Reologi Flashcards
Hva er Reology?
- Studiet av mekaniske egenskaper til faste stoffer, væsker og gasser.
- Avledet fra det greske ordet “rheo”, som betyr “å flyte”.
- Omhandler hvordan materie flyter og samspillet mellom stress, strain og strømningshastighet
Hva er Bergmekanikk
- Omhandler mekanisk oppførsel til bergarter som respons på stress.
- Viktig for gruvedrift, tunnelbygging, andre konstruksjonsarbeider og hydraulisk frakturering av petroleumsreservoarer.
Hvilke 2 Deformasjonsregimer har vi?
- Sprø (Brittle):
o Materialet deformeres ved brudd og sprekkedannelse.
o Forekommer ved lave temperaturer og trykk. - Duktil (Ductile):
o Materialet akkumulerer permanent strain (flyter) uten makroskopisk synlig brudd.
o Forekommer ved høye temperaturer og trykk.
Hva er Laboratorieeksperimenter innen reologi, og ka for metoder bruker vi?
Laboratorieeksperimenter kan bestemme reologien til bergarter.
- Enakset deformasjonsrigg (Uniaxial deformation rig): Tester deformasjon under aksial belastning.
- Treakset deformasjonsrigg (Triaxial deformation rig): Tester deformasjon under aksial belastning og omsluttende trykk (σ1 > σ2 = σ3).
- Skjærboks og ringskjærapparat (Shear box and ring shear apparatus): Tester skjærdeformasjon.
Hva er dei Idealiserte typene deformasjon basert på stress-strain-forhold?
- Elastisk (Elastic):
- Viskøs (Viscous):
- Plastisk (Plastic):
Hva er elastisk (Elastic) deformasjon?
o Strain er proporsjonal med påført stress.
o Strain er reversibel - materialet returnerer til opprinnelig form når stresset opphører.
o Analog: strikk eller fjær.
o Geologiske prosesser: seismiske bølger.
Hva er viskøs (Viscous) deformasjon?
o Avhengighet av stress på strain rate: høyere stress betyr raskere flyt eller mer rask strainakkumulering.
o Viskøs deformasjon er irreversibel (permanent strain).
o Newtons konsept om laminær strømning.
o Viskositet: motstand til væsker mot å flyte.
Hva er plastisk (Plastic) deformasjon?
o Permanent strain uten utvikling av brudd.
o Favoriseres av lave strain rates, høy temperatur og trykk.
o Fjerning av stress fjerner elastisk deformasjon, men ikke plastisk.
o Elastisk-plastisk oppførsel er vanlig.
Hva er Lineær elastisitet - (Hooke*s lov)
- Lineært forhold mellom stress og strain.
- Beskrevet av Hookes lov: σ = Ye eller E = σ/e.
- E eller Y = Youngs modul eller elastisitetsmodul (stivhet).
- E = forholdet mellom normalt stress og strain - beskriver hvor vanskelig det er å deformere et elastisk materiale eller bergart.
- Bergarter med lav E-verdi er mekanisk svake, da deres motstand mot deformasjon er liten.
- De fleste mineraler og bergarter er ikke perfekt lineært elastiske.
Forklar Poissons Forhold
- Forholdet mellom tverrgående strain (eyy, normalt på σ1) og langsgående strain (ezz, parallelt med σ1).
- Uttrykkes som: ν = -eyy/ezz eller ν = -ex/ez.
- ν = 0,5 for inkompressible materialer.
- ν ≈ 0 => det utvider eller forkorter seg nesten ikke vinkelrett på stress (kompressibelt).
- ν ≈ 0,3 => sammentrekning i én retning kompenseres ikke fullt ut av vinkelrett forlengelse.
- For de fleste bergarter er ν mellom 0,2 og 0,3.
- Forholdet er nyttig for å estimere egenskaper til bergarter og væsker i et petroleumsreservoar.
Forklar begrepet viskositet innen reologi
- Motstanden til væsker mot å flyte.
- Newtonske væsker: lineært forhold mellom stress og strain rate (konstant viskositet).
- Ikke-newtonske væsker: ikke-lineært forhold mellom stress og strain rate.
- Vann og bensin er newtonske væsker. Sann newtonsk oppførsel observeres ikke i bergarter.
Forklar begrepet Kompetanse innen reologi
- Relativ viskositet.
- Mer kompetente (høy-viskøse) lag har en tendens til å boudinere/brekke eller bukle.
- Lav-viskøse lag flyter inn i mellomrommene mellom boudinene.
- Kompetanse er motstand til lag eller objekter mot å flyte. Begrepet er kvalitativt og relativt til nabobergartene eller matriks.
Hva er Faktorer som påvirker bergarters reologi:
- Temperatur: Økt temperatur fører til mer duktil deformasjon.
- Trykk: Økt omsluttende trykk fører til mer duktil deformasjon.
- Strain rate: Økt strain rate fører til mer sprø deformasjon. Ved svært høye strain rates kan bergarter brekke (sprø brudd) i stedet for å flyte, f.eks. under et jordskjelv.
- H2O: Mer væske gjør bergarten svakere.
- Arvede svakheter: Foliasjoner, sprekker osv.
Forklar Mohr-sirkel og diagram i 2D:
- Representerer stress på ethvert plan i en bergart.
- Hovedstress: σ1 og σ3.
- Horisontal akse: normalt stress (σn).
- Vertikal akse: skjærstress (σs).
- Hvert eksperiment plottes som en sirkel med en diameter definert av σ3 og σ1. Dette gjør det mulig å definere bruddkonvolutten.
Hva er Coulombs bruddkriterium (Coulomb failure criterion)?
- Beskriver den kritiske tilstanden der en bergart går i brudd (brekker).
- C (kohesjon) = bergartens kohesive styrke. C > 0 for dannelse av nye brudd, C ≈ 0 for reaktivering av friksjonsgliding langs eksisterende brudd.
- μ = koeffisient for intern friksjon, vanligvis rundt 0,6.
- Φ = vinkel for intern friksjon.
- T = bergartens strekkfasthet.
Hva er Litosfærens reologi?
- Reologisk stratifisering (“juletre”-diagram).
- Avhenger av mineralsammensetning (skorpe og mantel), væskeinnhold, trykk (dvs. tektonisk setting), temperatur og strain rate.
- “Tørr” skorpe er sterkere (kan opprettholde høyere differensielt stress) enn “våt” skorpe.
