Závěrečná zpráva grantu 279/1997/B-GEO/PrF

Název projektu:Sledování změn ve vnitřní stavbě hornin zatěžovaných v laboratorních podmínkách
Hlavní řešitel:Mgr. Richard Přikryl, Dr.
Spoluřešitelé: Josef Vyhnal; Jiří Štís; Doc.Ing. Karel Drozd, CSc.; RNDr. Karel Klíma, CSc.; Jiří Klempera; Ing. Tomáš Lokajíček, CSc.; Mgr. Veronika Vajdová; Li Chunlin, PhD.; Ing. Zdeněk Pros, CSc.
Období řešení:1997-1999
Celková dotace:302 tis. Kč

Souhrn výsledků

Studium mikrostaveb hornin pomocí mikroskopických metod, obrazové analysy a ultrazvuku a mechanických vlastností hornin prokázalo, že ani vyvřelé horniny jako jsou granity nelze pokládat za příklad ideálního isotropního prostředí. Pro řešení mechaniky hornin jsou proto vyvřelé horniny bez makroskopicky znatelné stavby navrženy jako prostředí s nízkou, ojediněle i střední mírou anisotropie, zatímco metamorfované horniny jako např. ortoruly jsou pokládány za prostředí se střední až vysokou mírou anisotropie. Přetvárné vlastnosti hornin při jednoosém zatížení jsou pak hlavně ovlivněny přítomnými mikrotrhlinami. Anisotropní chování při přetváření je vysvětleno různě významnými populacemi mikrotrhlin, zatímco anisotropie jednoosých pevností hornin je spojena s přednostní tvarovou orientací horninotvorných minerálů.
Model vzniku trhlin v horninách vystavených zatížení je odvozen z analýzy chování existujících trhlin v horninách a dále ze vzniku uměle vyvolaných porušení během zatěžování.
Ideálním nástrojem pro nepřímé sledování změn ve vnitřní stavbě hornin během zatěžování je vedle klasického měření přetvárných vlastností také metoda akustické emise. Experimentální studium prokázalo, že vzrůstající velikost zrna se projeví růstem charakteristické hodnoty energetické distribuce akustické emise. Dalším významným zjištěním je závislost počtu jevů akustické emise, kumulativní energie akustické emise a energetické distribuce akustické emise na přítomné anisotropní stavbě horniny. U těchto parametrů nebyla podobná závislost dosud popsána. Změny ve vnitřní stavbě hornin při zatěžování, resp. jejich porušení také popisuje charakteristická hodnota energie akustické emise, která s nárůstem zatížení roste. Tento jev je spojován s rostoucí délkou trhlin a s porušováním větších zrn v hornině.
Přímá pozorování vzniklých křehkých porušení ukázala, že primární porušení vzorku při jednoosém zatěžování probíhá převážně díky vzniku tahových trhlin. Sekundární střižné plochy vznikají až ve chvíli, kdy je vzorek rozrušen primárními tahovými trhlinami.
Z dosažených výsledků experimentálního studia byly odvozeny dva hlavní mechanismy rozpadu skalních hornin – osní rozpad a osní katakláze. Jejich vznik je zřejmě přímo kontrolován stavbou horniny, resp. jejím anisotropním uspořádáním.
V horninách s nízkou anisotropií (např. granitech) převládá rozrušení vzorku pomocí osní katakláze, kdy se jednotlivé trhliny koncentrují do oblastí s maximální hustotou napětí. Změny ve vnitřní stavbě se projevují hlavně vznikem mikrotrhlin, které jsou lokalizovány jak na hranicích zrn tak i uvnitř jednotlivých zrn. Běžně dochází ke vzniku mikrotrhlin, které se táhnou přes řadu zrn.
U hornin s vysokou anisotropií byl navržen model osního rozpadu. Tento model předpokládá vznik několika málo osně orientovaných trhlin . S nárůstem tlaku dochází k propojení sousedních trhlin střižnými mikroporuchami, které se posléze spojí do velké střižné zóny s kulisovitě uspořádanými osními trhlinami. V tomto případě vznikají trhliny převážně na hranicích zrn.
Dosažené výsledky potvrzují, že anisotropní jsou nejen stavby a mechanické vlastnosti granitů, ale že studované horniny se liší i v dalších parametrech jako je akustická emise a charakter křehkého porušení. Výsledky tohoto studia by bylo možné zohlednit v mechanice hornin a také při zkoušení inženýrsko-geologických vlastností hornin.