Способ определения прочностных характеристик скального массива

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для натурных исследований сопротивления сдвигу скального массива (СМ). Цель изобретения - повышение точности определяемых х-к. Для этого в СМ изготавливают два целика (Ц) прямоугольного сечения с размерами A<SB POS="POST">1</SB><SP POS="POST">.</SP>B<SB POS="POST">1</SB>, A<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>B<SB POS="POST">2</SB>. Выполняют Ц с напорными поверхностями, имеющими разные углы β<SB POS="POST">1</SB>, β<SB POS="POST">2</SB> наклона к горизонтальной плоскости (ГП). Напорную поверхность первого Ц выполняют горизонтальной (β<SB POS="POST">1</SB>=0). Нагружают первый Ц до разрушения нагрузкой P<SB POS="POST">1</SB>. Определяют угол α<SB POS="POST">1</SB> наклона плоскости скола к ГП и, с учетом значения расчетного напряжения в СМ от проектируемого сооружения, расчитывают угол β<SB POS="POST">2</SB> по формуле β<SB POS="POST">2</SB>=2{α<SB POS="POST">1</SB>-ARCTG[P<SB POS="POST">1</SB>(1+TGΑ<SB POS="POST">1</SB><SP POS="POST">.</SP>TG2Α<SB POS="POST">1</SB>)]:[A<SB POS="POST">1</SB>B<SB POS="POST">1</SB>Σ<SB POS="POST">P</SB>TG2Α<SB POS="POST">1</SB>(1+TG<SP POS="POST">2</SP>Α<SB POS="POST">1</SB>)]-1/TG2Α<SB POS="POST">1</SB>}. Изготавливают второй Ц и нагружают его до разрушения нагрузкой P<SB POS="POST">2</SB> и фиксируют предельную величину последней. Определяют угол α<SB POS="POST">2</SB> наклона плоскости скола второго Ц к ГП. Величину угла φ внутреннего трения расчитывают по формуле φ=2Α<SB POS="POST">2</SB>-90°-β<SB POS="POST">2</SB>, а величину сцепления C по формуле C={P<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>COSΑ<SB POS="POST">2</SB>[SIN(Α<SB POS="POST">2</SB>-β<SB POS="POST">2</SB>)-COS(Α<SB POS="POST">2</SB>-β<SB POS="POST">2</SB>)TG(2Α<SB POS="POST">2</SB>-90°-β<SB POS="POST">2</SB>)]}:A<SB POS="POST">2</SB>B<SB POS="POST">2</SB>. Способ обеспечивает создание условий испытаний, близких к натурным, когда на поверхности сдвига разрушаемого образца обеспечивается напряженное состояние, соответствующее расчетному. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) ((() (st)s Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Й (21) 4459002/24-03 (22) 12.07.88 (46) 30,12,90. Бюл, Q 48 (71) Среднеазиатское отделение Всесоюзного проектно-изыскательского и научноисследовательского института Гидропроект" им. С.Я,Жука (72) Г.Н.Петров, А.В.Количко и О.А.Мануилов (53) 622.23.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1452982, 16.04.87. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНО

СТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СКАЛЬНОГО

МАССИВА (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для натурных исследований сопротивления сдвигу скального массива (СМ). Цель изобретения — повышение точности определяемых х-к. Для этого в CM изготавливают два целика (Ц) прямоугольного сечения с размерами а b>. а2 bz.

Выполняют Ц с напорными поверхностями, имеющими разные углы,61,@ наклона к горизонтальной плоскости (ГП). Напорную поверхность первого Ц выполняют горизонИзобретение относится к горному делу, а именно к способам определения механических характеристик скального массива и предназначено для натурных исследований сопротивления сдвигу скального массива.

Цель изобретения — повышение точности определяемых характеристик.

На фиг. 1 представлена схема нагружаемого целика; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — схема разложения нагрузки P на составл я ющие.

Способ определения прочностных характеристик скального массива осуществляется следующим образом. тальной (P> = О). Нагружают первый Ц до разрушения нагрузкой Р1. Определяют угол а1 наклона плоскости скола к ГП и, с учетом значения расчетного напряжения в СМ от проектируемого сооружения, рассчитывают угол /Ь по формуле

/Ъ=2(а(arctg(PÇ(1+tgàt tg2at)7: а1Ь1((92а1. (1+!922а1)) — 1/(92аф

Изготавливают второй Ц и нагружают его до разрушения нагрузкой Рр и фиксируют предельную величину последней. Определяют угол а наклона плоскости скола второго Ц к ГП. Величину угла р внутреннего трения рассчитывают по формуле ф=2а2 — 90 -ф, 0 а величину сцепления С по формуле

С=(Р2 соза2(з1п(а2-ф2)-соз(аг-)6 ) X

tg(2 -90 -Д))}:azbg, Способ обеспечивает создание условий испытаний, близких к натурным, когда на поверхности сдвига разрушаемого образца обеспечивается напряженное состояние, соответствующее расчетному. 3 ил.

В скальном массиве изготавливают два целика прямоугольного сечения с размерами а1 b>, а2. Ь2. Целики выполняют с напорными поверхностями, имеющими разные углы 31,Д наклона к горизонтальной плоскости. При этом напорную поверхность первого целика выполняют горизонтальной (P> = 0). Нагружают первый целик до разрушения нагрузкой Р1, предельную величину которой фиксируют. Определяют угол. а1 наклона плоскости скола к горизонтальной плоскости и, с учетом значения расчетного напряжения оР в массиве от проектируемого сооружения, рассчитывают угол Д по формуле

1617142 4

cos а(эЬ (q -.P) — соэ (а -P) to

=МВ С .-,о ссва sing -соз а или

QX

) откуда сов 2 а-сов 2atg Ptg y+ s1n 2а(щ P+

+tgp) =О

1 - tg P tg гр + tg 2 а (щ P+ tg y) = О, Из moro следует

Щф=

Ф или окончательно

1 щД-2 а)

15 откуда следует, что

4 + г (S) с0$щ!$1Р сф с0$й - ЗА(2йз-90 - Я о 20 а $

Вывод расчетных формул производится следующим образом.

Задача рассматривается в рамках тео- 25 рии прочности Кулона-Мора, t =aЩу+ С, (1) где t,G — соответственно сдвигающее и нормальное напряжения.

Разложив действующую на образец разрушающую нагрузку Р на составляющие, получают

Рн = Р соз(а- p) Pc = Р SIA(c — Д, Находят длину I плоскости скола как

i=—

Ь сов а

В соответствии с этим уравнение равновесия по плоскости сдвига имеет вид

Pc- Pv tg p+ C > l (2) или

Р sin (а — p) = Pcos (а — p) tg у + соза (3) получают значение разрушающей силы

Р= г.., (4) имеют аг =а1+

zz0 . 2

Проведя анализ напряженного состояния грунта по плоскости сдвига для двух опытов, получают для 1-го опыта а1 =а1: р1 =0; Р1, 35 для 2-го опыта аг =аг pz =p: Рг .

Нормальные усилил на плоскости сдвига (Рн) для 1-го опыта Рн1 = Р1 cos а1, для 2-го опытаРнг =-. Рг соэ (аг — P) .

40 Нормальные напряжения на плоскостй сдвига(оН)

Рн Рн cosa

< н =—

S 8.

Р< cos а cos a

-" -"" — — — г— для 2-го on

Pt г (.ap.tg2e> (1+щ а )

- — 2 )). ,-. tg ., %4

Изготавливают в массиве второй целик с углом Pz наклона напорной поверхности к горизонтальной плоскости. Нагружают второй целик до разрушения нагрузкой Рг и фиксируют предельную величину последней.

Определяют угол аг наклона плоскости скола второго целика к горизонтальной плоскости. С учетом результатов испытаний расчитывают параметры сопротивления сдвигу, Величину угла р внутреннего трения рассчитывают по формуле у=2аг — 90 -j%.

Величину сцепления С рассчитывают по формуле

q) =2а — 9б -P (9)

Левая часть последнего уравнения — величина постоянная, следовательно, постоянная и его правая часть.

Pi -2а =const.

Для двух опытов

1 ) а = а1; р1 = О, 2)crt =аг; ф =P от

Разрушение целика происходит при том минимальном значении разрушающей силы Р, при котором на какой-нибудь одной 10 поверхности, характеризуемой углом наклона а, достигается предельное равновесие, т,е. разрушение характеризуется условием минимизации уравнения (4) относительно a . Это достигается при условии 15

Подставив в последние уравнения значения Рь в соответствии с формулой (4), получают для 1-го опыта а.b cosгg ъ,ТЫ7%=нг%т р)

С coSa С

sin а — cos а tg p tg а — tgy для 2-го опыта с а Ь cos

Щ сов az н (аг.-P

1617142

Подставив вместо а ее значение по формуле (1), получают

И1 2) tgy откуда

1д(а1 ) щр

Расчет угла Р, при котором сжимающее напряжение на поверхности сдвига соответствует заданному расчетному напряжению сто от сооружения, производится следующим образом.

С откуда, зная р, С, ир=1(а; P), можно определить угол /3, обеспечивающий равенство

СТ==Пр, Р1соз at(sin а1 — сов at tg ) а1.b1 tg аг — tgp г 1 g2 à1

Р1 соз a1(tg a1 + 2 а1) а 1®(а1 2 ) + т 2а1)

Р1соз а1(1-Щ a1 tg 2 а1) а +tg а1+ tg2a1

Р1(1 +tg a1 тц2а1)

bft+ и в -т |

Откуда окончательно

p=g(а Рф+ tg a1 Щ2 а1) а b op 2at(1 + tg2а,)

ЯТ61 )i.

Данный способ обеспечивает создание условий испытаний, близких к натурным, когда на поверхности сдвига разрушаемого образца обеспечивается напряженное состояние, соответствующее расчетному. При

20 этом реально учитывается возможная нелинейность зависимости t=f(o) .

Формула изобретения

Способ определения прочностных характеристик скального массива, заключаю25 щийся в том, что в скальном массиве изготавливают два целика прямоугольного сечения, имеющие разные углы Р1, Д наклона напорной поверхности к горизонтальной плоскости, нагружают их до

30 разрушения, замеряют разрушающие нагрузки Р1, P и определяют параметры ри

С сопротивления сдвигу скального массива, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определяемых харакЗ5 теристик путем обеспечения на поверхности разрушения напряженного состояния, соответствующего напряженному состоянию в массиве от проектируемого сооружения, напорную поверхность первого целика

40 выполняют горизонтальной, угол /32 наклона напорной поверхности второго целика определяют по формуле г Pi 1+rga rg 2ai}

Рр2 (a1 — arctg а1Ь1а .Кра1(1+тга1) Ю2а1. а параметры ри С рассчитывают по форму — a g00

Pq -юзами(мпфтк -/Ъ) — cos(-фщ(2и2-90 j

50 32 Д! где а1, аг — углы наклона плоскости скола целиков к горизонтальной плоскости;

91 Ь1 и а2. b2 — размеры напорных сечений целиков; а — расчетное напряжение в массиве от проектируемого сооружения;

p — угг, л внутреннего трения скального массива;

С вЂ” сцепление, 1617142

Составитель Л.Климов

Редактор И.Касарда Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор А.Обручар

Заказ 4105 . Тираж 390 Подл исное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101