Особенности поведения горных пород при динамическом нагружении

14.11.2019

Все виды нагружения в принципе следует относить к динамическим, тем не менее критерием оценки вида нагружения динамического или статического принят условно удельный вес инерционных сил в общем балансе действующих сил (15% и более от статической нагрузки). Второй особенностью поведения пород при динамических нагрузках является неравномерность во времени и по величине распределения напряжений по нагруженному объему, так как распределение напряжений преимущественно носит волновой характер. Третьей особенностью поведения пород при динамическом нагружении является неравномерность деформирования нагружаемого объема, — одна часть нагружаемого объема деформируется больше, а другая часть этого же объема может быть деформирована меньше, или не деформироваться совсем.

Таким образом, при динамическом нагружении сравнительно большую роль играют волновые процессы, тогда как при статических нагрузках волновые процессы возникают лишь в первый период нагружения, а в дальнейшем они затухают и на процесс образования напряжений не влияют.

Разрушение породы при динамическом нагружении может произойти сразу в нескольких местах, тогда как при статическом нагружении разрушение произойдет в наиболее слабом месте.

Из сказанного видно, что характер, форма деформаций и величина напряжений в нагружаемом объеме зависит от способа приложения нагрузки, поэтому и показатели свойств пород, полученные при динамических и статических нагрузках имеют разные значения.

При выяснении влияния скорости нагружения на показатели свойств горных пород при динамическом внедрении пуансона процесс нагружения следует рассматривать как процесс взаимодействия двух тел — пуансона и породы. При этом следует иметь в виду, что масса пуансона или любого внедряемого тела имеет ограниченные размеры, а массу породы, как правило, принимают бесконечно большой.

Установлено, что не вся бесконечно большая масса породы будет принимать участие в процессе нагружения, а только его часть, обусловленная временем контакта нагружающего тела с породой, скоростью прохождения упругих волн, а также величиной и формой поверхностей тел.

Таким образом от свойств, размеров и форм нагружающего тела будет зависеть характер, закон и режим, по которому будет нагружаться испытываемая порода.

Объем породы, охваченной деформацией, в процессе нагружения будет зависеть от формы контактирующей поверхности. При точечном контакте нагружающего тела с породой объем породы будет иметь форму полусферы с радиусом, равным произведению скорости распространения волн на время нагружения. В случае линейной нагрузки форма этого объема будет близка к эллипсоиду. При равномерно распределенной нагрузке по площади, форма и размеры породы, участвующей в нагружении будут зависеть от соотношения и величины контактирующей поверхности, а также от скорости распространения продольных волн и от времени нагружения.

Таким образом при рассмотрении процесса динамического нагружения должна рассматриваться совместно взаимодействующая пара — нагружающее тело и порода.

В дальнейшем для получения сравнимых результатов и классификации пород мы будем задаваться режимом нагружения, принимая при этом нагружающее тело (пуансон или другой инструмент) с постоянными свойствами, обусловленными его формой и материалом. При этом будем иметь в виду, что массы взаимодействующих тел будут считаться сосредоточенными в центре инерции этих масс (объемов) или тел.

При динамическом нагружении породы играет роль еще и схема нагружения. Под схемой нагружения понимается такое расположение ударяющего тела и породы, когда энергия удара может передаваться породе либо непосредственно ударяющим телом, либо через промежуточный элемент (тело).

Характер нагрузки в принципе не зависит от времени нагружения, хотя количественная разница в величине и виде передаваемой энергии имеется. При этом большую роль будет играть соотношение формы и размеров всех масс.

При непосредственном ударе тела о породу вначале возникает волна напряжений, которая будет распространяться по породе со скоростью звука. Одновременно с этим, возникает волна и в ударяемом теле, которая будет распространяться по нему также со скоростью звука. Как только волна дойдет до противоположного (от контакта) конца тела, она превратится из волны сжатия в волну растяжения и в отрицательной фазе вернется к месту контакта соударяющихся тел. Время контакта ударяющего тела с породой будет зависеть как от времени пробега волны по ударяющему телу, так и от формы тела и его контактирующей поверхности. Затем, если запас энергии у ударяющего тела достаточный, может произойти разрушение на контакте соударяющихся тел. После чего ударяющее тело отскочит от породы, если упругие силы ее еще будут иметь место.

Таким образом энергия удара, запасенная в виде кинетической энергии ударяющегося тела будет превращена в энергию, идущую на разрушение, на упругие деформации и диссипативные потери в волне, и на остаточную энергию, идущую на отскок ударяющего тела.

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