Характер проявления масштабного эффекта горных пород

12.11.2019

Масштабный эффект исследовали применительно к прочности горных пород в образцах различного размера. Прочность определяли методом раскалывания пластин клиньями или лежачих цилиндрических образцов плитами пресса. Анализ экспериментальных данных (табл. 4.2) показывает, что при растяжении прочность пород всегда уменьшается. Повышения прочности при увеличении размеров, как это иногда наблюдается при сжатии, не наблюдалось.

Для алевролитов, доломита и некоторых других пород эффект увеличения прочности пород при растяжении проявляется особенно сильно в области самых малых размеров (порядка 1—3 см3 и меньше). Чем меньше размеры образцов, тем больше разброс показателей прочности.


Степень проявления, масштабного эффекта зависит от геологопетрографических особенностей и прежде всего от трещиноватости и неоднородности строения горных пород. Так, в трещиноватом аргиллите она выше, чем в плотном аргиллите, значительно проявление масштабного эффекта в алевролитах и песчаниках. Слабое изменение прочности с изменением размеров наблюдается в однородном габбро и сильное в неоднородном граните.

По такой же методике большие исследования масштабного фактора были проведены применительно к ереванским туфам (табл. 4.3), Масштабный эффект при одноосном сжатии изучался, в основном, на кубообразных образцах "полуправильной" формы, которые выкалывались из средних частей пластин. Рабочие поверхности образцов были отшлифованы с одинаковой тщательностью и имели совершенно незначительную выпуклость. Это позволяет утверждать, что образцы имели геометрическое подобие контактных поверхностей.

Боковые поверхности образцов, полученные посредством раскалывания, не обрабатывали. Можно было ожидать, что в процессе выкалывания произойдет некоторая деструкция поверхности образцов, которая может привести к проявлению так называемого поверхностного масштабного эффекта. Специальные исследования с образцами правильной и полуправильной формы показали, что поверхностный масштабный эффект при испытании образцов полуправильной формы проявляется незначительно.

Изучению прочности горных пород в образцах различного размера посвящено много работ, а результаты их довольно противоречивы. Одни исследователи отмечают увеличение пределов прочности с уменьшением размеров испытываемых образцов, другие — уменьшение. Для многих однородных пород существенного проявления масштабного эффекта не обнаружено (табл. 4.4).




Согласно табл. 4.4, наиболее противоречивые результаты относятся к каменным солям. Так, по данным Стоматио и Теодореску, Г.Н. Кузнецова, А.М. Пенькова и А. А. Вопил кина, а также Г.Н. Ширко прочность каменных солей с увеличением размеров образцов увеличивается. По данным югославского исследователя М. Цветковича масштабный эффект в каменных солях отсутствует. Вместе с тем большой объем экспериментальных данных Н.С. Хацатурьяна свидетельствует о том, что прочность каменных солей с увеличением размеров образцов уменьшается. Это уменьшение, по мнению исследователя, подчиняется законам статистических теорий хрупкой прочности. С использованием вычислительного аппарата указанных теорий была оценена прочность солей в массиве.

Увеличение прочности мрамора с увеличением размеров испытываемых образцов наблюдается по данным Л.И. Барона и В.М. Курбатова, а также по результатам испытаний образцов Тырны-Аузского месторождения. И наоборот, по данным Е.И. Ильницкой, прочность мрамора с увеличением размеров испытываемых образцов уменьшается. Причин уменьшения прочности образцов с уменьшением их размера может быть много. К ним следует отнести проявление поверхностного масштабного эффекта, значительную величину эксцентриситета при сжатии образцов малого размера и кривизну рабочих торцов. Эти выводы частично подтверждены опытами Г.Б. Кочаряна на туфах Маяковского и Артикского месторождений. Полученная им прочность на образцах правильной формы малого сечения оказалась значительно меньше прочности, полученной на образцах полуправильной формы, выколотых из средних частей пластин и потому имеющих меньшую относительную выпуклость рабочих торцов.

Уменьшение прочности с уменьшением размеров образцов у пород крупнопористых и имеющих крупные включения слабых пород объясняется влиянием неоднородностей низшего порядка, размеры которых становятся соизмеримыми с размерами испытываемых образцов. Теоретическое обоснование такому изменению прочности имеется в работе Б.В. Матвеева. С увеличением образцов поры и включения переходят в разряд "эффективной неоднородности" (по М.В. Рацу) и, подчиняясь законам статистических теорий хрупкой прочности, способствуют уменьшению пределов прочности.

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