4.5.5 Определение угла внутреннего трения песков по углу естественного откоса

Для ориентировочного представления от угле внутреннего трения песков определяют угол их естественного откоса. Под последним принято понимать тот предельный угол наклона откоса, при котором порода в откосе находится в устойчивом состоянии – не осыпается, не опалывает и т.д.

В лабораторных условиях угол естественного откоса определяют только для песчаных и гравелистых пород. Для песка эта характеристика может определяться при воздушно-сухом состоянии и при помещении его в воду.

В банку в форме параллелепипеда, поставленную на ребро под углом 45⁰, насыпают песок (рисунок 4.51). Верхняя поверхность должна быть горизонтальной. Затем банку опирают на дно, после осыпания песка измеряют высоту откоса h и длину заложения песка ℓ, затем вычисляют угол естественно откоса

(4.59)

Таким же образом определяют угол естественного откоса песка, находящегося под водой. В банку с песком медленно наливают воду.

Рисунок 4.51 – Определение угла естественного откоса песчаных пород

Самым простым способом определения угла естественного откоса является определение с помощью цилиндра без дна (рисунок 4.52). В цилиндр засыпают породу и медленно ее поднимают, после чего измеряют высоту h и диаметр основания образовавшегося конуса d.

Угол естественного откоса определяют по формуле

, (4.60)

Рисунок 4.50 – Определение угла естественного откоса с помощью цилиндра

4.6 Пределы изменения прочностных параметров пород угольных шахт Донбасса

Прочностные параметры пород зависят от геологических процессов, в результате которых они образовались, а также от трещиноватости, влажности, температуры, пористости и слоистости.

В естественном состоянии пределы прочности при одноосном сжатии σ_сжосновных типов вмещающих пород Донбасса следующие: песчаники – 60-180 МПа; алевролиты – 25-100 МПа; аргиллиты – 10-70 МПа; известняки – 40-200 МПа. Для углей – 2,4-35 МПа.

Если нет более точных сведений, рекомендуется принимать

;;.

Трещиноватость, имеющаяся в массиве горных пород, в зависимости от ее интенсивности, снижает сопротивляемость массива сжатию по сравнению с образцом на 10-80%. Сопротивляемость массива растяжению может быть нулевой при густой сети открытых трещин; может быть снижена на 90-99% по сравнению с образцом при густой сети закрытых трещин и, наконец, быть снижена на 80-95 при микротрещиноватости.

Длительное увлажнениепород, которое часто наблюдается на угольных шахтах, снижает сопротивляемость массива сжатию по сравнению с образцом на 20-70%.

Увеличение температурыипористостиприводит к снижению прочностных характеристик пород.

Слоистостьгорного массива влияет на его сопротивляемость так, что в направлении вдоль слоистости сопротивляемость сжатию меньше, чем в направлении перпендикулярном слоистости, а сопротивляемость растяжению – наоборот.

Контрольные вопросы

1. Что такое напряжение?

2. Как определяются напряжения при растяжении, сжатии?

3. Как изменяются напряжения при растяжении в зависимости от ориентации сечения?

4. Понятие напряженного состояния в точке.

5. Что представляет собой тензор напряжений?

6. Что такое линейная деформация?

7. В чем заключается закон парности касательных напряжений?

8. Как формулируется закон Гука при растяжении?

9. Виды напряженных состояний.

10. Как определяются касательные напряжения в наклонных площадках при плоском напряженном состоянии?

11. Что такое круговая диаграмма напряженного состояния?

12. Что называют главными напряжениями?

13. Как с помощью круговой диаграммы напряжений определить главные напряжения?

14. Как определяется направление главных напряжений?

15. Круговая диаграмма напряженного состояния при объемном напряженном состоянии.

16. Чему равны наибольшие касательные напряжения?

17. Какие возникают напряжения и деформации при сдвиге?

18. Чему равна потенциальная энергия деформации?

19. В чем заключается природа хрупкого разрушения, разработанная А. Гриффитсом?

20. Что представляет собой кинетическая теория разрушения, разработанная академиком С.Н. Журковым?

21. В чем заключаются теории наибольших линейных деформаций, наибольших касательных напряжений, энергетическая теория прочности?

22. Что такое теория прочности Мора?

23. Способы построения паспорта прочности горных пород?

24. Какие свойства следует называть физико-механическими?

25. Общие понятия о механических свойств горных пород.

26. Какие показатели характеризуют прочность горных пород?

27. Как определяют прочность горных пород методом соосных пуансонов?

28. Как определяется предел прочности при растяжении?

29. В чем заключается метод определения прочности горных пород на разрыв методом раскалывания?

30. Какие схемы испытания применяются при изучении свойств песчаных и глинистых пород при сдвиге?

31. Опишите устройство стабилометров и их назначение.

32. Схемы передачи напряжений на породу в стабилометрах типов А и Б.

33. Определение угла естественного откоса песчаных пород.

34. Необходимые размеры образцов горных пород для исследования их механических свойств.

35. Каким образом определяются прочностные показатели на образцах неправильной формы?

36. В чем заключается метод определения прочностных характеристик с помощью удара шариковым молотком?