книги из ГПНТБ / Карташов Ю.М. Ускоренные методы определения реологических свойств горных пород

При т)стр = со ky =0,5. Этот случай характеризует ползучесть идеальной вязкости при вибрационных на­ грузках.

При т]стр=2т)с /?у = 1. В этом случае ползучесть материала одинакова при действии эквивалентных ста­ тических и вибрационных нагрузок (а тах = аст)-

При т)Стр<С2'Пс /еу >1. Ускорение ползучести при вибрационных нагрузках происходит тогда, когда ко­ эффициент структурной вязкости меньше удвоенного коэффициента статической вязкости.

При 2 т)с < т]стр < оо 1>/еу>0,5. В этом интервале значений коэффициента структурной вязкости происхо­ дит уменьшение ползучести при вибрационных нагруз­ ках.

Таким образом, краткий анализ поведения предло­ женной модели при действии вибрационных нагрузок показывает, что:

вибрационные нагрузки приводят как к увеличению, так и к уменьшению скорости ползучести материалов; различное поведение материалов при действии виб­ рационных нагрузок зависит от соотношения в мате­

риале вязких и упругих элементов; чем пластичнее материал, чем меньший эффект

(в отношении ускорения процессов ползучести) долж­ ны дать вибрационные испытания.

Параметрами, характеризующими соотношение в материале упругих и вязких элементов, могут служить модуль упругости Еу и модуль деформации Ел. Мо­ дуль деформации, учитывающий полную деформацию образца при нагрузке, комплексно отражает н упругие, и вязкие свойства материала, не разделяя их. Модуль упругости характеризует только упругие свойства ма­ териала.

Коэффициент вибрационного ускорения, таким об­

Определение модулей упругости и деформации по­ род проводили при испытании образцов пород на сжа­ тие, с измерением деформаций фотоэлектрическим тен­ зометром (для прочного мела и мергеля — прижимным

(«нагрузка — разгрузка»), без последующего нагруже­ ния образца.

Результаты сопоставительных испытаний образцов слабых горных пород и искусственных материалов на ползучесть приведены в табл. 7.

Обращают на себя внимание результаты сопостави­ тельных испытаний парафина — материала весьма пластичного и вязкого. При сопоставительных испыта­ ниях парафина особенное внимание уделялось поддер­ жанию одной и той же температуры материала образ­ ца как во время статиче­ ских, так и во время виб­ рационных испытаний.

•Скорость вибрадионной ползучести для парафина оказалась меньше скоро­ сти при статических ис­ пытаниях: коэффициейт вибрационного ускорения для парафина равен 0,63.

коэффициент вибрационного ускорения.

На рис. 37 даны результаты сопоставительных ис­ пытаний на ползучесть. Зависимость между коэффици­ ентом вибрационного ускорения и отношением модулей может быть представлена следующей формулой:

при -f5- > 0,24.

-V

Отклонения от данной прямолинейной зависимости наблюдаются для точек, соответствующих результатам испытаний парафина и эквивалентного материала. От­ клонение может быть обусловлено как существенным отличием структуры искусственных материалов от структуры пород, так и сложностью определения де­

формационных характеристик парафина и эквивалент­ ных материалов из-за большой ползучести последних при нагрузке и разгрузке. Результаты сопоставитель­ ных испытаний слабых пород, как видно из рис. 37, не­ значительно отклоняются от прямолинейной зависи­ мости.

Интересно отметить, что для некоторых грунтов, обладающих значительными остаточными деформация­ ми после цикла «нагрузка — разгрузка», т. е. неболь­ шим отношением Ел : Еу, скорость ползучести при вибрационном приложении нагрузок в 1,4 раза больше скорости при статическом нагружении [60]. Отсутствие данных о методике определения деформационных ха­ рактеристик грунтов (например, о времени нагрузки и разгрузки образца) и иной режим приложения вибра­ ционных нагрузок не позволяют надежно сопоставить результаты испытаний грунтов с полученными резуль­ татами. Однако даже при грубом сопоставлении не­ трудно заметить, что результаты испытаний грунтов, коррелируются с результатами испытаний, представ­ ленными на рис. 37.

Учитывая прямую пропорциональность между час­ тотой приложения нагрузки и скоростью ползучести, формулу (23) можно представить в следующем виде:

При достаточно большом значении коэффициента ky можно принять, что vjcTp ~ т)0. Тогда

ответствующие нагрузкам а 'тах и o"max; f — часто­ та нагрузок на образец (4 < /< 8 ).

Обычно на ползучесть при статическом действии на­ грузок испытывается несколько (в среднем 10—20) об­ разцов одновременно. Поэтому время, необходимое для определения коэффициента статической вязкости, при вибрационных испытаниях примерно в 10—15 раз меньше времени при статических испытаниях.

При обработке результатов испытаний на ползу­ честь определяли пределы текучести при действии ста­ тических и вибрационных нагрузок на образцы. На рис. 38 приведены графики зависимости скорости пол-

зучести пород и эквивалентного материала от дей­ ствующего напряжения при разных режимах испыта­ ния. Статический предел текучести от близок к вибра­ ционному пределу текучести оД Так, для алевритово­ го мергеля (Южно-Белозерское месторождение, глу­ бина 228 м) получены следующие значения пределов текучести: от =6 кгс/см2; отв =6,5 кгс/см2. Анало­ гичные результаты получены для всех пород и эквива­ лентных материалов, испытанных на статическую и ви­ брационную ползучесть (максимальные отклонения не превышают 14—18%). Поэтому для ускорения опреде­ ления пределов текучести слабых горных пород можно воспользоваться результатами вибрационных испыта­ ний на ползучесть, учитывая, что ат^;аД

I. К р у п е н н и к о в Г. А. О направлениях и постановке ана­ литических исследований в механике горных пород. «Физико-тех­ нические проблемы разработки полезных испокаемых», 1966, № 2.

2. О ц е н к а механических характеристик с учетом кинетики деформации и разрушения. «Заводская лаборатория», 1960, № 11. Авт.: Я. Б. Фридман, Т. К. Зилова, Б. А. Дроздовский и др.

3. Р у п п е и е іі т К. В., Л и б е р м а и Ю. М. Введение в меха­ нику горных пород. М., Госгортехиздат, 1960.

4. Е р ж а н о в Ж. С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. Алма-Ата, «Наука», 1964.

5.Д у д у ш к и н а К. И., Б о б р о в Г. Ф. Ползучесть горных по­ род. В кн.: «Разрушение и ползучесть горных пород», Новоси­ бирск, «Наука», 1970.

6.К а р т а ш о в Ю. М. Методическое указание по лабораторно­ му испытанию пластических свойств горных пород. Л., изд. ВНИМИ, 1972.

7. K i d y b i n s k i А. Rheological models of upper silesian carbo­ niferous rocks. «Int. I. Rock Mech. Min. Sei». Vol. 3. Pergamon

сб.: «Информационные материалы лаборатории геотехники», № 2,

и на разрушение связных горных пород .В сб.: «Труды совещания по управлению горным давлением». М., Углетехиздат, 1948.

15. П и с а р е н к о Г. С., Л е б е д е в А. А. Сопротивление мате­

определения длительной прочности мерзлых грунтов. В сб.: «Тези­ сы докладов Всесоюзного совещания по мерзлотоведению», 1970».

фундаменты. Республиканский межведомственный научно-техниче­

9—13 Aug., 1971. Vol. 1. Sydney, Inst. Eng., 1971.

26. И H с T p у к ц и я по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. Л., изд. ВНИМИ, 1971.

к и й В. А. Методика испытаний грунтов на ползучесть и длитель­ ную прочность. В кн.: «Вопросы геотехники», № 5. Днепропетровск, «Транспорт», 1962.

30. М е с ч я и С. Р. Методика определения характеристик пол­ зучести скелета глинистых грунтов применительно к условиям од­ номерного уплотнения. В сб.: «Изв. АН Арм. ССР, серия физикоматем. наук», т. 17, №, 3. Ереван, изд. АН Арм. ССР, 1964.

31.М е с ч я н С. Р. Метод определения кривых ползучести гли­ нистых грунтов при сдвиге. В сб.: «Доклады АН Арм. ССР, Ме­ ханика», 53, № 3. Ереван, изд. АН Арм. ССР, 1971.

32.К у з н е'ц о в Ю. Ф. Методика ускоренных испытаний твер­

дых горных пород на ползучесть. В сб.: «Новые исследования в горном деле», выл. 1, Л., пзд. ЛГИ, 1969.

В сб.: «Научные основы создания высокопроизводительных комп­ лексно-механизированных и автоматизированных шахт с вычисли­ тельно-логическим управлением», вып. 4, ч. 2. М., изд. МГИ, 1971. Авт.: И. Л. Черняк, Ю. И. Бурчаков, А. С. Гаркуша и др.

34. L е m а і 1 г е-1 е а п. Sur la determination des lois de com­ portement des matériaux elaslo-visco-piastiques. «Publ. ONERA», 1970, N ,135.

35. Б y б л и к Ф. П„ И в а н о в Г. A. Исследование длительной

использования закона суммирования усталостных повреждений для изучения длительной прочности горных пород. В сб.: «Пробле­ мы реологии горных пород». Киев, «Наукова думка», 1970.

37. К у д р я в ц е в И. В. О методике определения предела вы­ носливости по испытанию одного образца. «Заводская лаборато­

испытаниям механических свойств горных пород. Л., изд. ВНИМИ, 1970.

40. Е в с т р о п о в Н. А., С м и р н о в В. И. Определение пр ностных и деформационных характеристик уплотненных глинистых пород, необходимых для расчета подземных емкостей на проч­ ность и устойчивость с учетом фактора времени. В сб.: «Подзем­ ная разработка рудных месторождений», вып. 5. М., изд. МГИ, 1970.

41. Д у д у ш к и и а К. И., Б о б р о в Г. Ф. Комплексный метод определения физико-механических свойств горных пород. «Физико-

visco-élastiques par une méthode de vibrations entretenues. «Acusti-

методами. В сб.: «Проблемы реологии горных пород». Киев, «Пау­ кова думка», 1970.

45. О со к и и а Л. Н., Г з о в с к и й М. В. Корреляционная за­ висимость между затуханием упругих волн и сдвиговой вязкостью у реальных тел. В сб.: «Материалы всесоюзного симпозиума по проблемам реологии горных пород и релаксации в твердых телах». Киев, «Наукова думка», 1969.

46. T h e F o u r t h Canadian Symposium on Rock Mechanics. «Canad. Mining J.», 1967, 88, N 1.

нология и механизация разработки угольных месторождений», вып. 87. М., изд. ИГД им. Скочинского, 1971.

48. К у в а е в IT. IT., М о г и л к о А. Н. Построение обобщенных кривых длительной прочности и их использование для оценки ус­ тойчивости откосов. В сб.: «Вопросы инженерной геологии при проектировании, строительстве и эксплуатации подземных соору­ жений, шахт и карьеров», выд. 2. Л., изд. ЛГИ, 1970.

49. Е р ж а и о в Ж- С., Г у м е и ю к Г. Н. О влияние неустойчи­ вости среды атмосферы на проявления свойств ползучести горных пород. В кн.: «Механические процессы в горном массиве». АлмаАта, «Наука», 1969.

50. М е с ч я и С. Р. Длительное сопротивление переуплотнен­ ной глины сдвигу. В сб.: «Изв. АН Арм. ССР, Механика», 19, № 5. Ереван, изд. АН Арм. ССР, 1966.

51.С е и д-Р з а М. К., И с м а й ы л о в Ш. И., О р м а н Л. М. Исследование влияния циклических колебаний температуры на по­ ведение горных пород стенок скважин при глубоком бурении. В сб.: «Тепловой режим при сверхглубоком бурении». Киев, «Наукова думка», 1971.

52.Р е н ж н г л о в Н.-Ф. Ползучесть пород в различных физи­ ческих состояниях. В сб.: «Труды ШахтНИУИ», вып. 6. М., «Нед­

бетона и теория ползучести. В км.: «Ползучесть строительных ма­ териалов и конструкций». М., Стройиздат, 1964.

56. Б а б к о в В. Ф., Г е р б у р т-Г е й б о в и ч А. В. Основы грунтоведения и механики грунтов. М., «Высшая школа», 1964.

57. С к р а м т а е в Б. Г., П а н ф и л о в а Л. И. Об усталости бетона. «Строительная промышленность», 1939, № 6.

58. Л е н е к и й В. В. Виброползучесть при комнатной темпера­ туре. В сб.: «Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной ме­

объемной прочности на сжатие горных пород. Л., изд. ВНИМИ, 1964.

64. К а р а п е т я н К. С. Влияние анизотропии на ползучесть бетона при сжатии в зависимости от высоты образца. В сб.: «Док­

б е р г И. Г. Руководство по испытаниям горных пород на боковой распор. Л., изд. ВНИМИ, 1969.

67. К а р т а ш о в 10. М., Г р о х о л ь с к и и А. А. Устройство для испытания образцов слабых горных пород на ползучесть. В сб.: «Горное давление, сдвижение горных пород и методика марк­ шейдерских работ», сб. 70. Л., изд. ВНИМИ, 1968.

68. К а р т а ш о в Ю. М. Методические указания по ускорен­ ным лабораторным испытаниям слабых горных пород на длитель­ ную прочность. Л., нзд. ВНИМИ, .1966.

69. С в о й с т в а горных пород и методы их определения. М„ «Недра», 1969. Авт.: Е. И. Ильницкая, Р. И. Тедер, Е. С. Ватолин

ндр.

70.К а р т а ш о в ІО. М., М а з у р-Д ж у р и л о в с к и й Ю. Д.,

Г р о X о л ь с к и й А. А. Об определении прочности горных пород на одноосное сжатие. «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых», 1970, № 3.

71. M a c h a t t i Hellmuth. Zur Querdehnung. «Rella-Ber. 1968».

ная прочность» глинистых грунтов. «Основания, фундаменты и ме­ ханика грунтов», 1961, № 5.

73. К а р т а ш о в Ю. М., Р е п к о А. А. Новые методы опреде­ ления длительной прочности глинистых горных пород и эквива­ лентных материалов. В сб.: «Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ», сб. 70. Л., изд. ВНИМИ, 1968.

74. H е 11 е s 1a n d I., О г е е nf R. А rheological strength variati­ on law for concrete. «Proc. 3 rd Can. Congr. Appl. Mech., Calgary, 1971». Calgary, 1971.

75. С т а в р о г н н A. H., П е в з н е р E. Д. Физико-механи ские свойства горных пород при динамических нагрузках в услови­ ях сложных напряженных состояний. В сб.: «Физические свойства горных пород при высоких термодинамических параметрах». Ма­ териалы третьего Всесоюзного совещания. Киев, «Наукова думка», 1971.

76. l a m e s P. М. The role of progressive failure in caly slopes. «Proceedings of the first Australia — New Zealand Conference on Geomechanics», Melbourne, 9—13 Aug., 1971. Vol. 1. Sydney, Inst. Eng., 1971.

77. Д р о б ы ш е в В. Ф., К а р т а ш о в Ю. М. Некоторые ре­ зультаты исследования физико-механических свойств пород Юж- но-Белозерского месторождения, обусловливающих работу крепи

.вертикальных стволов. В сб.: «Горное давление, сдвижение гор­ ных пород и методика маркшейдерских работ», сб. 60, Л-, изд. ВНИМИ, 1966.

78. К у л а к о в Г. И. Натурные замеры напряжений и смеще-