Причины нарушения подобия горных пород при испытаниях

12.11.2019

При определении механических свойств горных пород в образцах правильной геометрической формы (кубы, цилиндры, призмы) большое значение имеют отклонения реальных рабочих поверхностей образцов горных пород от идеальной плоскости. Опыты, выполненные Б.П. Беликовым, Б.В. Залесским, М.И. Койфманом и С.Е. Чирковым, показали, что при точной обработке получаются более правильные численные значения показателей прочности. В зависимости от качества обработки образцов разница в показателях лабораторных испытаний достигает 30—50 %,

Микропрофилограммы контактных поверхностей образцов мраморизованного известняка, габбро, гранита, кварцита, песчаника и скарна показали, что контактные поверхности, формально плоские, в действительности имеют определенную выпуклость. Это объясняется тем, что при шлифовании, особенно вручную, образец горной породы истирается обычно больше по краям, чем в середине. С уменьшением размера шлифуемого образца кривизна контактных поверхностей увеличивается. При испытаниях таких образцов возникает неравномерное распределение нагрузки по торцам. Концентрация разрушающих напряжений на выпуклых участках приводит к искажению результатов, а определяемая прочность в образцах меньшего размера при обычно применяемой технологии подготовки будет заниженной.

При одноосном сжатии образцов трудно избежать эксцентричности разрушающих нагрузок, так как тщательность прилегания плит пресса к торцам образцов обычно устанавливается "на глаз". Шаровая поверхность пят большинства прессов представляет собой сферу большого радиуса и не обеспечивает тщательного прилегания образцов при их сжатии, особенно маленьких. В результате неравномерного распределения нагрузки на торец одна сторона образца деформируется более интенсивно, чем другая.

Специальными исследованиями установлено, что при испытаниях прочности одноосным сжатием образцы всегда разрушаются с некоторым эксцентриситетом е, среднее относительное значение которого (е/r) составляет 0,064.

Влияние радиуса сферической опоры пят пресса на величину эксцентриситета изучено на образцах диаметром 30, 42 и 57 мм при пяти опорах пресса с различным радиусом сфер. На каждой опоре разрушали по четыре образца каждого диаметра.

Установлено, что при одноосном сжатии распределение напряжений по сечению образца всегда эксцентрично. В образцах меньшего размера при прочих равных условиях наблюдается больший эксцентриситет сжимающих нагрузок. Некоторое снижение эксцентриситета имеет место у пород, дающих перед разрушением пластические деформации (алевролиты, аргиллиты, слабые песчаники), в отличие от антрацитов, кварцитов и других крепких изверженных пород.

При нагружении образца величина эксцентриситета, как правило, убывает (увеличение эксцентриситета наблюдалось лишь при испытаниях на опоре пресса с наименьшим радиусом сферы).

Наименьший эксцентриситет наблюдается при отношении радиуса образца к радиусу сферической поверхности опоры пресса 0,3-0,4.

При длительном нагружении деформирование образца горной породы сопровождается уменьшением эксцентриситета напряжений.

К первой группе причин различия свойств пород в образцах и массиве относится нарушение подобия образцов (целиков, массивов) различного размера по петрографической неоднородности (структуре, текстуре и слоистости горных пород), трещиноватости и ее параметрам (протяженности, зиянию, углу наклона, морфологии трещин), газо- и водонасыщенности, величине порового давления (газов или жидкостей), а также по остаточному напряженному состоянию (рис. 4.1). Все это можно назвать масштабным эффектом, который не зависит от исследователя и должен учитываться методикой расчета.

Так, степень насыщенности водой и газом, а также величину их порового давления можно измерить и, зная количественное их влияние на свойства горных пород, внести соответствующую поправку.

Две другие группы причин различия свойств в образцах и массиве (целиках) связаны с техникой и технологией испытаний, от которых зависит качество рабочих поверхностей образцов и натурных призм, равномерность распределения разрушающих нагрузок по сечению образцов (целиков, призм), контактные условия, скорость и динамика нагружения (реальные целики и призмы при натурных испытаниях разрушаются, как правило, при значительно меньших скоростях, жесткость испытательных машин не соответствует жесткости гидроподушек, гидродомкратов, системы "порода — почва — кровля"). Первая группа причин объясняет проявление объемного (главного) масштабного эффекта, вторая группа причин — проявление поверхностного масштабного эффекта. Третья группа причин по существу не является масштабным фактором, и ее следует отнести к нарушениям механического подобия.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна