Файл: Ханукаев, А. Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом.pdf

в 8—5 раз, вторые больше пределов прочности при одноосном растя­ жении в 10—12 раз. Пределы же прочности пород при растяжении на поверхности массива, где наблюдается трещинообразование под воздействием тангенциальной составляющей тензора напряжений, и пределы прочности при отрыве под действием отраженной волны оказались одинаковыми и близкими по величине к растягивающим напряжениям в условиях одноосного статического нагружения.

Время запаздывания процесса разрушения. Влияние предвари­ тельного нагружения на прочность. Учет влияния времени нагру­ жения на поведение и прочность пород имеет важное значение для расчета оптимальных интервалов замедления при короткозамедлен­ ном взрывании зарядов и для решения других практических задач.

Зависимость времени t от начала воздействия до разрушения от величины приложенных растягивающих напряжений сгр для случая длительного приложения статической нагрузки имеет вид

где t0 и а — константы материала.

Откладывая на оси ординат время до разрушения In t, а на оси абсцисс соответствующие этому времени напряжения о, получим прямую, аппроксимируемую уравнением (1.4), при этом на оси In t прямая отсекает отрезок, равный In t0, соответствующий пределу прочности при обычных статических испытаниях на прочность. Постоянная а является тангенсом угла наклона прямой к оси а. Чем больше а , тем меньше время t до разрушения.

Зависимость времени t от приложенного напряжения и темпера-

где К — постоянная Больцмана;

Т— абсолютная температура;

о— приложенное напряжение.

Из равенств (1.4) и (1.5) видно, что разрушение наступает не мгно­ венно, а протекает во времени и зависит от величины приложенного напряжения и температуры. С возрастанием напряжений разруше­ ния наблюдаются раньше. С возрастанием температуры разрушения наступают позже. При повышенных температурах наблюдается вяз­ кое разрушение, при пониженных — хрупкое.

Время запаздывания разрушения t после воздействия плоской ударной волны на горизонтальную поверхность твердого тела для давлений от нескольких десятков тысяч до нескольких сотен тысяч килограмм-сил на сантиметр в квадрате можно определить по формуле [13]

27

где t0 — время при нулевой скорости нагружения; о — приложенное напряжение;

[сгт] — предел текучести; [оу] — предел упругости.

При указанных давлениях время запаздывания текучести очень

при сдвиге ту, при этом скорости течения тем больше, чем больше величина отношения бокового напряжения (п2 и о 3) к главному нор­ мальному напряжению (a i):

гДе ту1 о и В — константы, соответствующие одноосному нагружению;

Из изложенного следует, что в зоне первичного трещинообразования скорость хода трещин значительно больше скорости хода трещин у обнаженной поверхности, где условия нагружения аналогичны одноосному.

Большой интерес для выявления физической сущности процесса разрушения при короткозамедленном взрывании зарядов предста­ вляют эксперименты, в которых тело предварительно нагружалось в течение небольшого отрезка времени постояннодействующим напряжением, а затем подвергалось воздействию кратковременного взрывного импульса.

При величине постояннодействующей нагрузки, равной одной десятой от предела прочности при растяжении, разрушение стержня наблюдалось при напряжении, величина которого была равна одной

28

трети предела прочности при растяжении, т. е. прочность предвари­ тельно нагруженного материала оказалась в несколько раз меньше предела прочности при растяжении (см. рис. 13).

О критериях прочности при взрывных нагрузках. Взрывные нагрузки обусловлены распространением возмущений в массиве горных пород. В ближней зоне взрыва распространяется ударная

амплитуда волны незначительна. Однако благодаря большой дли­ тельности действия вызываемые ею смещения могут привести к уве­ личению ширины тектонических трещин и к значительному смещению одной части массива по отношению к другой. Такие волны принято называть сейсмовзрывными (рис. 15, в). Их действие проявляется главным образом у поверхности массива.

Для оценки степени опасности действия волны на сооружения обычно пользуются величиной критической скорости смещения ча­ стиц грунта v или величиной удельного импульса / уд.

Представляет интерес анализ возможности их использования в качестве критерия прочности для расчета зон разрушений в скаль­ ных породах, при этом полезно рассмотреть возможность использова­ ния и других параметров волны — величины смещений частиц относи­ тельно первоначального положения и величины удельной энергии Е уЯ.

29

Скорость смещения частиц за фронтом волны и нормальные напряжения. Принято считать, что сооружение разрушится, если распространяющаяся в грунте — несвязной породе (глине, суглинке, супеси) волна вызовет смещение частиц со скоростью, равной или превышающей 1,5 м/с. Эту величину называют критической. В ра­ боте [И ] показано, что в области чистого отрыва при скорости сме­ щения частиц в скальных породах, равной 1,3—1,5 м/с может на­ ступить разрушение, однако только при условии, что величина об­ наженной поверхности достаточно велика (ее протяженность во взаимно перпендикулярных направлениях соизмерима с длиной волны) и длительность действия волны не меньше нескольких милли­ секунд. При достаточно большой плоскости обнажения, например при отбойке породы скважинными или шпуровыми зарядами, у ко­ торых длительность действия волны значительна, порода отрывается от забоя, если в момент подхода отраженной волны к полости шпура или скважины величина скорости смещения равна или больше 1,3— 1,5 м/с. Приняв эту скорость за критическую [ккр] для скальных пород (для области чистого отрыва при достаточно большой площади обна­ жения и достаточно больших зарядах) можно написать

[^Отр] “ Ро^о [^кр]*

Из формулы (1.6) следует, что пределу прочности при отрыве соот­ ветствует некоторая величина критической скорости отрыва, что согласуется с первой теорией прочности. Однако при весьма малых зарядах (массой в несколько граммов) наблюдавшиеся скорости сме­ щений в момент подхода отраженной волны к полости шпура были намного больше 1,5 м/с, но разрушения не наблюдались, хотя ве­ личина обнаженной поверхности была достаточно большой [11]. Объясняется это тем, что длительность действия волны у малых зарядов была очень незначительной (составляла микросекунды). Это объяснение согласуется с отмеченным выше влиянием времени нагружения на прочность пород.

При малой поверхности обнажения разрушения не наблюдается даже при больших скоростях смещений и большой длительности действия волны. Так, например, в породах с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова / = 6 -f- 17 одиночные сква­ жинные заряды диаметром 160 и 244 мм с массой заряда 160 и 240 кг на расстоянии 107?0 от забоя штольни сечением 1,8 м2 не были в со­ стоянии переместить всю породу, расположенную между забоем штольни и зарядом, хотя скорость смещения частиц была равна 40 м/с. На забое штольни наблюдались только откольные воронки глубиной до 4—4,57?0 (0,3—0,6 м). По мере увеличения обнаженной поверхности величина критической скорости смещения уменьша­ лась. Так, при одновременном взрывании от 2 до 7 зарядов массой по 160—240 кг, расположенных в ряд и параллельно оси штольни, критические значения скоростей смещений, при которых наблюда­ лись откольные явления, были близки к 1,5 м/с. Таким образом, критическая величина скорости смещения не является величиной

30