Файл: Карташов Ю.М. Ускоренные методы определения реологических свойств горных пород.pdf

мергеля, мела и искусственных материалов. Результа­ ты вибрационных испытаний сопоставляли с результа­ тами длительных статических испытаний на ползучесть тех же пород и искусственных материалов. Режим виб­ рационных испытаний на ползучесть был выбран та­ ким же, как и при вибрационном испытании на дли­ тельную прочность с постоянной амплитудой напряже­ ния: частота изменения нагрузки / = 8 Гц, характерис­ тика цикла р= 0,03 -Г 0,07. При испытании образец охлаждали потоком воздуха от вентилятора и контро­ лировали изменение температуры образца.

Кривые ползучести пород и искусственных материа­ лов при вибрационном действии нагрузок аналогичны кривым ползучести при длительных статических испы­ таниях. На рис. 33 изображены кривые ползучести алевритового мергеля и эквивалентного материала при действии вибрационных нагрузок.

• Анализ результатов вибрационных испытаний по­ казал следующие особенности деформирования слабых горных пород при действии вибрационных нагрузок:

скорость ползучести после начала испытаний до­ вольно быстро по сравнению со скоростью ползучести при статических испытаниях стабилизируется и остает­ ся постоянной в течение длительного времени;

как и при статических испытаниях, наблюдаются кривые ползучести с затухающей, с постоянной и с возрастающей скоростью деформирования;

скорость ползучести слабых горных пород выше скорости ползучести при статических испытаниях.

Скорости ползучести при различных режимах ис­ пытаний сопоставлялись следующим образом. Дефор­

ползучести образца той же породы, испытанного при вибрационной нагрузке с максимальным напряжением атах, причем необходимым элементом сопоставления являлось равенство оп,ах = аст. Скорость ползучес­ ти определялась на прямолинейном участке кривой ползучести для всех образцов, испытанных на разных уровнях напряжений. Отношение скорости ползучести

вин равенства действующих на образцы напряжений отпх==°ст) является параметром, характеризую­ щим воздействие вибрационных нагрузок как фактора, ускоряющего процессы деформируемости образцов при ползучести. Это отношение названо коэффициентом вибрационного ускорения ky.

Рис. 33. Ползучесть образцов мергеля ( а ) и эквива­ лентного материала Э-1 (б) при вибрационных испы­ таниях при нагрузке smax:

'. Испытания на ползучесть при статическом и при вибрационном приложении нагрузок показали, что для одной и той же породы коэффициент вибрационно­ го ускорения является постоянной величиной, не зави­ симой от действующего на образец напряжения. Мак­ симальные отклонения коэффициентов вибрационного ускорения при их определении на разных уровнях на­

пряжения не превышают 6—10% (для одной и той же породы).

Для различных пород и материалов коэффициент ky. имеет разные значения. Так, для алевритового мергеля, результаты испытаний которого представле­ ны соответственно на рис. 28 и 33, ky =162, для кем­ брийской глины Æy = 102, а для эквивалентного ма­ териала Э-1 k y — Б.

Для выяснения характера деформирования мате­ риалов при вибрационных испытаниях и объяснения причин, обусловливающих ускорение процессов ползу­ чести, были проведены испытания на ползучесть пара­ финовых образцов.

Изготовление образца заключалось в заливке рас­ плавленным парафином специальной формы, в которой были натянуты одиннадцать хлопчатобумажных нитей толщиной 0,1—0,2 мм. После остывания парафина нити оказывались расположенными внутри образца. После испытания на ползучесть образец разрезали ножом та­ ким образом, чтобы на плоскости среза были видны нити, по изменению расположения которых можно су­ дить о деформациях внутри образца..

Характер деформирования образцов парафина при действии статических и вибрационных нагрузок виден на рис. 34. При действии длительных статических на­ грузок торцовое трение препятствует свободному рас­ ширению торцов, и образец принимает бочкообразную форму. Распределение деформаций внутри образца по каждому поперечному сечению равномерное, макси­ мальные деформации относятся к среднему сечению. При испытании образцов вибрационными нагрузками характер распределения деформаций значительно рав­ номернее, чем при статических испытаниях, так как торцы образца периодически освобождаются от нагруз­ ки, что способствует уменьшению торцового трения. Равномерное распределение деформаций, естественно, обусловливает увеличение продольных деформаций об­ разца, но это увеличение не может быть сравнимо с наблюдаемыми при испытаниях коэффициентами виб­

мергеле (Южно-Белозерское месторождение). Для нс-

кут тела с меньшей упругостью («слабые»), а другие («сильные») упруго изменяются. Ускорение процессов, деформирования, на основании рассмотренных работ, зависит от соотношения в материале «сильных» и «сла­ бых» зерен, т. е. от соотношения упругих и вязких эле­ ментов.

Результаты вибрационных испытаний грунтов пока­ зывают, что интенсивность накопления деформаций за­ висит от модуля деформаций грунтов, причем прирост деформаций за цикл «нагрузка — разгрузка» объясня­ ется тем, что часть сместившихся структурных агрега-

б

Рис. 35. Анализ поведения модели Максвелла при статических и вибрационных нагрузках

тов или грунтовых частиц заклинивается в неустойчи­ вом положении, нарушаемом при частичном восстанов­ лении деформации после снятия нагрузки [56, 60J.

Таким образом, можно предполагать, что вязкость некоторых материалов, у которых наблюдается изме­ нение скорости ползучести при вибрационных нагруз­ ках, представляет собой сочетание двух типов вязкос­ тей: статической, проявляющейся при статических и при вибрационных испытаниях и являющейся одним из основных элементов обычных реологических моде­ лей, и структурной, проявляющейся только при вибра­ ционных нагрузках и не оказывающей влияния на де­ формируемость при постоянных нагрузках. Структур­ ная вязкость должна зависеть от соотношения в мате­ риале упругих и вязких частиц (или «сильных» и «сла­ бых» зерен).

Обычные реологические модели непригодны для описания процессов деформирования при вибрацион­ ных нагрузках. Рассмотрим одну из простых реологиче­