Деформационные свойства.


Деформацией называется свойство горных пород менять под нагрузкой форму сложения и объем. Она зависит от типа породы, от размеров нагрузки, от способов передачи нагрузки на породы. При применении внешнего усилия в породе возникает противодействующее внутреннее напряжение, его изучением занимается механика грунтов.

В условиях равновесия напряжения, возникающие в породе равны действию внешних усилий.

d - напряжение в породе, кГ/см2;

Р - внешняя нагрузка, кГ;

F - площадь приложения нагрузки, см2.

Каждую внешнюю силу, действующую на произвольно выбранную площадку или сечение внутри породы, можно разложить на две силы – нормальную к площадке и касательную к ней (рис.6.1). Эти две силы, отнесенные к единице площади, называют, соответственно, нормальным или сжимающим dn и касательным или сдвигающим t напряжением.

Рис. 6.1. Схема распределения напряжений в данной точке О элементарной площадки АБ в любом сечении породы:

σ0 – общее напряжение; σН нормальное напряжение; τ – касательное напряжение.

Под действием нормальной силы развивается деформация сжатия (уменьшение расстояния между двумя параллельными площадками), под действием касательной - деформация сдвига (взаимное перемещение двух параллельных площадок относительно друг друга).

В каждой точки нагруженной породы можно выделить элементарный кубик, на взаимно перпендикулярные грани которого действуют нормальные напряжения. Эти нормальные напряжения называют главными напряжениями (σ1, σ2,, σ3).

При изучении внутренних напряжений пользуются в общем случае тремя схемами.

1. Одноосное напряженное состояние - усилие действует только по одной оси, действует только одно главное напряжение, а два других равны нулю. .

2. Двухосное напряженное состояние - на породу действуют 2 взаимно перпендикулярных напряжения.

3. Трехосное или объемное (всестороннее) напряженное состояние, когда на породу действуют три главных напряжения. Такое напряженное состояние характерно для горных пород в естественных условиях залегания, а также при работе под сооружениями.

Рис. 6.2. Схемы напряженного состояния породы:

А- одноосное, Б- двухосное, В- трехосное.

 

Деформация горных пород возникают тогда, когда внешние силы, действующие на породу, становятся больше внутренних сил в породе (трение и сцепление), стремящихся сохранить целостность породы - форму и размер составляющих ее зерен и связи между ними. Все деформации возникают в наиболее неблагоприятных сечениях, в которых возникают и действуют максимальные нормальное и касательные напряжения.

Если внутренние силы породы равны напряжениям, вызванным внешними усилиями, то порода находится в предельном напряженном состоянии, предшествующим ее деформациям и разрушению.

Характер деформаций у пород с жесткими связями аналогичен характеру деформации твердых тел, которое описывается законом Гука:

d = е . Е

где d - напряжение, возникающее в породе под действием внешней нагрузки (кГ/см2),

е - относительная деформация;

Е - модуль упругости (характеристика породы) - кГ/см2.

 

Модуль упругости равен напряжению, вызвавшему деформацию, равную единице.

Модуль упругости – основная характеристика деформационных свойств всех твердых тел, у которых деформации носят упругий характер. Под упругими деформациями понимают обратимые деформации, т.е. такие деформации, которые исчезают после снятия нагрузки, вызвавшей их.

В горных породах строго упругих деформаций не наблюдается. Для них характерны еще и остаточные – пластические деформации, поэтому, деформационные свойства горных пород, кроме модуля упругости (модуль Юнга) Е и коэффициента Пуассона μ, характеризуются коэффициентом бокового давления z и модулем общей деформации Е0.

Возьмем образец скальной породы высотой l1 и передадим на этот образец сжимающее усилие σ (кг/см2) – рис. 6.3. В результате сжатия высота образца уменьшается до l2, а поперечные размеры увеличатся с d1 до d2. Разность l1 – l2=Δl называют абсолютной продольной деформацией, а d2d1 = Δ d – абсолютной поперечной деформацией.

 

 

Рис. 6.3. Схема деформации горной породы при одноосном сжатии.

Далее определяются

- относительная продольная деформация;

- относительная поперечная деформация.

Отношение относительной поперечной к относительной продольной деформации называется коэффициентом Пуассона: .

Чем больше значение коэффициента Пуассона, тем более порода може деформироваться. В твердых породах он изменяется от 0.1 до 0.4.

При действии на породу вертикальной нагрузки значительная часть ее - нормальная составляющая - вызывает деформацию в породе, а другая часть (тангенциальная составляющая) передается через породу в стороны, вызывая боковое давление. Численно эта часть нагрузки или боковое давление Рб, равна вертикальной нагрузке, умноженной на коэффициент бокового давления z ,

Рб = z . Р

где z - коэффициент бокового давления, показывающий, какая часть вертикальной нагрузки передается через породу в стороны и вызывает касательные напряжения.

z ¸ 0,0 - 0,1 - у крепких скальных пород;

z ¸ 0,2 - 0,3 - у полускальных пород.

Модуль общей упругости Е0 характеризует деформации породы под нагрузкой – как упругие, так и остаточные деформации.

Исследования показали, что в породах с жесткими связями модуль упругости больше модуля общей деформации, причем Е0 зависит от величины внешней нагрузки. Таким образом, для получения более достоверных данных его определение должно проводиться под нагрузками (нагрузками, рассчитанными под проектное сооружение).

Е0 зависит от скорости приложения нагрузки. Различают статические и динамические определения показателей упругости пород.



Дата добавления: 2021-12-14; просмотров: 342;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.013 сек.