WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для измерения осевой деформации образцов использовался датчик фирмы «Instron» (Gauge length extensometer) с базой 50, 25, 12.5 мм и измеряемой деформацией. Поперечная деформация измерялась с использованием упругой балочки, с наклеенными на них тензодатчиками немецкой фирмы HBM. В основу работы этой измерительной конструкции заложена мостовая схема.

Для испытаний образцов соляных пород в условиях сложного нагружения использовалась специальная камера. В неё помещался образец, создавались определенный уровень бокового давления и осевая нагрузка, проводился эксперимент до разрушения образца.

Оценке влияния отношения размеров (высоты к поперечному размеру ) образцов правильной формы на их прочность при сжатии посвящено достаточно много исследований (Е.И. Ильиницкая, И.Г. Меликидзе, J.A. Hudson, K. Mogi, C.A. Tang). Значительно менее исследовано влияние формы образцов на деформационные свойства соляных пород.

Исследование влияния формы образцов соляных пород (каменной соли, красного и пестрого сильвинитов) на их механические свойства проводились на керновом материале. Отношение высоты образцов к его диаметру в среднем варьировалась в диапазоне от 0,5 до 2,5. Изучение влияния формы образцов на прочностные и деформационные свойства карналлитов проводились на образцах с основанием 60х60 мм и величинами отношений - 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 Испытания выполнялись в режиме одноосного сжатия при соблюдении «сухого» трения на контактах образца с прессом.

Установлены зависимости деформационных и прочностных параметров от величины (табл.2).

Табл. 2

Порода

Кол-во

обр.

Определяемые параметры

,

МПа

,

%

, ГПа

,

ГПа

,

МДж/м3

Каменная соль

65

Сильвинит

(пл. Кр.II и АБ)

90

Карналлит

(пл. В)

42

Исследованию влияния торцевых условий на прочностные свойства образцов соляных пород посвящено много работ отечественных и зарубежных авторов, основные результаты которых проанализированы Н.М.Проскуряковым.

Для оценки влияния контактных условий на прочностные и деформационные свойства цилиндрических образцов соляных пород разной формы проведены испытания на одноосное сжатие образцов пестрого сильвинита в режиме «сухого трения» и при использовании в качестве прокладок тонких листов фторопласта толщиной 0,1 мм. На данном этапе исследования фторопласт с точки зрения фактора, снижающего несущую способность междукамерных целиков, идентифицировался с глинистым прослоем. Целью испытаний являлось уточнение на качественном уровне влияния глинистых прослоев не только на несущую способность междукамерных целиков, но и на их деформационные свойства.

Установлено снижение прочностных свойств (разрушающая нагрузка и соответствующая деформация) при использовании фторопластовых прокладок (рис.2). Наблюдается относительная устойчивость деформационных показателей (секущий модуль деформации и модуль спада) к изменению контактных условий (рис.2).

Рис.2. Зависимость изменения механических показателей образцов пестрого сильвинита от условий на контактах.

Скорость деформирования оказывает существенное влияние на механические характеристики горных пород (Титов Б.В., Ю.М. Карташов, А.А. Барях, В.Г. Зильбершмидт, Y. Li).

Исследование влияния скорости деформирования на свойства соляных пород и характер разрушения в запредельной области выполнялось на образцах различных типов соляных пород (красного и пестрого сильвинита, каменной соли). Испытания на одноосное сжатие проводились в режиме скорости перемещения активного захвата от 0,01 до 100 мм/мин. На каждой скорости деформирования испытывалось не менее пяти образцов. При разбросе данных более чем на 25% количество испытываемых образцов увеличивалось.

Соляные междукамерные целики, как правило, деформируются при очень низких скоростях деформированиия, что способствует их разрушению в квазистатическом режиме на пределе длительной прочности. Значительные скорости деформирования могут реализовываться при внезапных обрушениях потолочин.

Установлено, что:

1) скорость деформирования практически не оказывает влияния на предел прочности соляных пород;

2) снижение скорости деформирования обуславливает уменьшение значения модуля спада;

3) при низких скоростях деформирование соляных пород за пределом прочности происходит в режиме близком к пластическому течению;

4) с увеличением скорости деформирования модуль спада повышается, вследствие чего увеличивается склонность соляных пород к реализации динамической формы разрушения.

Изучение процесса деформирования квазипластичных горных пород при сложном нагружении проводилось на цилиндрических образцах-близнецах пестрого сильвинита. Диаметр (d) образцов - 38 мм, отношение высоты (h) к диаметру - 2,0. Испытания выполнялись в камере объемного сжатия, позволяющей поддерживать внутреннее давление до 40 МПа.

Осевая нагрузка задавалась с помощью сервогидравлического пресса фирмы Instron (центр коллективного пользования “Физико-механические свойства материалов и горных пород” СО РАН). Перед испытанием образец упаковывался в специальную резиновую манжету, защищающую его от проникновения масла. Извлеченные после испытаний образцы имели характерную бочкообразную форму.

При изучении влияния бокового давления на процесс деформирования квазипластичных горных пород эксперименты выполнялись по следующим схемам нагружения:

а) деформирование образца осевой нагрузкой при постоянном боковом давлении (стандартное нагружение);

б) сброс бокового давления при достижении определенного значения осевой нагрузки.

Первая схема обоснована тем, что при расчете параметров систем подземной разработки калийных и каменносоляных месторождений в условиях применения закладки представляет интерес исследование объемной прочности и деформации соляных образцов. Вторая схема испытаний в некоторой степени позволяет смоделировать изменение горизонтальной составляющей поля напряжений в момент формирования целиков при проведении очистных работ камерной системой разработки.

Для всех видов экспериментов начальное задание бокового давления производилось пропорционально осевой нагрузке. Стандартное нагружение осуществлялось при следующих уровнях бокового давления: 0,0 МПа; 1,0 МПа; 2,5 МПа; 5,0 МПа; 7,5 МПа; 10,0 МПа; 20,0 МПа.

Следует отметить, что при боковом давлении, превышающем 5 МПа, при выходе диаграммы деформирования на стадию разупрочнения, в момент образования магистральных трещин, как правило, происходил разрыв резиновой манжеты. Данное обстоятельство ограничило получение запредельных характеристик при давлении превышающем 5 МПа.

Установлено, что:

1) прочностные и деформационные параметры увеличиваются с повышением бокового давления, понижается модуль спада;

2) сброс бокового давления в условиях сложного нагружения обуславливает скачкообразное уменьшение осевого сжимающего усилия (рис.3);

3) сброс на одну и ту же величину (7 МПа) вызывает различное по своей абсолютной величине снижение осевого усилия в зависимости от реализованной степени деформирования образца (рис.3);

4) в условиях простого и сложного нагружения характер деформирования образцов зависит только от действующего напряжения, кривые «осевое напряжение – осевая деформация» на запредельном участке подобны.

Рис.3. Характерные диаграммы деформирования образцов пестрого сильвинита при сбросе бокового давления с 7 до 0 МПа.

Целью испытаний с повторными нагрузками - разгрузками (условия простого и сложного нагружений) являлось установление вида диаграмм «напряжение-деформация». Скорость деформирования элемента геоматериала (каменная соль) равнялась 1 мм/мин. В процессе нагружения осуществлены полные разгрузки и повторные нагружения при той же скорости деформирования на участках допредельного и запредельного деформирования (рис.4). Участки диаграммы деформирования при разгрузках и повторных нагружениях являются линейными, значения модуля упругости при разгрузке и повторном нагружении совпадают и зависят только от действующего осевого нагружения. Этот результат согласуется с исследованиями, представленными в работе O.M.L. Yahya, где помимо эксперимента, производилось численное моделирование повторных нагрузок – разгрузок.

Кроме того, данные опытов при повторных нагрузках – разгрузках (условия одноосного сжатия) позволили установить одну из форм диаграммы деформирования. Зеркально отображенная относительно прямой, параллельной оси ординат и проходящей через пик прочности, диаграмма совпадает с исходной диаграммой, участки допредельного и запредельного деформирования имеют один и тот же вид. То есть, такая диаграмма является параболой, вершина которой находится в точке, соответствующей пределу прочности. Модули упругости и спада равны по абсолютной величине.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию разрушающих деформаций и прочности для квазипластичных геоматериалов при сложном (пропорциональном) нагружении.

Основой для количественной оценки разрушающих деформаций служат единые зависимости «напряжение-деформация», определяющиеся мате-

Рис.4. Каменная соль. Полные диаграммы «напряжение - деформация» при повторных разгрузках-нагрузках.

матическими моделями Леонова-Рычкова и Чанышева. Прочность при различных напряженных состояниях описывается огибающей предельных кругов Мора.

Согласно упрощенной модели скольжения Леонова-Рычкова вначале рассматриваются локальные сдвиги как плоскопараллельные смещения прослоек материала в условиях плоско-пластической деформации. Следуя Мору, считается, что первые локальные скольжения возникают, если на некоторой площадке касательное и нормальное напряжения удовлетворяют условию текучести:

. (1)

Здесь и - параметры материала, определяемые из эксперимента (- нормаль к рассматриваемой площадке). Правая часть формулы (1) называется начальным сопротивлением скольжению (или сдвигу), обознается.

Таким образом, определяя положение плоскости скольжения в системе координат углом, отсчитываемым от направления действия максимального касательного напряжения, и принимая гипотезу Кулона-Мора, представим зависимость (1) в виде:

. (2)

Касательное и нормальное напряжения выражаются известными формулами:

(3)

где

;.

Учитывая формулы (3), условие текучести (2) представляется в виде

, (4)

где - неизвестный угол, определяющий направление первого сдвига, отсчитываемый от направления действия максимального касательного напряжения.

В момент возникновения скольжений касательные к кривым и совпадут, т.е.

. (5)

Из выражений (4) и (5) вытекают два соотношения:

;, (6)

которые указывают плоскость первых скольжений и величину предела текучести соответственно.

При пропорциональном нагружении с ростом уровня напряжений, интенсивность скольжений в плоскости, определяемой углом, наибольшая, следовательно, можно полагать, что эта плоскость (при достижении предела прочности) окажется плоскостью среза. Угол среза отсчитывается от направления, так что

. (7)

Расчетный угол среза определяется следующей формулой:

, (8)

где.

Следуя методике, разработанной М.Я. Леоновым и Б.А. Рычковым, сопротивление сдвигу представлено в виде

,

где - максимальное касательное напряжение на пределе текучести; - компонента плоско-пластической деформации от скольжений по площадке максимального касательного напряжения, которые названы основными, то есть

.

Из условия равенства данного сопротивления сдвигу максимальному касательному напряжению следует:

, (9)

здесь ; - определяющая функция, которая находится при аппроксимации расчетными зависимостями экспериментальных диаграмм упрочнения.

Компоненты неупругой деформации представляются в виде:

,

где дается формулой (9), - коэффициент разрыхления, подлежащий определению по экспериментальным данным.

Теоретические исследования Чанышева А.И. относительно построения определяющих соотношений в упругости, пластичности и области разупрочнения основаны на идее Христиановича-Шемякина о блочной структуре механической модели деформируемого тела. Чанышевым А.И. предполагается, что модель любого тела состоит из жестких недеформируемых блоков, произвольная деформация которой, включая упругую, есть результат перемещения одних блоков относительно других. Блочная структура характеризуется двумя видами деформаций – простым сдвигом и простым удлинением, причем каждая из них происходит на контактах блоков. Общая деформация есть сумма указанных. В направлении нормали к площадке контакта возникают упругие деформации (простые удлинения). Пластические деформации (простые сдвиги) рассматриваются как результат преодоления сил трения при движении одних блоков относительно других.

Основываясь на этом представлении твердого тела, предлагаются следующие определяющие соотношения в упругости, пластичности и запредельной области.

В каждой точке программы нагружения тензоры напряжений и деформаций имеют вид:

,,

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»