Скорость воздействия нагрузок и виды напряженного состояния горных пород

12.11.2019

Процесс нагружения образца горной породы характеризуется прежде всего условиями приложения нагрузки, в том числе скоростью воздействия (нагружения), видом напряженного состояния, характеристиками испытательной системы.

Поскольку исследуется влияние времени нагружения на прочностные и деформационные свойства горных пород, полезно ввести характеристики режимов нагружения или скоростей воздействия при одноосном деформировании образца. Механические испытания производят либо при постоянной скорости нагружения, либо при постоянной скорости деформации, либо при постоянной скорости деформирования (скорости удара).

Когда напряжение в теле растет пропорционально времени нагружения, скорость нагружения выражается приращением напряжения в единицу времени, т е. o = dodt (Па*с-1).

Процесс деформирования протекает во времени, когда текущая стадия деформированного состояния переходит из близкой предшествующей стадии; линейная скорость деформации* представляет собой относительное линейное удлинение, отнесенное по времени, в течение которого оно происходит: е = de/dt (с-1).

Скорость деформирования (скорость удара) v (м/с-1) представляет собой скорость движения одного конца образца относительно другого и задается скоростью перемещения активных элементов нагружающих устройств.

При одноосном деформировании образца эти величины связаны простыми соотношениями. Так, скорость деформации е пропорциональна скорости деформирования v:

где l — первоначальная длина образца; Al — абсолютная продольная деформация образца в направлении нагружения; t — время приложения нагрузки.

В пределах упругих деформаций зависимость между е и о определяется законом Гука, т.е.

где E (е) — модуль упругости породы при данной скорости деформации.

Соотношение (5.1) является приближенным, поскольку предполагается, что деформации вдоль образца распределены однородно, скорости v перемещения всех сечений в направлении действия нагрузки равны между собой, а между нагружающим устройством и образцом сохраняется условие статического равновесия.

В условиях статического приложения нагрузки, когда время взаимодействия в механической системе машина — образец сравнительно велико, скорость деформации е (или скорость нагружения о) зависит не только от величин v и l, но и от податливости испытательного устройства C, упругости образца E и соотношения его размеров S/l (где S — площадь поперечного сечения) (21), т.е.
Скорость воздействия нагрузок и виды напряженного состояния горных пород

При различного рода ударных нагрузках процесс деформирования носит нестационарный характер, поэтому пользуются понятием средней скорости деформации образца

где em — амплитудное значение деформации; f — время соударения; v — скорость соударения; ао — скорость упругой продольной волны в материале образца; om — амплитуда импульса напряжения.

Таким образом, в формулах (5.3) и (5.4) учитываются как параметры импульса нагрузки v и t, так и физические свойства породы а0 и Е. Эти формулы применимы к условиям удара, когда длина l образца превышает длину волны импульса нагрузки (l > aot). Если l < aot, то результате многократных отражений волны нагрузки от торцов образца в нем устанавливается квазиоднородное деформированное состояние. Таким образом, формула (5.1) применима для оценки скорости нагружения при ударных нагрузках. Изменять скорость нагружения при ударе можно варьированием скорости v или размеров образца l при прочих равных условиях.

Из формул (5,1—5.4) видно, что между характеристиками e, о и v существуют функциональные зависимости, но они не в одинаковой степени характеризуют процессы, протекающие в нагружаемом образце.

Несмотря на то, что е по физическому смыслу является функцией нагрузки, действующей на образец, она определяет характер процесса деформирования в каждой точке образца независимо от способа нагружения. Поэтому в дальнейшем нагружение будем характеризовать величиной скорости деформации e.

В зависимости от диапазона изменения о, ё или v предлагались различные классификации, анализ которых показал, что принципиальных различий между ними нет. Отличаются они только числом интервалов, на которые можно разбить достигнутые к настоящему времени ё или 6 при соответствующем времени нагружения до разрушения.

Например, способы нагружения в зависимости от диапазона изменения ё О.А. Кайбышев разделил на группы:

- статические при e = 10в-8/10в-2 с-1 (t = 10в4/10в2 с);

- квазистатические при e = 10в-1/10в2 с-1 (t = 10в-3/10в-5 с);

- динамические при e = 10в210в5 с-1 (t 10в-5/10в-6 с).

Разделение способов нагружения, принятое в настоящих исследованиях, определяется скоростями статического и динамического воздействия. Так, скорость статического нагружения образцов при определении прочностных показателей соответствует принятой в ГОСТ 21153.0—75 и составляет о = 0,14 3 МПа*c-1 (или е = 10в-6/10в-3 с-1). Нагружение со скоростями деформации е больше 10в-3 с-1 относится к динамическому.

При испытаниях горных пород в различных напряженных состояниях, наряду с рассмотренными характеристиками скоростей воздействия, необходимо учитывать и соотношения между главными нормальными напряжениями о1, о2 и о3 при различных схемах нагружения образцов порю д. При трехосных испытаниях наиболее распространенными схемами нагружения являются сжатие при о1 больше о2 = а3 = об; о1 = Ао + об и растяжение при о3 меньше о1 = о2 = об; о3 = о2 — Ао, где об — внешнее гидростатическое, всестороннее давление; Ао — дифференциальное давление, передаваемое прессом параллельно оси образца.

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