
Tính chất đàn hồi ................................................................................................22
Tính dẻo ..............................................................................................................24
Độ bền của đất đá khi biến dạng đơn giản .........................................................25
TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ KHI CĂNG KHỐI ...............................30
Trạng thái ứng suất đất đá trong tự nhiên ...........................................................31
Trạng thái đất đá khi nén ba chiều cân bằng ......................................................32
Trạng thái đất đá khi nén ba chiều không cần bằng ...........................................33
CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ẤN ĐỘT .........................................................................................38
2.1.
2.2.
2.3.
KHÁI NIỆM .......................................................................................................39
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ........................................................................40
PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ THEO TÍNH CHẤT CƠ HỌC KHI ẤN ĐỘT ..............46
CHƯƠNG 3: TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ CƠ CHẾ PHÁ HUỶ KHI ẤN
ĐỘT...............................................................................................................................48
3.1. KHÁI NIỆM .......................................................................................................49
3.2. TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT KHI TÁC DỤNG LỰC TẬP TRUNG (BÀI TOÁN
BOUSSINESG) .............................................................................................................49
3.3. ÁP SUẤT PHÂN BỐ VÀ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT KHI ẤN ĐỘT..............53
3.3.1. Đột hình trụ phẳng ..............................................................................................53
3.3.2. Đột chữ nhật phẳng.............................................................................................55
3.3.3. Đột mặt cầu .........................................................................................................56
3.4. CƠ CHẾ BIẾN DẠNG PHÁ HUỶ KHI ẤN ĐỘT .............................................57
3.5. CƠ CHẾ PHÁ HUỶ KHI TÁC DỤNG LÊN ĐỘT HAI LỰC ẤN VÀ CẮT ......64
CHƯƠNG 4: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH CHẤT CƠ HỌC ĐẤT
ĐÁ VÀ CƠ CHẾ PHÁ HUỶ SƠ CẤP .......................................................................68
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.1.4.
4.2.
4.2.1.
4.2.2.
4.3.
ĐẶC TÍNH PHÁ HUỶ ĐẤT ĐÁ DO TẢI TRỌNG ĐỘNG ..............................69
Tốc độ tiếp xúc ...................................................................................................70
Thời gian tiếp xúc ...............................................................................................73
Đặc tính phá hủy mỏi..........................................................................................74
Xác định đặc tính mơ đun đàn hồi động .............................................................76
TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ DƯỚI ÁP SUẤT, NHIỆT ĐỘ CAO ....77
Ảnh hưởng nhiệt độ ............................................................................................80
Ảnh hưởng của mơi trường ................................................................................80
ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC, HÌNH DÁNG VÙNG TIẾP XÚC ..........81
Trang 3
CHƯƠNG 5: CÁC QUÁ TRÌNH PHÁ HUỶ PHỨC TẠP ......................................84
ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ CƠ HỌC TỚI VẬN TỐC CƠ HỌC KHOAN
85
5.1.1 Ảnh hưởng của tải trọng dọc trục P ....................................................................85
5.1.2 Ảnh hưởng của tốc độ quay ................................................................................87
5.2. TỐC ĐỘ CƠ HỌC KHOAN ...............................................................................90
5.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ CƠ HỌC KHOAN ....................94
5.4. VẤN ĐỀ CẢI THIỆN TỐC ĐỘ KHOAN Ở CHIỀU SÂU LỚN .......................95
5.1.
CHƯƠNG 6: TÍNH MÀI MỊN CỦA ĐÁ ...............................................................101
6.1
6.2
6.3
6.3.1.
6.3.2.
6.4
SỰ HAO MỊN VÀ TÍNH MÀI MỊN..............................................................102
XÁC ĐỊNH TÍNH MÀI MỊN CỦA ĐẤT ĐÁ .................................................106
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ MÀI MÒN .........................................112
Ảnh hưởng của đặc điểm thạch học .................................................................112
Ảnh hưởng của môi trường ..............................................................................112
PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ THEO TÍNH MÀI MỊN .............................................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................120
Trang 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tháp nhọn kim cương kiểu Vicker (a) và Knup (b) .....................................20
Hình 1.2. Hiện tượng trễ đàn hồi của đất đá cứng, chặt sít (a) và đất đá rỗng (b) ......22
Hình 1.3. Biến dạng theo chu kỳ .................................................................................25
Hình 1.4. Điều kiện phá hủy mẫu đá khi nén ..............................................................27
Hình 1.5. Sơ đồ bình nén ba chiều ...............................................................................32
Hình 1.6. Biểu đồ ứng lực biến dạng khi Px=Py=700 kG/cm2.....................................34
Hình 1.7. Biểu đồ sự phụ thuộc giữa ứng suất và biến dạng ........................................35
Hình 2.1. Đột hình trục từ thép (a) hoặc xi lanh hợp kim (b) .....................................40
Hình 2.2. Biến dạng khi ấn đột cho đất đá có P>300 kG/mm2 ...................................41
Hình 2.3. Sự phụ thuộc của biến dạng và tải trọng .....................................................41
Hình 3.1. Sự phân bố ứng suất trong bán khơng gian đàn hồi khi tác dụng lực tập trung
.......................................................................................................................................50
Hình 3.2. Sự thay đổi z khi r thay đổi và Z khơng đổi ...............................................51
Hình 3.3. Sự thay đổi z khi Z thay đổi và r khơng đổi...............................................52
Hình 3.4. Xác định ứng suất khi có nhiều lực tập trung lên bán khơng gian đàn hồi ..52
Hình 3.5. Sự phân bố áp suất trên mặt đột trụ phẳng ..................................................53
Hình 3.6. Phân bố áp suất phụ thuộc vào mức độ vát của mép đột.............................54
Hình 3.7. Sự phân bố ứng suất theo trục đối xứng khi ấn đột trụ phẳng.....................55
Hình 3.8. Sự phân bố ứng suất trên mặt đột hình chữ nhật .........................................55
Hình 3.9. Sự phân bố áp suất khi nén đột hình cầu vào mặt phẳng ............................56
Hình 3.10. Cơ chế phá hủy Sơraynher ........................................................................59
Hình 3.11. Cơ chế phá hủy thứ nhất (a, b ,c, d)...........................................................60
Hình 3.12. Cơ chế phá hủy thứ hai ..............................................................................60
Hình 3.13. Cơ chế phá hủy khi ấn đột cầu (a), (b), (c), (d) Cơ chế phá hủy đá giịn ..62
Hình 3.14. Cơ chế phá hủy đá khi nén đột hình cơn – nêm .........................................63
Hình 3.15. Biểu đồ h=f(P) khi ấn cơn vào đất đá giịn .................................................63
Hình 3.16. Ngun lý làm việc của mũi khoan xoay hình nêm ...................................64
Hình 3.17. Cơ chế phá hủy đất đá dịn và dịn dẻo .......................................................66
Hình 3.18. Cơ chế phá hủy đất đá dẻo..........................................................................66
Hình 4.1. Sự phụ thuộc tính chất cơ lý đất đá vào tốc độ tiếp xúc ...............................71
Hình 4.2. Đường cong mỏi ..........................................................................................74
Hình 4.3. Sơ đồ phá hủy mỏi theo lớp..........................................................................76
Hình 4.4. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm cao áp ...................................................................78
Hình 4.5. Ảnh hưởng của độ cơn của răng đối với thể tích vùng phá hủy ...................83
Hình 5.1. Quan hệ giữ VCH và tải trọng P ...................................................................86
Hình 5.2. Ảnh hưởng tốc độ quay đối với tốc độ cơ học khoan (theo Rowley) ..........88
Hình 5.3. Ảnh hưởng tốc độ quay tới VCH (theo Potapop) .........................................89
Hình 5.4. Hiệu suất khoan phụ thuộc vào P và n (theo RowLey) ................................89
Hình 5.5. Mũi khoan hợp kim kiểu răng nhịn (a), tự mài (b) ......................................93
Hình 5.6. Sự phụ thuộc tốc độ cơ học khoan vào độ cứng đất đá ................................96
Trang 5
Hình 5.7. Ảnh hưởng giới hạn chảy và áp suất chênh lệch với tốc độ khoan (P,n,QConst).............................................................................................................................96
Hình 5.8. Sự phụ thuộc tốc độ khoan vào mức độ hồn thiện cơng nghệ ....................99
Hình 6.1. Sơ đồ thí nghiệm xác định độ mài mịn đất đá ..........................................107
Hình 6.2. Ảnh hưởng của NR đối với hệ số ma sát f cho các môi trường bơi trơn khác
nhau ............................................................................................................................. 113
Hình 6.3. Sự phụ thuộc tốc độ mịn tương đối vào tỷ cơng suất ...............................115
Hình 6.4. Ảnh hưởng tốc độ trượt đấn tốc độ mài và tốc độ phá hủy trên đá Dolomit
.....................................................................................................................................116
Trang 6
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Mơ đun Young của khống vật thay đổi theo hướng của ngoại lực .............19
Bảng 1.2: Giá trị tương đối của độ cứng và vi độ cứng ................................................21
Bảng 1.3: Ảnh hưởng của mức độ chặt sít của khống vật đến giá trị số mơ đun đàn hồi
.......................................................................................................................................23
Bảng 1.4: Sự thay đổi của giá trị độ bền nén.................................................................28
Bảng 1.5 : Giá trị độ bền kéo và uốn của một số đá ......................................................29
Bảng 1.6: Độ bền tương đối của một số loại đá ............................................................30
Bảng 1.7: Hệ số nén của một số loại đất đá ..................................................................33
Bảng 2. 2: Phân loại đất đá bằng phương pháp ấn đột Sơraynher ................................46
Bảng 4. 1:Giá trị của a và V0 xác định theo phương pháp biểu đồ ...............................73
Bảng 4. 2: Bảng sau cho biết một số chỉ tiêu khi ấn tĩnh và động ................................77
Bảng 6. 1:Chọn hệ số thay đổi theo kích thước hạt.....................................................108
Bảng 6. 2: Chọn số lần thí nghiệm theo sai số cho phép ............................................109
Bảng 6. 3: Trị số khả năng làm mát tương đối của các môi trường phổ biến trong khoan
.....................................................................................................................................114
Bảng 6. 4: Phân loại đất đá theo độ mài mòn ..............................................................117
Bảng 6. 5: Phân loại đất đá và khống vật theo độ mài mịn (Baron L.I., Kuzonhexov
A.V.) ............................................................................................................................117
Bảng 6. 6: Phân loại đất đá nhóm trầm tích dầu khí theo tính mài mịn .....................119
Trang 7
GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
1. Tên mơn học: NGUN LÝ PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ
2. Mã mơn học: PETD62036
3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
3.1.
Vị trí: Đây là mơn học chun mơn nghề của chương trình đào tạo nghề khoan
khai thác dầu khí hệ Cao đẳng. Mơn học này được bố trí sau khi đã học xong
các mơn học, mơ đun cơ sở.
3.2.
Tính chất: Mơ đun này trang bị những kiến thức về tính chất cơ học của đất đá,
các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ học của đất đá và cơ chế phá hủy đất đá,
phục vụ cho các công tác thi công giếng khoan tiếp theo.
4. Mục tiêu môn học:
4.1.
Về kiến thức:
A1. Trình bày được các tính chất cơ học của đất đá và các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất
cơ học của đất đá cũng như ảnh hưởng đến cơ chế phá hủy sơ cấp, phức tạp.
A2. Trình bày được trạng thái ứng suất và cơ chế phá hủy khi ấn đột.
A3. Trình bày được tính mài mịn của đá.
4.2.
Về kỹ năng:
B1. Phân tích được các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất cơ học đất đá và cơ chế phá hủy
sơ cấp.
4.3.
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Rèn luyện tác phong làm việc khoa học cho sinh viên, tính kiên nhẫn, chăm
chỉ và khả năng làm việc theo nhóm.
C2. Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc trong học tập.
5. Nội dung của mơn học:
5.1.
Chương trình khung
Thời gian đào tạo (giờ)
Trong đó
Mã
MH/MĐ/HP
Tên mơn học,
mơ đun
Số
tín
chỉ
Tổng
số
Lý
thuyết
Thực hành/
thí nghiệm/
bài tập/
thảo luận
Thi/ Kiểm
tra
LT
TH
Trang 8
Các mơn học chung/
đại cương
23
465
180
260
17
8
COMP64002
Giáo dục chính trị
4
75
41
29
5
0
COMP62004
Pháp luật
2
30
18
10
2
0
COMP62008
Giáo dục thể chất
2
60
5
51
0
4
COMP64010
Giáo dục quốc phịng và
An ninh
4
75
36
35
2
2
COMP63006
Tin học
3
75
15
58
0
2
FORL66001
Tiếng Anh
6
120
42
72
6
0
SAEN52001
An tồn vệ sinh lao động
2
30
23
5
2
0
64
1575
443
1052
31
49
13
255
120
122
9
4
I
II.
II.1.
Các môn học, mô đun
chuyên môn ngành,
nghề
Môn học, mô đun kỹ
thuật cơ sở
MECM52003
Vẽ kỹ thuật - 1
2
45
14
29
1
1
ELEO53012
Điện kỹ thuật cơ bản
3
45
36
6
3
0
AUTM52111
Cơ sở điều khiển q
trình
2
45
14
29
1
1
PETR63001
Hóa Đại cương
3
45
42
0
3
0
PETD53031
Địa chất cơ sở
3
75
14
58
1
2
Môn học, mô đun
chuyên môn ngành,
nghề
51
1320
323
930
22
45
PETD62032
Địa chất dầu khí
2
30
28
0
2
0
PETD53033
Cơ sở khoan
3
45
42
0
3
0
PETD53034
Cơ sở khai thác
3
45
42
0
3
0
PETD62035
Địa chất mơi trường
2
30
28
0
2
0
2
30
28
0
2
0
3
75
14
58
1
2
II.2.
PETD62036
PETD53137
Ngun lý phá hủy đất
đá
Thí nghiệm dung dịch
khoan
PETD62138
Hệ thống phát lực
2
45
14
29
1
1
PETD62139
Hệ thống khí nén
2
45
14
29
1
1
PETD54140
Hệ thống nâng hạ
4
105
14
87
1
3
PETD54141
Hệ thống tuần hồn
dung dịch
4
105
14
87
1
3
Trang 9
PETD55142
PETD54143
PETD55144
PETD63145
Vận hành hệ thống
chuỗi cần khoan và
dụng cụ phá hủy đất đá
Hệ thống chống ống và
trám xi măng
Hệ thống kiểm soát
giếng khoan 1
Hệ thống kiểm soát
giếng khoan 2
5
135
14
116
1
4
4
105
14
87
1
3
5
135
14
116
1
4
3
75
14
58
1
2
PETD54246
Thực tập sản xuất
4
180
15
155
0
10
PETD63247
Khóa luận tốt nghiệp
3
135
14
108
1
12
87
2040
623
1312
48
57
Tổng cộng
5.2.
Chương trình chi tiết mơn học
Thời gian
Thực
Số
hành, thí
Tổng
Lý
TT
Tên chương, mục
nghiệm,
số
thuyết
thảo luận,
bài tập
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
3
3
0
1. Khái niệm về tính chất cơ học của đất
1
1
đá và khống vật
1 2. Tính chất cơ học của đất đá khi biến
1
1
dạng đơn giản
3. Tính chất cơ học của đất đá khi căng
1
1
khối
Chương 2: Xác định tính chất cơ học
5
5
0
của đất đá bằng phương pháp ấn đột
2
3
1. Khái niệm
1
1
2. Phương pháp thí nghiệm
2
2
2
2
6
5
1
1
1
1
1
1
3. Phân loại đất đá theo tính chất cơ học
khi ấn đột
Chương 3: Trạng thái ứng suất và cơ
chế phá hủy khi ấn đột
1. Khái niệm
2. Trạng thái ứng suất khi tác dụng lực tập
trung bài tóan boussinesg
3. Áp suất phân bố và trạng thái ứng suất
khi ấn đột
0
Kiểm
tra
0
0
1
Trang 10
Thời gian
Số
TT
4
5
6
Tên chương, mục
4. Cơ chế biến dạng phá hủy khi ấn đột
5. Cơ chế phá hủy khi tác dụng lên đột hai
lực ấn và cắt
Chương 4: Các yếu tố ảnh hưởng tới
tính chất cơ học đất đá và cơ chế phá
hủy sơ cấp
1. Đặc tính phá hủy đất đá do tải trọng
động
2. Tính chất cơ học của đất đá dưới áp
suất, nhiệt độ cao
3. Ảnh hưởng của kích thước, hình dáng
vùng tiếp xúc
Chương 5: Các quá trình phá hủy phức
tạp
1. Ảnh hưởng các thông số cơ học tới vận
tốc cơ học khoan
Tốc độ cơ học khoan
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cơ học
khoan
3. Vấn đề cải thiện tốc độ khoan ở chiều
sâu lớn
Chương 6: Tính mài mịn của đá
1. Sự hao mịn và tính mài mịn
2. Xác định tính mài mịn của đất đá
3. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ mài mòn
4. Phân loại đất đá theo tính mài mịn
Cộng
Thực
hành, thí
Tổng
Lý
nghiệm,
số
thuyết
thảo luận,
bài tập
1
1
2
1
5
5
1
1
2
2
2
2
5
5
1
1
1
1
2
2
1
1
6
1
2
1
5
1
2
1
2
1
30
28
Kiểm
tra
1
0
0
0
0
0
1
1
0
2
6. Điều kiện thực hiện mơn học:
6.1. Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn.
6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn.
6.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, giáo án.
6.4. Các điều kiện khác:
7. Nội dung và phương pháp đánh giá:
7.1.
Nội dung:
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Trang 11
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học theo quy định.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
7.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
7.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông
tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương
binh và Xã hội.
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí
như sau:
Điểm đánh giá
Trọng số
+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)
40%
+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc môn học
60%
7.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp
đánh giá
Thường xuyên
Phương pháp
tổ chức
Quan sát/
Hỏi đáp
Hình thức
kiểm tra
Câu hỏi
Viết/
Tự luận/
Trắc nghiệm
Tự luận/ trắc
nghiệm
Định kỳ
Kết thúc mơn
học
Trắc nghiệm
trên máy tính
Chuẩn đầu ra
đánh giá
A1, A2, A3
B1
C1, C2
A1, A2, A3
B1
A1, A2, A3
B1
C1, C2
Số
cột
1
Thời điểm
kiểm tra
Sau 5 giờ.
2
Sau 15 giờ
1
Sau 30 giờ
7.2.3. Cách tính điểm
- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang
điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
Trang 12
- Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học
nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một
chữ số thập phân.
8. Hướng dẫn thực hiện môn học
8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí.
8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học
8.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: nêu vấn đề, hướng
dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…
* Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra.
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên trong
nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận,
trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ
được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện,
tài liệu...).
- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30%
số tiết lý thuyết phải học lại mơn học mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc
theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ
đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm
về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để phát triển và hoàn
thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc môn học.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
9. Tài liệu tham khảo:
- Tài liệu Tiếng Việt:
[1]. TS.Vũ Văn Ái, Giáo trình Nguyên lý phá hủy đất đá..
[2]. Giáo trình Các tính chất vật lý của đá – NXB Giáo dục, 1995.
-
Tài liệu tiếng nước ngoài:
Trang 13
[1]. API, Fired Heater operating techniques
[2]. ABB Automation Inc, Instructor Manual: Excercises for the Gas-Fired Heater
Model.
Trang 14
CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ
❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1
Chương 1 giới thiệu các kiến thức cơ bản về tính chất cơ học của đất đá để người học
có được kiến thức nền tảng cho các chương sau.
❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 1
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
➢Về kiến thức:
-
Trình bày được các khái niệm về tính chất cơ học của đất đá và khoáng vật
➢Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
-
Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc trong học tập..
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1
-
Đối với người dạy:
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với
bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy.
+ Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)
-
Đối với người học:
+ Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;
+ Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng;
+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;
+ Tuân thủ quy định an toàn, giờ giấc.
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1
-
Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học lý thuyết.
-
Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, bảng, phấn.
-
Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình.
-
Các điều kiện khác: Khơng có
❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1
-
Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến
thức
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 15
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
-
Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: Không.
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không.
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Khơng.
NỘI DUNG CHƯƠNG 1
1.1.
KHÁI NIỆM VỀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ VÀ KHOÁNG VẬT
Trạng thái của một vật rắn bất kỳ trong quá trình biến dạng, đều được xác định
bằng tập hợp các tính chất đàn hồi, tính dẻo và tính bền. Vì vậy, tính chất cơ học của đất
đá và khống vật cũng chính là các đặc điểm xác định trạng thái của chúng trong quá
trình biến dạng. Nghiên cứu tính chất cơ học, nhằm dẫn tới việc xác định mối liên quan
giữa ngoại lực và biến dạng. Trước khi đi vào nghiên cứu tính chất cơ học của đất đá
cần nghiên cứu một số khái niệm về trạng thái của vật rắn khi biến dạng, tính chất của
vật rắn và giá trị ngoại lực tác dụng.
Tuỳ theo trị số và tính chất của ngoại lực tác dụng lên vật rắn, kích thước và hình
dạng vật sẽ thay đổi, nghĩa là trong vật rắn xuất hiện các biến dạng cơ học, các biến
dạng này có thể thuận nghịch hay không thuận nghịch. Nếu như ngoại lực tác dụng
khơng vượt q giới hạn nào đó thì sự biến dạng hay sự di chuyển của các phân tử khỏi
vị trí cân bằng sẽ là biến dạng đàn hồi thuận nghịch. Nói cách khác biến dạng đàn hồi là
một biến dạng sau khi ngưng tác dụng của ngoại lực, nội lực tạo nên do tương tác giữa
các phân tử sẽ đưa vật về trạng thái cân bằng ban đầu. Trị số ứng suất được xác định
theo trị số ngoại lực.
Tính chất đàn hồi của vật rắn được đặc trưng bằng ba hằng số cơ bản là mô đun
đàn hồi dọc E, hệ số Poison μ và mô đun đàn hồi ngang G. Đôi khi người ta cũng cần
biết mô đun đàn hồi nén thể tích k của vật rắn liên hệ với E, μ và G bằng công thức sau:
E = 2G(1+μ)
E = 3k(1-2μ)
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 16
Như vậy, khi biết 2 hằng số này ta có thể tính được hằng số kia, trong đó hằng số
E cịn gọi là mơ đun Young lấy trực tiếp từ định luật Hooke:
E=
𝜎
𝜀
Trong đó, σ là ứng suất và ε là biến dạng
Đất đá là các vật thể không đẳng hướng, các hệ số E và μ thường phụ thuộc theo
hướng, trị số tải trọng và tốc độ tác dụng của tải trọng. Có thể xác định các hằng số đàn
hồi trong các thí nghiệm thơng qua việc đo các biến dạng tại nơi tải trọng tạo ra.
Chẳng hạn mô đun Young thường được xác định trên các thí nghiệm nén một
chiều, kéo và uốn. Đối với vật tuân theo định luật Hooke, trên biểu đồ biến dạng sự phụ
thuộc giữa ứng suất và biến dạng biểu thị bằng một đường thẳng, mơ đun đàn hồi E lúc
này có thể xác định theo cơng thức:
E=
Trong đó:
(𝑃𝑖 −𝑃𝑖−1 )𝐿
𝐹(𝐿𝑖 −𝐿𝑖−1 )
(kG/cm2)
Pi là tải trọng lớn nhất trong khoảng nghiên cứu (kG)
Pi-1 là tải trọng nhỏ nhất trong khoảng nghiên cứu (kG)
L là chiều dài mẫu thí nghiệm (cm)
F là tiết diện cắt ngang của mẫu (cm2)
Li, Li-1 là biến dạng dài ở tải trọng Pi và Pi-1 (cm)
Đối với các vật liệu không tuân theo định luật Hooke, nghĩa là ε=f(σ) là một
đường cong với độ cong đáng kể, có thể chia nó thành từng đoạn xem như đoạn thẳng
có mơ đun đàn hồi Ei xác định theo công thức trên, sau đó lấy giá trị trung bình.
Trong q trình tác dụng của ngoại lực, tuỳ theo điều kiện thí nghiệm và tính chất
của vật rắn, khi giá trị ngoại lực vượt quá giới hạn biến dạng dẻo, biến dạng không thuận
nghịch này kèm theo hiện tượng chảy vật liệu mà khơng bị phá huỷ hồn tồn
Độ dẻo đặc trưng cho một số vật liệu kết tinh như kim loại, hợp kim, khống vật,
đất đá,… q trình biến dạng dẻo làm thay đổi một cách đáng kể cấu trúc và bản chất
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 17
của các vật chất kết tinh, làm cho hình dáng tinh thể thay đổi, còn trạng thái và kiểu cấu
trúc tinh thể vẫn giữ nguyên ngay cả ở mức biến dạng lớn. Các yếu tố như trạng thái
ứng suất, tốc độ biến dạng, mơi trường, nhiệt độ,… có ảnh hưởng lớn đến đặc trưng biến
dạng, tất cả các yếu tố này có thể làm tăng hay giảm độ dẻo hoặc độ giịn của vật rắn.
Vì vậy, cùng một vật liệu trường hợp này ta có thể biểu thị độ giịn, trường hợp khác ta
có thể biểu thị độ dẻo.
Sau khi tải trọng vượt biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo sẽ dẫn đến phá huỷ vật
rắn. Khi hiện tượng phá huỷ bắt đầu xuất hiện trong vật rắn, trạng thái ứng suất vượt
qua một giới hạn nào đó được gọi là giới hạn bền. Giới hạn bền của vật rắn phụ thuộc
chủ yếu vào kiểu, trạng thái ứng suất và các yếu tố khác. Ngoài ra, độ dẻo của vật liệu
cần được xem như một tình trạng của vật liệu mà khơng phải là một tính chất. Tình trạng
này bao gồm các cấu trúc, khuyết tật có trên hạt, trên bề mặt, trong vật liệu liên kết, giá
trị nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng.
Khi nghiên cứu các tính chất cơ học của chất rắn nói chung và đất đá nói riêng,
ngồi việc nghiên cứu các trạng thái, xác lập quan hệ giữa ngoại lực và biến dạng, giới
hạn bền, các mục đích kỹ thuật, cịn nghiên cứu giải quyết khái niệm về độ cứng. Có
những trường hợp khái niệm độ cứng không đồng nhất với khái nhiệm độ bền. Tuy rằng,
chúng được biểu thị bằng các đơn vị như nhau là kG/cm2 hoặc N/m2 song thực chất khác
nhau. Độ bền là sức kháng của vật rắn đối với phá huỷ cơ học ở các dạng biến dạng khác
nhau, còn độ cứng là sức kháng của vật chống lại sự tác dụng của vật khác tác dụng vào
nó. Độ cứng khơng thể biểu thị trạng thái biến dạng. Phương pháp xác định độ cứng
được dùng phổ biến hiện này là phương pháp ấn.
Việc nghiên cứu tính chất cơ học của khống vật rất khó khăn do kích thước nhỏ
và khó gặp các khống vật có tinh thể hoàn thiện trong thiên nhiên. Tuy nhiên, các tài
liệu có được cho thấy rằng khống vật là các vật thể đàn hồi – giòn và là các vật thể đàn
hồi lý tưởng. Điều này chứng tỏ rằng, tới lúc phá huỷ đất đá các biến dạng xảy ra trong
khoáng vật là biến dạng đàn hồi và tại mọi điều kiện ứng suất đều tuân theo định luật
Hooke. Sau khi thôi tác dụng của ngoại lực không quan sát thấy hậu quả của đàn hồi
hoặc hiện tượng trễ đàn hồi. Mơ đun Young của khống vật khơng phải là hằng số mà
thay đổi theo hướng ngoại lực.
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 18
Bảng 1.1: Mơ đun Young của khống vật thay đổi theo hướng của ngoại lực
Khống vật
Mơ đun Young (105 kg/cm2 ; 1010 N/m2
Thạch cao
1,2 1,5
Muối mỏ
4
Canxit
5,8 9
Thạch anh
7,9 10
Corindon
52
Trong điều kiện nén ba chiều một số vật thể dịn xuất hiện biến dạng dẻo, điển
hình nhất là muối mỏ, canxit, barit,…bên cạnh đó cịn có một số khoáng vật ngay cả
dưới áp suất nén ba chiều rất cao cũng không xuất hiện các biến dạng dẻo đáng kể như
thạch anh, fenspat. Cơ chế của sự xuất hiện biến dạng dẻo trong tinh thể là do xuất hiện
các mặt trượt. Ở một vài điều kiện nhất định trong tinh thể của các khoáng vật xuất hiện
biến dạng dẻo kèm theo sự xuất hiện các đường chuyển dịch và các dấu hiệu trượt rất
rõ. Biến dạng dẻo xảy ra do hiện tượng trượt theo một số mặt nào đó có sức kháng trượt
nhỏ. Nếu như mặt phẳng trượt sắp xếp không thuận lợi so với hướng lực tác dụng thì
khi tăng ngoại lực sẽ có biến dạng tích luỹ các năng lượng đàn hồi đáng kể trong tinh
thể và xơ đẩy mạng tinh thể về một vị trí mới tạo thành các song tinh cơ học. Các thí
nghiệm cho thấy các phần song tinh của tinh thể, là sự phản xạ đối xứng của mạng tinh
thể ban đầu trong một mặt nào đó gọi là mặt song tinh. Như vậy, cơ chế của hiện tượng
song tinh khác cơ chế của hiện tượng trượt. Nếu như dưới tác dụng của ngoại lực, hiện
tượng trượt bình thường khơng thể xảy ra thì thay vào hiện tượng song tinh và sau đó
biến dạng dẻo lại xuất hiện trong song tinh tạo thành bằng cách trượt
Như vậy, cơ chế biến dạng dẻo các khoáng vật là sự trượt theo các mặt phẳng
cùng tên hoặc sự trượt song tinh hoá
Để xác định độ cứng của khống vật một cách định tính người ta dùng thang
chuẩn Mohr xác định theo phương pháp vạch gọi là độ cứng tương đối
Ngoài ra, để xác định về mặt định lượng người ta dùng phương pháp vi độ cứng.
Phương pháp này được thực hiện bằng cách ấn vào mặt khống vật các mũi nhọn thì
trên đó sẽ để lại các vết lõm mà các mép tiếp xúc không bị phá huỷ. Các mũi nhọn
thường có hình tháp vng kiểu Vickers hoặc tháp hình thoi kiểu Knup.
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 19
Hình 1.1. Tháp nhọn kim cương kiểu Vicker (a) và Knup (b)
Các mũi nhọn này được lắp trên các dụng cụ và khi đó trị số vi độ cứng được xác
định bằng cách chia tải trọng P (kG) cho diện tích sườn của vết lõm F (mm2), với giả
thiết rằng các góc của vết lõm cũng bằng các góc của mũi nhọn
Trị số vi độ cứng Hk được xác định như sau:
𝑃
Hk = F =
Trong đó
𝐹
𝑑2
2.sin
2
d là chiều dài đường chéo của vết lõm (mm)
là góc đỉnh của mũi nhọn
Hk =
1,854.𝑃
𝑑2
[kG/mm2 (107 N/m2)
Khi thí nghiệm người ta chỉ đo hai đường chéo của vết lõm lấy giá trị trung bình
số học. Để xác định Hk người ta thường tiến hành ba phép đo trở lên. Đối với tháp nhọn
hình thoi, tải trọng tác dụng từ 25 3500 kG/mm2, độ cứng được xác định bằng tỉ số
giữa tải trọng và hình chiếu của diện tích vết lõm.
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 20
Bảng 1.2: Giá trị tương đối của độ cứng và vi độ cứng
Độ cứng tương đối
Khoáng vật
(Mohr)
Talk
1
Muối mỏ
Vi độ cứng khi dùng mũi
nhọn Vickers
(107 N/m2)
2.5
20
Thạch cao
2
30
Canxit
3
110
Flourit
4
190
Anhydrit
200
Dolomit
320
Apatit
5
540
Ortoclaz
6
790
Thạch anh
7
1120
Topaz
8
1500
Corindon
9
2300
Kim cương
10
10060
Trong thang độ cứng Mohr, độ cứng tăng theo cấp số học, còn giá trị xác định
theo phương pháp ấn tăng theo cấp số hình học. PA Rebinder nhận thấy rằng nếu như
xem độ cứng của khoáng vật Talk là một đơn vị thì quy luật thay đổi của các độ cứng
tiếp theo có thể biểu thị bằng cơng thức
H = An-1
Trong đó
H là độ cứng
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 21
A là cơ số trung bình của cấp số hình học
n là độ cứng theo thang Mohr
Trị số độ cứng phụ thuộc vào phương pháp xác định. Sự khác nhau về độ cứng
của các tinh thể chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố:
- Khoảng cách giữa các mặt trong mạng tinh thể càng lớn thì độ cứng càng nhỏ
- Khi cấu trúc tinh thể và khoảng cách giữa các mặt phẳng như nhau, độ cứng
tăng theo hoá trị của các ion cấu tạo nên tinh thể
1.2.
TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT ĐÁ KHI BIẾN DẠNG ĐƠN GIẢN
Các biến dạng đơn giản là các biến dạng khi đo trong vật chỉ xuất hiện tình trạng
ứng suất đơn giản như nén, kéo một trục, cắt và xoắn. Như chúng ta đã biết đất đá là các
vật thể không đồng nhất về thành phần và cấu trúc, chúng có nhiều khuyết tật hơn các
khoáng vật, đặc biệt là ranh giới các hạt, lực liên kết nói chung nhỏ hơn lực liên kết
trong các khống vật tạo đá. Do đó, tính chất cơ học của đất đá khác rất nhiều so với
tính chất của khoáng vật ngay cả trong trường hợp đất đá đơn khống, sau đây ta sẽ thấy
điều này.
1.2.1. Tính chất đàn hồi
Khác với các khoáng vật, đối với đất đá khi tác dụng tải trọng tĩnh, biến dạng
không tuân theo định luật Hooke, còn ở tải trọng động quan hệ đường thẳng cũng chỉ
thấy ở một số đất đá nhất định. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng người ta nhận thấy
hiện tượng trễ đàn hồi. Đường tăng tải và giảm tải không trùng nhau tạo thành một
đường khép kín, đường giảm tải chiếm một vị trí thấp hơn.
Hình 1.2. Hiện tượng trễ đàn hồi của đất đá cứng, chặt sít (a) và đất đá rỗng (b)
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 22
Ta nhận thấy rằng trường hợp đất đá rỗng, đường giảm tải không trở về gốc toạ
độ, quan sát thấy biến dạng dư do hiện tượng rão vật chất, chính là hiện tượng chảy của
vật liệu khi tải trọng nhỏ hơn giới hạn bền.
Trong đất đá cũng quan sát thấy hiện tượng trễ đàn hồi, tức là sự tăng biến dạng
khi tải trọng tác dụng giữ nguyên ở một giá trị hằng số nào đó, sau đó nếu bỏ nhanh tải
trọng thấy có biến dạng dư và chỉ sau một thời gian nhất định mới mất đi
Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, mô đun đàn hồi của đất đá phụ thuộc vào
các yếu tố kỹ thuật và thiên nhiên như dạng biến dạng, phương pháp tác dụng tải trọng
và thành phần khoáng vật, cấu trúc, kiến trúc, chiều sâu thế nằm của đất đá, thành phần
cấu tạo của vật liệu xi măng, độ ẩm, độ cát, độ carbonat,…các trị số mô đun đàn hồi xác
định theo các dạng biến dạng khác nhau như: kéo Ek, uốn Eu, nén En sẽ khác nhau,
Ek
phân biệt E – mô đun thu được khi tác dụng tải trọng một lần, En – mô đun thu được do
loại trừ biến dạng dư bằng cách tăng và giảm tải trọng n lần và Ed là mô đun đàn hồi
động tính theo tốc độ lan truyền của sống âm thanh, ta luôn luôn nhận thấy bất đẳng
thức:
E < En < Ed và Ed = (1,3 1,4)En 2,1E
Bảng sau cho ta thấy trị số mô đun đàn hội chủ yếu phụ thuộc vào lực liên kết
phân tử. Khi nén khoảng cách giữa các nguyên tử hoạc ion bề mặt các tinh thể kề nhau
sẽ ngắn lại, trị số lực tương tác tăng lên và mô đun đàn hồi cũng tăng. Khi kéo thì ngược
lại, khoảng cách tăng và mô đun đàn hồi giảm
Bảng 1.3: Ảnh hưởng của mức độ chặt sít của khống vật đến giá trị số mô đun đàn hồi
Đất đá
Sét
Sét vôi
Đá vôi
Ứng suất nén
(kG/cm2)
010
4050
610
2030
1020
4050
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Mơ đun đàn hồi E
(kG/cm2)
86
367
355
1863
873 x 103
125 x 104
Trang 23
Từ bảng trên ta cũng nhận thấy khi cùng thành phần khống vật nhưng mức độ
chặt sít tăng thì trị số E tăng. Điều đó cũng có nghĩa khi chiều sâu và thế nằm tăng thì
trị số mơ đun E tăng.
Về các yếu tố thiên nhiên, trước hết người ta nhận thấy ảnh hưởng của thành phần
khoáng vật là độ hạt. Độ hạt càng mịn thì E càng lớn và thông thường người ta nhận
thấy rằng hàm lượng cát và carbonat đều có tác dụng tăng E, độ lỗ hổng thì E giảm. Tính
chất đàn hồi cịn phụ thuộc vào tính phân lớp và phân phiến – chẳng hạn với phiến thạch
sét thì hướng vng góc Ev có mơ đun đàn hồi nhỏ hơn so với hướng song song Ess,
Ev
khi tăng tăng độ ẩm của sét 314%, mô đun đàn hồi sẽ giảm 7,3x103 tới 3,2x103 kG/cm2
Hệ số Poisson thường xác định kém chính xác hơn mô đun đàn hồi E. Với đất đá
không phải là hằng số mà thay đổi trong phạm vị 0,100,45, nó phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như mơ đun đàn hồi, phương pháp xác định dạng biến dạng (Ek
nhỏ và cũng do đó hệ số Poisson càng nhỏ nếu tải trọng tác dụng càng cao.
Mô đun trượt G: theo tài liệu của Tximbarevic thu được khi đo trực tiếp, mô đun
trượt của đá vôi G = (2,56,5)x103 kG/cm2, với cẩm thạch 10,5x103 kG/cm2, thạch anh
12,8x103 kG/cm2, đối với cùng một loại đá mơ đun trượt ít khi thay đổi so với mô đun
Young, khi nén 3 chiều G có tăng lên chút ít.
1.2.2. Tính dẻo
Nhiều nhà nghiên cứu chia đất đá làm hai loại dẻo, giòn hoặc thêm loại giịn-dẻo.
Trên hình dưới cho thấy sự biến dạng của cẩm thạch khi tăng và giảm tải trọng nhiều
lần, đường biểu diễn có độ nghiêng nhỏ tương đương với quá trình biến dạng dẻo, cũng
trên biểu đồ các vùng tạo bởi hai đường tăng và giảm tải càng nhiều
Chương 1: Tính chất cơ học của đất đá
Trang 24
