Файл: Газиев Э.Г. Механика скальных пород в строительстве.pdf

скалы? Возможно ли ее разрушение и каков его харак­ тер? Какими должны быть расчетные предпосылки?

Это весьма актуальные и интересные вопросы, осо­ бенно при расчете и проектировании таких сооружений,

К, п — экспериментальные параметры.

На рис. 7 приведены результаты исследований, про­ веденных в штольнях на различных породах. Нагрузка на скалу создавалась гидравлическими домкратами че­ рез штампы различного диаметра и увеличивалась до разрушения породы. Обратная пропорциональность проч­ ности скалы диаметру штампа свидетельствует о влия­ нии масштабного эффекта [см. зависимость (6)].

Следует отметить, что все проведенные до настояще­ го времени испытания несущей способности (прочности) скалы в массиве выполнялись при использовании штам­ пов весьма ограниченного размера. Это обстоятельство

14

влиянии масштабного эффекта на прочность скалы в массиве при большой площади опирания сооружений. Очевидно, что снижение прочности с увеличением диа­ метра штампа будет наблюдаться лишь до определенной величины этого диаметра, зависящей от линейного раз­ мера блоков скального массива. При дальнейшем увели­ чении диаметра штампа (когда он превысит размер бло­ ков в несколько раз) прочность скалы в массиве, веро­ ятно, будет увеличиваться.

3. Прочность на растяжение

Всегда очень сложно говорить о прочности скалы на растяжение. Наличие в скальной породе, как правило, множества поверхностей нарушения, трещин и микро­ трещин часто не позволяет произвести испытание скаль­ ного образца на осевое растяжение. Почти половина об­ разцов разрушается при их подготовке к эксперименту, а у испытанных образцов влияние имеющихся микрона­ рушений обычно настолько велико, что иногда трудно оценить ту часть поперечного сечения образца, которая фактически воспринимала растягивающие напряжения.

Ниже описаны существующие методы определения прочности скальных образцов на растяжение.

Простое осевое растяжение. Это наиболее старый и наименее точный метод, поскольку очень сложно закре­ пить образец в разрывной машине так, чтобы не создать концентрации напряжений в местах закрепления, кроме того, практически трудно обеспечить осевое приложение растягивающего усилия, предотвращающее появление изгибающего момента в исследуемом сечении образца.

Как правило, исследования проводят на цилиндриче­ ских образцах, закрепленных (серой или гипсом) в ме­ таллических обоймах. Нагрузку прикладывают через тяги, имеющие карданные шарниры, либо через тяги в виде обыкновенных цепей. Для исключения влияния ве­ са образца, который передается на его поперечное сече­ ние, обоймы скрепляют пружинными устройствами.

На рис. 8 показана установка для испытания образ­ цов на растяжение с приспособлением для замера про­ дольных и поперечных деформаций, применяемая в ла­ боратории материалов Министерства гидравлических ресурсов Мексики.

15

Прочность образца на растяжение определяется в этом случае по зависимости

мать цилиндрический образец по двум взаимно противо­ положным образующим, то в диаметральной его плос-

\Р

1

——

3

вое растяжение

кости, проходящей через эти образующие, возникнет почти равномерное поле растягивающих напряжений (рис. 9).

Средняя величина этих напряжений может быть опре­ делена по формуле [23]:

ной рассмотренной, возникнут сжимающие напряжения,

Как видно, сжимающие напряжения в цилиндре пре­ восходят растягивающие в 3 раза. У скальных пород прочность на сжатие всегда превышает прочность на растяжение в 8—10 раз и более. Это и позволяет исполь­ зовать метод раздавливания цилиндра по диаметру для определения прочности на растяжение поликристалличе­ ских материалов.

Значение прочности этих материалов на растяжение подсчитывают по формуле (11), подставляя в нее вели­ чину раздавливающей нагрузки.

Благодаря простоте этого метода его широко приме­ няют на практике, причем всегда предполагают, что он дает величины прочности на растяжение, идентичные ве­ личинам прочности при осевом растяжении.

В 1967 г. группой инженеров компании КАРСА в Мек­ сике были опубликованы результаты исследований по сопоставлению величин прочности на растяжение, полу­ ченных при осевом растяжении, при раздавливании ци­ линдров по диаметру и при изгибе призматических об­ разцов [42]. Исследованиями установлено, что разные методы испытания дают различные величины прочности. Для примера на рис. 10 приведены результаты испыта­ ний 47 цилиндрических образцов бетона на осевое рас­ тяжение, 636 цилиндрических образцов из тех же заме­ сов бетона на раздавливание по диаметру и 48 призма­ тических образцов на изгиб. Как видно, лишь для образ­

сжатие 400 кгс/см2 раздавливание по диаметру дает ве­ личины прочности на растяжение, в 1,5 раза превышаю­ щие величины прочности, полученные при осевом растя­ жении. При испытаниях на изгиб получают, как

распределения напряжений в диске, кольце и пластинке при раздавливании их по одной из осей симметрии приш­ ли к выводу о возможности рекомендовать для опреде­ ления прочности на растяжение одно общее выражение:

18

Прочность на растяжение в этом случае может быть определена также по зависимости, предложенной M. М. Протодьяконовым [7, 23]:

створа плотины Мальпассе [23]. Испытания были прове­ дены на центробежном приборе Бертье, в котором обра­ зец диаметром 36 мм и длиной 18 см помещается в сталь­ ной цилиндр внутренним диаметром и длиной, несколь­ ко превышающими соответствующие размеры образца. При вращении цилиндра относительно оси, проходящей через середину цилиндра перпендикулярно его оси, об­ разец занимает предельное положение у одного из торцов цилиндра и начинает испытывать воздействие растяги­ вающих напряжений, вызванных центробежными сила­

Таким образом, зная скорость вращения ш, при кото­ рой произошло разрушение образца, плотность иссле­ дуемого скального материала р и положение плоскости разрыва X относительно одного из торцов образца, мож­ но определить прочность данного скального материала на растяжение по формуле (15).

Преимуществом этого метода является то, что объем­ ные инерционные силы обеспечивают приложение растя­ гивающих усилий строго по оси образца при равномер­ ном распределении растягивающих напряжений в любом его поперечном сечении.

20