Основные параметры процесса разрушения пород.

Сопротивляясь разрушающим усилиям, породы демонстрируют свою прочность.

Прочность–совокупность свойств твердых тел, определяющая их способность сопротивляться деформированию и последующему разрушению (разделению на части) под действием внешних нагрузок.

Под действием нагрузки на индентор в породе происходят деформации, скорость и характер которых меняется в зависимости от различных факторов. Деформации породы напрямую определяют скорость её разрушения, поскольку задают напряжения и процесс трещинообразования в ней. Напряжения и деформации в породе связаны с величиной контактного давления на породу со стороны инструмента р_к:

(2.3.1)

Контактное давление – отношение осевой нагрузки Р к площади опорной или контактной поверхности S_к, внедряемого в породу инструмента.

В результате контактного давления в породе возникают контактные напряжения.Распределение контактных напряжений на площадке контакта и в её окрестностях неравномерно и зависит от формы торца внедряемого индентора, а максимальные значения контактных напряжений возникают на некотором удалении от площадки контакта, например на некоторой глубине под центральной частью торца резца.

Концентрация напряжений – увеличение напряжений в малых областях, примыкающих к местам с резким изменением формы поверхности тела, его сечения.

Факторами, обусловливающими концентрацию напряжений (концентраторы напряжений), являются надрезы, трещины и др. Концентраторы напряжений могут быть причиной разрушения тел, так как они снижают сопротивление тел разрушающим нагрузкам.

Масштаб разрушения оценивается объемом разрушаемой породы или размером лунки разрушения. Объем разрушенной породы определяют по объему слепка лунки разрушения, например, путем взвешивания и деления веса слепка на плотность материала, из которого он получен.

Энергоемкость разрушения оценивается количеством затраченной энергии на процесс разрушения породы. При разрушении породы энергия расходуется:

на упругие и пластические деформации в породе;

на преодоление сил трения;

на преодоление сил связи в породе и сил внутреннего трения;

деформацию и нагрев самого инструмента.

ζ

Рисунок 2.6- График деформирования породы

Р2 Р1

В D

A

C

O

В связи с потерями энергии на сопутствующие процессу разрушения явления оценивают полезную энергию разрушения и общую энергию разрушения (Дж). При определенных расчетах учитывают объемную удельную энергоемкость разрушения (Дж/см³) и контактную удельную энергоемкость разрушения (Дж/cм²).

Объемная удельная энергоемкость разрушения определяется как соотношение общей энергии разрушения A_об и объема разрушенной породы V:

(2.3.2)

Контактная удельная энергоемкость разрушения определяется для случая деформирования породы на площади контакта S, когда видимого объема разрушения породы не получено. В этом случае удельная энергоемкость рассчитывается как соотношение энергии разрушения A_оби площади контакта S.

Работа,затрачиваемая на разрушение, расходуется на упруго-пластические деформации породы и деформацию индентора.

Работа, затраченная на деформацию породы, будет пропорциональна объему деформированной породы. При расчетах чаще используют другое соотношение, которое рассчитывают по зависимости:

(2.3.3)

где Р – нагрузка, соответствующая деформированию породы на величину деформации ζ _у.

Работа деформации породы обычно определяется графоаналитическим методом по диаграммам деформации ζ_у=f(Р) по площади треугольников (см. рис. 6). В данном случае работа упругой деформации породы определяется площадью треугольника ОАВ, а может быть также рассчитана как 1/2 произведения усилия Р₁ на деформацию ОВ. Работа по пластическому деформированию породы будет определять площадью фигуры ВАСD (рис. 2.6).

Условно общая работа по разрушению образца определяется площадью всей фигуры, ограниченной графиком ζ=f(P) – ОСD, где точка С соответствует значению разрушающего усилия Р₂ при конечной глубине внедрения индентора в породу, полученной после разрушения.