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

сти вращения, закрытой в квадранте всестороннего рас­

наблюдается сравнительно редко. В связи с этим необхо­ димо подобрать такой критерий, который отражал бы не­ линейный характер зависимости между главными напря­ жениями и в то же время мог бы просто использоваться для инженерных расчетов.

Зависимости (63) и (64) описывают поверхность, асимптотически приближающуюся с увеличением глав­ ных сжимающих напряжений к цилиндру, ориентирован­ ному по «диагонали» 01 — 02=03. Однако громоздкость этих зависимостей и сложность определения параметров А, В и С не позволяют рекомендовать их для практиче­ ского использования.

В уравнении (62) не выдерживается размерность

48

почтение отдается последней, так как она включает всего два параметра, нуждающиеся в определении.

практического использования.

Следует отметить, однако, что стремление к упроще­ нию расчетного критерия привело в данном случае к ог­ раничению его лишь зоной всестороннего сжатия.

Если для описания критерия прочности выбрать зави­

знать, что вопрос о теории прочности для хрупкого поли­ кристаллического материала остается пока нерешенным. Необходимо накопление большого количества информа­ ции и экспериментального материала, чтобы можно было наметить основные направления изучения сложного про­ цесса разрушения.

Вместе с тем необходимо отметить, что все приведен­ ные теории описывают прочность идеализированного ма­ териала в отрыве от множества факторов, всегда суще­ ствующих в реальных условиях и нередко определяющих поведение материала под нагрузкой. Такие параметры, как анизотропия скального массива, водонасыщенность материала, температура и др., как правило, не рас­ сматриваются ни в одной из теорий.

Многочисленные исследования последних лет показа­ ли, что влияние анизотропии скального массива на его прочность является решающим и весьма сильно зависит от направления максимального главного напряжения от­ носительно плоскостей нарушения однородности.

В настоящее время предпринимаются многочисленные попытки [30, 33, 74] получить аналитическую зависн-

мость для учета этого влияния, опираясь на эксперимен­ тальные данные. На рис. 29 представлена полярная диа­ грамма прочности слоистого образца, а на рис. 30 приве­ дена диаграмма прочности для образца с двумя плоско­ стями ослабления.

Следует учесть, что все приведенные теории прочно­ сти описывают поведение материала под нагрузкой исхо­

!1

Рис. 30. Диаграмма прочности блочной среды

/ — область сложного разрушения между направлениями А и С; 2 — то же, по направлению С; 3 — область разрушения по плоскостям ослабления В

50

нию массива. В большинстве же случаев для сооружения, спирающегося на скалу, опасность представляют осадки и перемещения основания, способные вызвать частичное или полное разрушение сооружения. С этой точки зрения прочность скального основания может быть выражена той величиной напряжений, при которой смещения пят или подошвы сооружения приводят к его разрушению.

6. Деформативность скальных пород

Лабораторные исследования. Исследования послед­ них лет показали, что поликристаллические материалы в процессе деформации проходят следующие фазы, ха­ рактеризующие их поведение под нагрузкой: 1) уплотне­ ние материала, связанное с повышенной деформативностью вследствие смыкания микротрещин; 2) упругая работа материала; 3) начало интенсивного процесса об­ разования микротрещин, параллельных оси нагрузки (фаза пластического поведения материала); 4) фаза разрушения материала.

Основные проблемы поведения поликристаллических материалов, таких, как бетон и скальные породы, связа­ ны главным образом с процессом их микроразрушения. Наличие предела напряжений, при котором начинается этот процесс, было установлено рядом исследователей.

Весьма характерным для скальных пород является также наличие фазы уплотнения, которая тем отчетливее проявляется, чем больше размер испытываемого образца. Наиболее же полно эта фаза обнаруживается при поле­ вых испытаниях, когда активная зона захватывает значи­ тельную часть скального массива.

Эта первая фаза деформирования скального матери­ ала под нагрузкой — фаза уплотнения—определяется не только необратимыми деформациями смыкания откры­ тых трещин, но и упругими деформациями отдельных выступов — контактов на бортах трещин. По мере возра­ стания нагрузки увеличивается суммарная площадь этих контактов и уменьшается высота выступов, что и опреде­ ляет нелинейный характер диаграммы «напряжение-де­ формация» (нелинейная упругость). В зависимости от состояния и характера трещиноватости скального мате­ риала эта фаза может иметь ту или иную величину, а при Достаточно сохранной породе может вообще практически отсутствовать.

Рассмотрим деформации образца сохранной скальной породы при одноосном сжатии.

Характерная диаграмма зависимости продольных от­ носительных деформаций еу от напряжения представлена на рис. 31. Вначале наблюдается участок линейной упру­

Однако все вышесказанное будет справедливо, если величина напряжения при нагружении образца не превы­ сит определенного предела, называемого пределом микротрещинообразования или пределом усталости матери­ ала. В противном случае при многократных циклах на­ гружения и разгрузки процесс уже не стабилизируется, а заканчивается разрушением образца.

Линия НН' определяет модуль упругости материа­ ла, который имеет физический смысл для скальных пород лишь при напряжениях, не превышающих предела микротрещинообразования.

Линия, соединяющая любую точку кривой еу(а) с на­ чалом координат, определяет модуль деформации, кото­ рый не является постоянной величиной и зависит от уровня или интервала нагрузки.

Для описания всех основных деформативных харак­ теристик материала необходимо располагать полной ди­ аграммой деформаций образца, включающей зависимо­

52