ผลกระทบของทรานเวอร์สไอโซทรอปีต่อสมบัติเชิงกลศาสตร์ของหินทรายภูพานEffect of Transverse Isotropy on Mechanical Properties of Phu Phan Sandstone

Abstract

วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้เพื่อตรวจสอบผลกระทบของทรานเวอร์สไอโซทรอปีต่อการตอบสนองเชิงกลศาสตร์ของหินทรายชุดภูพาน ตัวอย่างหินรูปทรงปริซึมสี่เหลี่ยมถูกจัดเตรียมให้มีมุมระหว่างระนาบชั้นหินกับแรงในแนวแกน (β) ผันแปรตั้งแต่ 0 ถึง 90 องศา เพื่อทดสอบกำลังรับแรงกดภายใต้แรงดันล้อมรอบจาก 0 ถึง 12 เมกะปาสคาล ด้วยเครื่องทดสอบการให้แรงในหลายทิศทาง ผลการทดสอบระบุว่ากำลังรับแรงกดมีค่าต่ำสุดเมื่อมุม β เท่ากับ 75 องศา เนื่องจากมีรูปแบบการวิบัติผ่านระนาบชั้นหิน สัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นมีค่าต่ำสุดและสูงสุดเมื่อมุม β เท่ากับ 0 องศา และ 90 องศา ตามลำดับ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เม็ดตะกอนสามารถอัดตัวได้ง่ายกว่าในทิศทางที่ตั้งฉากกับระนาบชั้นหิน แรงดันล้อมรอบส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น เกณฑ์การแตกของคูลอมบ์สามารถใช้ในการอธิบายกำลังรับแรงกดของตัวอย่างหินได้เป็นอย่างดี เมื่อพิจารณาถึงความเค้นและความเครียดที่จุดวิบัติในรูปแบบของพลังงานความเครียดเบี่ยงเบน ผลที่ได้มีความสอดคล้องกับเกณฑ์การแตกของคูลอมบ์ ผลที่ได้สามารถนำมาใช้ในการวิเคราะห์และออกแบบโครงสร้างทางวิศวกรรมในชั้นหินทรายภูพานที่มีลักษณะแบบทรานเวอร์สไอโซทรอปี

The objective of this study is to experimentally investigate the effect of transverse isotropy on mechanical response of bedded Phu Phan sandstone. Prismatic specimens are prepared to have bedding plane angles (β) varying from 0 to 90 degrees with the main axis. They are tested in compression under confining pressures from 0 to 12 MPa by Polyaxial load frame. The results indicate that the compressive strength is lowest when angle β is 75 degrees because failure is occurred by sliding along the bedding plane. The elastic coefficients are lowest and highest under angle β equals 0 degrees and 90 degrees, respectively. Due to grain particles are stiffen and tighten more easier in direction normal to bedding plane. Confining pressures increase the elastic moduli. The Coulomb criterion can well describe the compressive strength of the rock. Considering both stress and strain at failure, the distortional strain energy provides the results that coincide with those obtained from the Coulomb criterion. The findings can be used for analysis and design of engineering structure in transverse isotropic Phu Phan sandstone.