CC BY
21
СЕМІІІІЛР 5
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯК
2000'
I
МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года
^ В.В. Макаров, А.А. Опанасюк, 2000
УДК 539.3
В.В. Макаров, А.А. Опанасюк О МЕХАНИЗМЕ ЯВЛЕНИЯ СМЕНЫ ЗНАКА
А
номальный характер деформирования образцов горных пород при сжатии в предразрушающей области нагружения, по-видимому, впервые обнаружен И.С. Томашевской и Я.Н. Хамидуллиным в 1972 году при объемном нагружении образцов [1]. Для объяснения явления выдвинута гипотеза ди-латансии. Гипотеза не объясняет смену знака приращения поперечных деформаций.
Аномальный характер деформирования центральной части образцов, подвергнутых термообработке, исследован в [2]. Для объяснения явления выдвинута гипотеза остаточных напряжений. Гипотеза не объясняет противоречие между аномальным характером деформирования образца в центральной части и обычным характером деформирования образца в целом.
Исследования деформирования больших образцов горных пород и бетона в предразрушающей стадии нагружения также показывают наличие деформационных аномалий [3]. Для объяснения полученных результатов выдвинута гипотеза упругого восстановления деформаций вблизи образующихся трещин. Гипотеза имеет те же недостатки, что и гипотеза остаточных напряжений.
Автором также исследован характер деформирования образцов горных пород в предразрушающей стадии нагружения. Эксперимента проведены на образцах цилиндрической формы по стандартной методике [4] с фиксированием деформаций тензорезисторами с базой 10 мм и использованием в качестве регистрирующей аппаратуры тензостанции СИИТ-3. Установлено, что смена знака приращения деформаций происходит одновременно в осевом и поперечном направлении (рис. 1). Для объяснения явления выдвинута гипотеза трещины отрыва, возникающей при сжатии.
Явление отрыва при сжатии исследовано аналитически в рамках микромеханики [5]. Основными концептуальными положениями являются сложный сдвигово-отрывной характер процесса разрушения и сохранение формирующимися макротрещинами основных свойств микротрещин (модель трещины с контактирующими берегами и точечным харак-
Рис.1. Аномальный характер деформирования образцов горных пород в предразрушающей стадии нагружения
Рис.2. Характер деформаций упругого восстановления вблизи искусственной трещины-распила
тером контактов). Этот подход выдержан при проведении экспериментов по определению механизма аномального характера деформирования образцов.
Разработан способ создания в образце горных пород искусственных трещин, моделирующих экранирующее действие трещин отрыва, а также методика определения деформированного состояния вблизи таких трещин. Трещины моделируются вертикальными распилами, наносимыми тонкими алмазными дисками в нагруженных образцах. Измерения проводятся тензорезисторами по многоточечной схеме или по схеме неподвижного репера.
Установлено, что смены знака приращения деформаций в образцах вблизи трещины не наступает (рис. 2). Это объясняется действием напряжений сжатия в перпендикулярном к оси образцов направлении.
Разработан также способ создания в образцах искусственных трещин, моделирующих распирающее действие сдвиговых микродефектов, инициирующих отрыв, а также методика определения деформированного состояния материала вблизи таких трещин. Трещины моделируются разрезами, наносимыми в ненагруженных мягких образцах горных пород тонким режущим инструментом с внедрением этого инструмента в материал. Установлено, что только в этом случае вблизи трещины возникают деформации, характерные для представленного на рис.1
1 2 су, МРа 60
L 40 2
% \ 20
1,0 &2 КІС"3 0,5 1,0 2, EjxlO"®
О—const
2 Т 2 1 еш Sav oresistors MPa v^CUt
4
2 / \ 3 / 1
\ 2
\ 1
3 0 1,5 0 1,2 1,3 1,4 EjSlI"* SjXlO
Рис. 3. Воспроизведение аномального характера деформирования образцов вокруг искусственных трещин-разрезов
случая деформационных аномалий. При нанесении разрезов в нагруженном образце два эффекта суммируются, и аномальный характер деформирования воспроизводится экспериментально (рис. 3).
Проведенные исследования позволяют восстановить исходные деформационные поля для источников упругих и пластических деформаций [6]. Поле источников упру-
гих деформаций определяется отрывной частью микротрещин и представляет собой деформации упругого восстановления, исследованные при создании в образце искусственных трещин-распилов (см.рис.2). Суммарные деформации имеют характер, определенный при исследовании деформационных аномалий (см. рис. 1). Поле пластических деформаций определяется вычитанием упругих деформаций из общих, как это определено в работе [6]. Распирающее действие сдвиговых микродефектов, в результате локализации на участках будущего развития отрывных макротрещин, создает в материале образца поле деформаций сжатия, отличительной особенностью которого является приблизительная равнокомпо-нентность.
Характерным поведением для образцов в предразру-шающем состоянии является период "сейсмического затишья" [7], а также прекращение роста нагрузки при продолжающейся работе пресса. Отмеченный квазигид-ростатический характер пластических деформаций в предразрушающей области нагружения позволяет объяснить эти явления.
РЫ
1. Томашевская И.С., Хамидуллин Я.Н. Предвестники разрушения образцов горных пород // Известия АН СССР. Физика Земли.
- 1972. - №5, С.12 - 20
2. Тажибаев К.Т. Деформация и разрушение горных пород.- Фрунзе: Илим, 1986.
- 108 с.
3. Соболев Г.А., Кольцов А.В. Крупномасштабное моделирование подготовки и
предвестников землетрясений / Под ред. А.А.Садовского. - М.: Наука, 1988. - 208 с.
4. Прочность и деформируемость горных пород / Ю. М. Карташов, Б. В. Матвеев, Г. В. Михеев и др.- М.: Недра, 1979. - 240 с.
5. Одинцев В.Н. Отрывное разрушение массива скальных горных пород.- М.: ИПКОН РАН, 1996. - 166 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУ-
6. Мясников В.П. Уравнения движения упругопластических материалов при больших деформациях // Вестник ДВО РАН. - 1996. -№4. - С. 8-13
7. Сейсмические и деформационные поля в окрестности сдвигового разрыва / О. Г. Ша-мина, А. М. Поленов, В. И. Понятовская и др. // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1987.
- №10. - С. 26-34
Макаров В.В., Опанасюк А.А. университет.
Дальневосточный государственный технический
