Васильев Д.Л., Ливак О.В., Кравец В.И., Ганкевич В.Ф., Куц А.В. О предельных разрывных напряжениях как критерии разрушения горных пород при резком охлаждении

Geoteh. meh. 2020, 150, 127-135

https://doi.org/10.15407/geotm2020.150.127

 

О ПРЕДЕЛЬНЫХ РАЗРЫВНЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ КАК КРИТЕРИИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РЕЗКОМ ОХЛАЖДЕНИИ.

1Васильев Д.Л.,2Ливак О.В., 2Кравец В.И., 3Ганкевич В.Ф., 3Куц А.В.

1Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины, 2Украинский государственный химико-технологический университет ГВУЗ УГХТУ, 3Национальный технический университет «Днепровская политехника»

УДК 622.026.7.3.

Язык: Русский

Аннотация.

Целью исследования было оценить возможность использования общепринятого критерия разрушения горных пород – предела прочности на растяжение σр, полученного механическими испытаниями для процессов растрескивания поверхностного слоя массива при резком охлаждении.  В статье проанализированы основные способы получения σр при различных видах механических испытаний: прямое растяжение, раздавливание образцов неправильной формы, раскалывание пластин извне, раздавливание цилиндрических образцов по образующей давлением извне,  раздавливание образцов давлением изнутри, поперечный изгиб породных дисков, опертых по контуру. Показана существенная зависимость предела прочности от схем механических нагружений. Проведено сравнение реальных напряжений возникающих в горной породе при резком охлаждении с полученными стандартными испытаниями. Экспериментально установлено, что проанализированные перепады температур могут приводить к появлению только редких одиночных трещин в стекле. Для образования макротрещин в породе - гранит необходимы более высокие значения разности температур. Рассмотрен вопрос критических разрывных напряжений в предположении, что в горной породе имеются микротрещины, выходящие на поверхность, которые развиваются в поле всесторонних растягивающих напряжений, создающихся в тонком поверхностном слое.  Установлено, что предельные напряжения слоя полупространства зависят от наличия и величины микротрещин в породе. Приведены значения длины микротрещин для некоторых горных пород, которые приводятся в движение перепадами температур в интервале от 100 до 600 0С. Отмечено, например, для гранита, что длины естественных микротрещин в породе, наиболее чувствительных к термичекскому разрушению, начинают расти при напряжениях, создающихся с перепадами температур от 100 до 400 0С, что близко к практике. Основываясь на результатах, показано нецелесообразность использования стандартных показателей предела прочности горных пород на разрыв для оценки процессов растрескивания поверхности горных пород при термоударе охлаждением, так как реальное разрушение поверхностного слоя пород наступает при напряжениях разрыва существенно превышающих стандартные предельные напряжения.

Ключевые слова:

горная порода, термические напряжения, интенсивное охлаждение, система микротрещин.

Список литературы:

1. Кожевников А.А., Крисан В.В., Вахалин Ю.Н., Третьяков О.А., Ливак О.В. Разрушение горных пород при резком охлаждении: монография. Дніпропетровськ:ТОВ «Лизунов Прес», 2011. 36 c.

2. Коваленко А.Д. Термоупругость. Киев: Вища школа,  1976. 216с.

3. Дмитриев А.П., Кузяев Л.С., Гончаров С.А. Исследование характера поведения горных пород в условиях термического удара. Исследование физических свойств горных пород.  М.:Недра, 1967.  с.7-17.

4. Барон Л.И., Керелица .Г. Сопротивляемость горных пород отрыву. Киев: Наук.думка, 1974. 191 с.

5. Тимофеев Н.С., Яремийчук Р.С., Байдюк Б.В. Аналитическая и экспериментальная оценка влияния термических напряжений на устойчивость стенок скважины. Науч.тр. ВНИИ буровой техники. Крепление скважины. 1968. Вып. 23. с.121-136.

6. Дмитриев А. П., Гончаров С. А., Германович Л. Н. Термическое разрушение горных пород. М.: Недра, 1990. 255 с.

7. Панасюк В. В. Предельное равновесие тел с трещинами. Киев: Наук. думка, 1968.  437с.

8. Москалев А.Н., Пигида Е.Ю., Керекилица Л.Г., Вахалин Ю.Н. Разрушение горных пород при термоциклическом воздействии  Киев : Наук. думка, 1987.  248 с

9. Дмитриев А. П., Гончаров С. А. Термическое и комбинированное разрушение горных пород. М.: Недра, 1978.  304с.

Об авторах

Васильев Дмитрий Леонидович, доктор технических наук, научный сотрудник в отделе механики эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепр, Украина.

Ливак Оксана Викторовна, магистр, ассистент кафедры материалознавства, Украинский государственный химико-технологический университет,  Днепр, Украина, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Кравец Василий Иванович, кандидат технических наук, доцент, кафедра материалознавства, Украинский государственный химико-технологический университет,  Днепр, Украина.

Ганкевич Валентин Феодосьевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра горных машин, НТУ «Днепровская политехника» (НТУ "ДП"), Днепр, Украина, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .

Куц Александра Вадимовна, студентка, НТУ «Днепровская политехника» (НТУ "ДП"), Днепр, Украина, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .