Особенности деформирования образцов горных пород в предразрушающей стадии нагружения Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

В.В. Гнитиенко

ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД В ПРЕДРАЗРУШАЮЩЕЙ СТАДИИ НАГРУЖЕНИЯ

г тг тг Тг |=Нг ТГ 1 ІґЬШІІмІГ

МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА» 2011

А

УДК 622.023.001.57 ББК 22.251 Г 56

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.10

Г 56 Гнитиенко В.В.

Особенности деформирования образцов горных пород в пред-разрушающей стадии нагружения: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2011. — № 1. — 12 с.— М.: Издательство «Горная книга»

ISSN 0236-1493

Представлены экспериментальные исследования деформирования образцов горных пород при нагрузках, близких к разрушающим. Определены этапы разрушения образцов, на основании этих данных получены деформационные предвестники разрушения.

In this work experimental researches deformation of samples of rocks at the loadings close to destroying are submitted. Stages of destruction of samples are determined, on the basis of these data deformation harbingers offrac-ture are received.

УДК 622.023.001.57 ББК 22.251

ISSN 0236-1493 © В.В. Гнитиенко, 2011

© Издательство «Горная книга», 2011 © Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2011

Ключевые слова: образец горной породы, деформационные предвестники, разрушение, испытания, тензометрия.

Key words: sample of rock, deformation precursors, fracture, testing, strain measurement.

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития горнодобывающая отрасль России претерпела качественное изменение. Это связано с тем, что работы по освоению месторождений полезных ископаемых производятся на больших глубинах залегания, что связано с высоким уровнем напряжений. Существующие методы прогноза горных ударов являются не вполне ненадежными.

Выявление среднесрочных и краткосрочных предвестников геодинамических явлений требует проведения исследований закономерностей деформирования горных пород в состоянии предразрушения, которые необходимо изучить более детально. Такие исследования проводятся на образцах горных пород, как на конструктивных элементах массива, для дальнейшего переноса результатов на прогнозирование разрушения массива.

Предыдущие исследования показали, что до момента возникновения в образце макротрещины, т.е. до его разрушения, распределение деформаций внутри образца имеет определенную зависимость, которая может быть использована в качестве деформационных предвестников разрушения (см. рис. 1) [1].

Зона краткосрочного! 1 предвестника $ ст, МПа

Зона среднесрочного а і 1 пре две с тник а I

3 она долг о с р очно го * предвестника I ~~~Т~ '

п орог дилатанси и \

ЕуХЮ'ЗООО 2000 1000

Рис. 1. Деформационные предвестники разрушения

За долгосрочный предвестник принято считать порог дилатансии, т.е. момент, когда объем образца перестает уменьшаться. Явление дилатансии очень хорошо описано в научной литературе [2-3].

Особый же интерес вызывают зоны среднесрочного и краткосрочного предвестников. Согласно [1] за среднесрочный предвестник разрушения принят «факт одновременного проявления реверсивных продольных и поперечных деформаций в одной области образца и аномально больших деформаций обычного типа в соседней его части»; в качестве краткосрочного используется «начало процесса смены мест участков реверсивного и обычного деформирования образца».

Необходимо более детальное изучение формирования данных деформационных предвестников и их уточнение.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Для определения предвестников проводились исследования характера деформирования при одноосном сжатии

партии образцов гранита цилиндрической формы с соотношением ИМ = 2 [4]. Испытания проводились тензоментриче-ским способом при следующей схеме расклейки датчиков (см. рис. 2).

Нагружение образцов производится сервоуправляемым нагрузочным устройством МТ8-816. Показания тензорези-сторов фиксировались устройством УИУ 2002.

В результате нагружения получились следующие зависимости объемных деформаций (см. рис. 3)

При детальном рассмотрении приращений объемных деформаций отмечается следующая картина (см. рис. 4): после перехода в дилатированное состояние образцов наблюдается картина смены характера приращений объемных деформаций в одной области образца и резкий рост обычного характера распределения приращений объемных деформаций в другой, затем наблюдается повторная картина смена характера приращений объемных деформаций.

Из выше представленного прослеживается следующая тенденция.

I. Образец переходит в дилатированное состояние;

II. Формируются области положительных и отрицательных значений приращений объемных деформаций;

III. Происходит смена характера распределения приращений объемных деформаций;

При дальнейшем исследовании были получены надежные деформационные предвестники (рис. 5) разной степени срочности (долгосрочный, среднесрочный и краткосрочный).

Долгосрочный предвестник - точка пересечения графика с осью нагрузки;

Среднесрочный предвестник - момент разнознакового распределения приращения объемных деформаций;

Краткосрочный предвестник - момент изменения характера распределения приращений объемных деформаций.

Рис. 2. а) контрольный образец № 4, подготовленный к эксперименту, б) схема расположения тензодатчиков образца гранита при 48 тензодатчиков (развернутая)

Рис. 3. Распределение деформаций обр. № 2: а) линейных, б) объемных

0,015

0,01

0,005

О

-0,005

-0,01

-0,015

Рис. 4. Этапы деформирования образца в предразрушающей стадии

Рис. 5. Деформационные предвестники разрушения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обозначенные деформационные предвестники разрушения образцов горных пород позволяют решить актуальные задачи геомеханики - прогнозирование геодинамиче-ских явлений и повышение точность прогноза момента образования макроразрушения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Опанасюк А.А., Макаров В.В. Способ определения напряженно-деформированного состояния массива материала // Заявка на выдачу патента Российской Федерации на изобретение, № 200б13504б от 03.10.200б.

2. Замахаев В. С. Дилатансия пород в разрезах скважин. «Каро-тажник», - № 10б, Тверь, 2003.

3. Цай Б.Н., Бондаренко Т.Т., Бахтыбаев Н.Б. О дилатансии горных пород. // Вестник КазНТУ, 2008. - № 5 - С. 21 - 3б.

4. Козловский А.Э., Бойцова В.В. Механические свойства материала. Методы испытания. Иваново: ИГХТУ, 2009. - б0с.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Гнитиенко Виктория Валерьевна - старший преподаватель Дальневосточного государственного технического университета (ДВПИ им В.В. Куйбышева)

E-mail: [email protected]