Методы определения запредельных характеристик

Поведение горных пород под нагрузкой в полной мере характеризуется так называемой полной кривой "напряжение-деформация", которая состоит из двух ветвей - восходящей до значения [ s_сж ], равного пределу прочности испытуемой породы, и ниспадающей от [ s_сж ] до [ s_ост ] - остаточной прочности (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Типичные кривые "напряжение-деформа-ция" для горных пород, получа-емые на обычных испытатель-ных прессах (а) и машинах с повышенной жесткостью (б).

l-V - области: I - закрытия структурных дефектов, II - линейного деформирования, III - образования микротрещиноватости, IV - разветвления и слияния трещин, V - снижения грузонесущей способности.

В процессе экспериментов на испытательной машине или прессе наряду с деформациями испытуемого образца деформируется и сама испытательная машина. При достижении образцом предела прочности и начале разрушения упругая энергия, накопленная испытательным оборудованием, сообщается образцу и реализуется обычно в виде очень быстрого (лавинообразного) его разрушения. При этом вид и характеристики восходящей ветви кривой деформирования практически не зависят от деформационных характеристик испытательного оборудования.

Если при испытаниях применять силовые устройства, не способные накапливать упругую энергию или исключающие ее передачу образцу после начала разрушения, то деформирование горных пород за пределом прочности будет происходить достаточно спокойно и может быть зафиксировано в виде ниспадающей ветви. Вполне естественно, что параметры ниспадающей ветви кривой деформирования в весьма существенной степени определяются деформационными характеристиками испытательного оборудования.

Деформационные характеристики силового оборудования - испытательных машин, прессов, нагрузочных приспособлений и установок - оцениваются показателем жесткости, представляющим собой отношение усилия, развиваемого оборудованием, к абсолютным деформациям, возникающим в нем. Обычные испытательные машины и прессы имеют жесткость в пределах (0,05 - 0,1) 10⁵ кгс/см.

В настоящее время разработаны многочисленные конструкции специальных компенсаторов, позволяющих увеличивать жесткость обычных испытательных машин до (1,5 - 2,5) 10⁶ кгс/см. Вместе с тем предложены и принципиально отличающиеся конструкции специальных прессов с весьма высокой степенью жесткости, позволяющие испытывать широкий круг пород в том числе и весьма хрупких. Одна из таких конструкций с жесткостью 2^.10⁷ кгс/см (автор - профессор А.Н. Ставрогин) приведена на рис. 6.9.

Рис. 6.9. Схема жесткого пресса.

А - плунжерный насос; Б, Г - самотормозящиеся клиновые пары; В - гидродомкрат.

1 - винт для возвращения клиновой пары Б в исходное положение; 2 - нутромер; 3 - испытываемый образец; 4 - экстензометр; 5 - жесткая рама; 6 - регулировочный винт; 7 - корпус; 8 - груз.

При проведении испытаний образцы практически любых пород (вплоть до самых хрупких) деформируются без динамических явлений, спокойно, при этом, как правило, образец после испытаний сохраняет свою форму, хотя и не способен нести внешнюю нагрузку.

На рис. 6.10 представлены типичные кривые деформирования разнообразных пород, из которых следует, что остаточная прочность исследованных пород составляет не более 5% от максимальной, модули деформирования для различных ветвей кривой противоположны по знаку, причем крутизна спада всех кривых, характеризуемых модулями спада М, за исключением мрамора, превосходит модуль деформирования для восходящих ветвей деформационных кривых.

Рис.6.10. Полные кривые деформирования образцов горных пород.

1 мрамор; 2 - гранит биотитовый; 3 - плагио-гранит биотитовый; 4 - песчаник; 5 диабаз; 6 - тальк-хлорит.

Дата добавления: 2014-01-05