پايش مقاومت ويژه الكتريكی سنگ حين آزمايش مقاومت فشاری تک محوری

آسیا ژئوفیزیک - مطالعات - ژئوفيزيک - ژئوفيزيكی - روش های ژئوفيزيكی

ارتباط خواص مكانيكي سنگ ها با خواص فيزيكي ( روش های ژئوفيزيكی )، موضوعي است كه اخيراً مورد توجه محققان قرار گرفته است. در اين ميان روش هاي الكتريكي و لرزه اي بيشترين كاربرد را دارند . در اين مقاله، عبور جر يان الكتر يكي در حين اعمال تنش فشاري در آزمايشگاه بررسي شده است.جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره پايش مقاومت ويژه الكتريكی سنگ حين آزمايش مقاومت فشاری تک محوری مطالعات ژئوفيزيک در آسیا ژئوفیزیک تماس بگیرید.

پايش مقاومت ويژه الكتريكی سنگ حين آزمايش مقاومت فشاری تک محوری

پس  مطالعات ژئوفيزيک از نصب الكترودهاي مخصوص روي 7 نمونه مغزه تقريباً اشباع، آزمايش مقاومت فشاري تك محوري و عبور جريان الكتريكي از نمونه ها به طور همزمان صورت پذيرفت و تغييرات مقاومت ويژه الكتريكي در حين بارگذاري اندازه گيري شد.

ماسه سنگ ها مطالعات ژئوفيزيک

ماسه سنگ ها افز ايش مقاومت ويژه و سنگ آهك هاي فسیل دار كاهش مقاومت ويژه در سراسر محدوده افزايش كُرنش نشان دادند. تراورتن ها و سنگ آهك با افزايش كُرنش در ابتدا افزايش مقاومت ويژه و سپس كاهش مقاومت ویژه نشان دادند.

رفتار مقاومت ويژه حين بارگذاري به بسته شدن منفذها (كاهش تخلخل ) دركُرنش هاي كم و ايجاد درزه هاي القايي (افز ايش تخلخل) دركُرنش هاي بيشتر ارتباط داده شد.

مقدمه مطالعات ژئوفيزيک

اندازه گيري هاي الكتريكي و لرزه نگاري كم عمق از روش هاي غيرتخريبي ژئوفيزيكي هستند كه در كارهاي متفاوت مهندسي مانند ژئوتكنيك، معدن، عمران و مهندسي مخازن نفت و گاز به كار مي روند.

اين روش ها در مقياس آزمايشگاهي و در صحرا به كار رفته است. عموما روش هاي مستقيم تعيين خواص مكانيكي سنگ ها هزينه بر هستند.

از طرفي اين روش ها پارامترهاي مكانيكي را به طور موضعي تعيين ميكنند. نتايج كارهاي تحقيقي در سال هاي اخير نشان مي دهد، از مجموعة روش هاي ژئوفيزيكي،می توان پارامترهاي مكانيكي را برآورد و تغييرات مكانی اين پارامترها، نظير ناهمسانگردي را پيش بيني كرد.

محققان گوناگون مطالعات ژئوفيزيک

محققان گوناگون رفتار مهندسي سنگ ها را در آزمايشگاه بررسي كرده اند و روابط تجربي متفاوتي بين مقاومت ويژه سنگ و مقاومت مكانيكي آن ( UCS، مدول يانگ و انديس بار نقطه اي)، سرعت امواج كشسان و چگالي، توسعه داده اند كه لزوماً نتايج آنان مؤيد يكديگر نبوده است.

تحقيقات بسيار كمی مطالعات ژئوفيزيک

تحقيقات بسيار كمي در ارتباط بين مقاومت ويژه الكتريكي و خواص سنگ ها وجود دارد . كيت و استاپاك (1995) رفتار مهندسي سنگ هاي هيماليا را بررسي كردند و روابط تجربي گوناگوني بين مقاومت ويژه الكتريكي سنگ و مقاومت مكانيكي آن توسعه دادند.

ارتباط لگاريتمی مطالعات ژئوفيزيک

از جمله ارتباط لگاريتمي بين مقاومت فشاري تك محوري (UCS) و مقاومت ويژه الكتريكي. در مطالعه آنها، UCS با افزايش مقاومت ويژه الكتريكي افزايش مي يافت.

بيليم و همكاران ( 2002 ) مقاومت ويژه نمونه هاي مصنوعي سنگ تحت فشار را اندازه گيري كردند.

مطالعات آنها نشان داد

مطالعات آنها نشان داد كه افت ولتاژ با افزايش مقاومت سنگ و چگالي كاهش مي يابد.

قهرمان و آلبرت ( 2006 ) امپدانس الكتريكي نمونه هاي مغزه بدست آمده از منطقه برشي گسل را اندازه گيري و با UCS، مدول هاي كشساني، انديس بار نقطه اي، سرعت موج طولي، انديس چكش اشميت، چگالي و تخلخل نمونه ها ارتباط دادند.

تحقيق آنها ارتباط لگاريتمي

تحقيق آنها ارتباط لگاريتمي بين UCS، مدول هاي كشساني و مقاومت ويژه الكتريكي را نشان داد . روابط رياضي داده شده ميان خصوصيات متفاوت سنگ، كاربردي است و به عوامل گوناگوني مانند نوع سنگ و شرايط و چگونگي اجراي آزمايش بستگي دارد.

اغلب سنگ ها و خاك ها جريان با يون هاي محلول در آب موجود در منفذهاي سنگ انتقال مي يابد.

مقاومت ويژه

مقاومت ويژه به خواص تخلخل، شوري سيال منفذها، درصد اشباع آب، محتوي رس، دما و فشار مرتبط است (آرچي، 1942). معادله تجربي آرچي ( 1942 ) انطباق خوبي با سنگ هاي بدون رس مانند ماسه سنگ هاي تميز براي دارد.

ذرات رسی

ذرات رسی داراي فعاليت الكتريكي سطحي هستند وجود رسانايي سطحي. اين فعاليت باعث مي شود كه مقاومت الكتريكي سنگ و خاك كاهش يابد؛ به خصوص در حالتي كه درصد اشباع آب كم است.

به هرحال وقتي اشباع آب زياد است، مقاومت ويژه سنگ بيشتر تحت تاثير شوري آب در منفذها است. مقاومت ويژه سنگ هاي رسي به بسامد نيز وابسته است.

تحقيقات براس و همكاران

تحقيقات براس و همكاران ( 1965 ) روشن ساخت كه مقاومت ويژه سنگ هاي بلورين در تنش هاي كم، افزايش و سپس در تنش هاي زيادكاهش مي يابد.

تحقيقات كيت و گخال ( 1998 ) نشان داد كه مقاومت ويژه با افزايش UCS كاهش مي يابد.

آرا و همكاران ( 2004 ) دريافتند كه مقاومت ويژه نمونه هاي سنگ كربناته با 20 درصد رس و 70 درصد اشباع آب با افزايش تنش محوري افزايش مي يابد.

فشار جانبی

روشن ساخت كه فشار جانبي، مقاومت ويژه را كاهش مي دهد؛ اين امر مي تواند ناشي از بسته شدن درزه ها و ميكرو درزه ها در سنگ هاي خشك باشد.

كيت و رائو ( 1989 ) نشان دادند كه فشار جانبي، مقاومت ويژه سنگ هاي اشباع را افزايش مي دهد كه دليل آن بسته شدن درزه ها و كاهش اندازه منفذها است.

اعمال فشار جانبی

آنها حدس زدند كه با اعمال فشار جانبی بيشتر از فشار آب منفذي، نفوذپذيري كاهش مي يابد. در اين حال فشار آب منفذي اثر تخلخل را افزايش مي دهد و در نتيجه مقاومت ويژه سنگ كاهش مي يابد (گلوور و همكاران، 1997، 2000).

در اين تحقيق، مقاومت ويژه الكتريكي 7 نمونه حين آزمايش تنش تك محوري اندازه گيري شده و نتايج مورد بحث قرار گرفته است.

نمونه ها و روش كار آزمايشگاهي روش های ژئوفيزيكی

نمونه ها روش های ژئوفيزيكی

هدف از عملي ساختن آزمايش ها، بررسي ارتباط بین خواص مكانيكي و الكتريكي نمونه هاي سنگي با ساخت و بافت هاي متفاوت تقريبا اشباع است . لذا هفت نمونه مغزه به قطر 52 ميلیمتر و طول 11 سانتي متر انتخاب شد.

مغزه نمونه هاي مور دنظر به مدت 1 تا 13 شبانه روز در آب شُرب قرار داده شدند.

مقاومت ويژه الكتريكی روش های ژئوفيزيكی

چگالي، مقاومت ويژه الكتريكي، مدول كشساني و UCS آنها اندازه گيري شد (جدول 2). پايش مقاومت ويژه الكتريكي نمونه ها حين آزمايش فشار تك محوري مطابق استاندارد ASTM صورت پذيرفت.

دو نمونه ماسه سنگ 0411-8 و 0911-4، به صورت تكراري از يك بلوك مغزه گيري شد.

نمونه ها ي آهك فسیلی 0411-4 و 0911-1 داراي بافت بسيار ريزدانه هستند (فسيل هاي ريز از جنس كلسيت در زمينه آهك ميكريتي).

فسيل های ريز از جنس كلسيت روش های ژئوفيزيكی

مقطع نازك حكايت از وجود فسيل های ريز از جنس كلسيت دارد. اين دو نمونه در مدت زمان هاي متفاوت 7 و 10 روز در آب شرب قرار داده شدند تا اثر آب بر مقاومت مكانيكي و مقاومت الكتريكي آنها بررسي شود.

نمونه آهک 0911-3 شب يه تراورتن داراي تخلخل و منفذها زيادي است كه بعضي از منفذها آن با سيماني از جنس كلسیت پر شده و داراي مقاومت مكانيكي كمتري شد. حدس زده مي شود كه رفتار آن شب يه سنگ هاي برشي در مناطق گسلي باشد.

بحث روش های ژئوفيزيكی

منحنی آزما يش مقاومت تك محوري 7 نمونه مغزه را نشان مي دهد. نمونه هاي تكرار ي ماسه سنگ، منحني يكساني را نشان مي دهند.

نمونه هاي آهك فسيلي 0411-4 و 1-0911 منحني هاي كاملا متفاوتي را به دست مي دهد. اين اختلاف، به دليل تفاوت در اشباع آب آنها است.

مقطع نازك (شكل 1) نشان م ي دهد كه اين سنگ از كنار هم قرار گرفتن مجموعه فسیل هاي ريز تشكيل شده اند. خواص مكانيكي اين نمونه در اثر جذب آب به شدت كاهش مي يابد.

سيمان اتصال دهنده ذرات سنگ دانه ريز

بايد در نظر داشت كه سيمان اتصال دهنده ذرات سنگ دانه ريز (سيمان ميكريتي) است . ژئوفيزيكی نتيجه گيري بيشتر نياز به آزمايش تكميلي تعيين كانيهاي تشكيل دهنده سنگ دارد. هر دو نمونه تراورتن نيز منحني هاي آزمون تك محوري متفاوتي به دست مي دهند.

اين مسئله به ساختار آنها يا نحوه كنار هم قرار گيري منفذها وابسته است. كمترين خواص مكان يكي مربوط به آهك    3-0911 است.

منحني هاي مقاومت ويژه الكتريكي بهنجار -كُرنش  به دست آمده حين آزمون تك محوري را نشان مي دهد. مقاومت و يژه الكتر يكي بهنجار از نسبت مقاومت و يژه بر بيشينه ژئوفيزيكی مقدار آن به دست آمده است.

سنگ های متفاوت روش های ژئوفيزيكی

سنگ هاي متفاوت، رفتارهاي متفاوتي نشان مي دهند . در نمونه هاي ماسه سنگ ، با افزايش كُرنش، مقاومت ويژه افزايش مي يابد.

درصورتي كه در نمونه هاي آهك فسيلي 0411-4 و 0911-1 در سراسر محدوده افزايش كُرنش، كاهش مقاومت ويژه را نشان ميدهند.

نمونه هاي آهك 0911-3 و تراورتن افزايش مقاومت ويژه در كُرنش هاي كم و سپس كاهش مقاومت و يژه در كُرنش هاي زياد را نشان مي دهند.

نمونه های آهک فسيلی ژئوفيزيكی

با توجه به اينكه نمونه هاي آهك فسيلي 0411-4 و 0911-1 از ذرات بسيار ريز و يكنواخت تشكيل شده اند (مقطع نازك، شكل 1). به نظر مي رسد كه اعمال تنش، باعث ايجاد درزه هاي القايي مي شود و اين درزه ها تا نقطه شكست افزايش مي يابند. لذا با افزايش كُرنش، تخلخل افزايش و مقاومت ويژه سنگ كاهش مي يابد.

نمونه های تراورتن روش های ژئوفيزيكی

نمونه های تراورتن و آهك 0911-3 رفتاري بين دو حالت ذكر شده نشان مي دهند. به عبارت ديگر در كُرنش هاي كم، بسته شدن منفذها و درزه هاي موجود و در كُرنش هاي زياد، ايجاد درزه هاي القايي جديد و كاهش مقاومت و يژه الكتريكي مشاهده مي شود. نتايج به دست آمده در اينجا همخواني قابل ملاحظه اي با نتايج براس و همكاران ( 1965 ) دارد.

نتیجه گیری روش های ژئوفيزيكی

آزمون محوري هم زمان با اندازه گيري مقاومت ويژه الكتريكي روي 7 نمونه مغزه آهك، ماسه سنگ و تراورتن با ساخت و بافت هاي متفاوت صورت گرفت.

نمونه هاي متفاوت رفتارهاي ژئوفيزيكی الكتريكي متفاوتي را حين آزمایش تك محوري نمايش دادند.

ماسه سنگ ها افزايش و نمونه هاي آهك فسيل دار كاهش مقاومت ويژه الكتريكي را در سراسر محدوده افزايش كُرنش نشان دادند.

تراورتن ها ژئوفيزيک

تراورتن ها و آهك 0911-3 رفتار بينابين داشتند، به طوري كه با افزايش كُرنش در ابتدا افزايش مقاومت ويژه و سپس كاهش مقاومت نشان دادند. رفتار مقاومت ويژه به بسته شدن منفذها در ابتدا و ايجاد درزه هاي القايي در تنش هاي بيشتر ارتباط داده شده است.

نتايج نشان مي دهند كه ساختار سنگ نيز اثر مهمي در رفتار مقاومت ويژه در حين اعمال تنش دارد.

آزمايش مقاومت فشاری ژئوفيزيک

در آزمايش مقاومت فشاري تك محوري وقتي تنش ها به مقاومت فشاري تك محوري نهايي نزديك مي شود، چگالي درزه هاي القايي به بيشترين مقدار خود مي رسد و هرچه مقاومت نهايي سنگ بيشتر باشد اين چگالي درزه نيز بيشتر مي شود.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با آسیا ژئوفیزیک و ژئوتکنیکی تماس بگیرید.

اینستاگرام آسیا ژئوفیزیک

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

    خانهخدماتتماسارتباط با ما