ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1693
Скачиваний: 2
О
ПРЕДЕЛЕНИЕ
КОЭФФИЦИЕНТА
СТРУКТУРНОГО
ОСЛАБЛЕНИЯ
НА
ОСНОВЕ
ВЕРОЯТНОСТНО
-
СТАТИСТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ
105
Действительно
ли
выборка
,
полученная
как
результат
опробования
образ
-
цов
горной
породы
,
отражает
природу
генеральной
совокупности
?
Выполняет
-
ся
ли
основное
требование
,
предъявляемое
к
выборке
–
равенство
шансов
для
всех
элементов
генеральной
совокупности
попасть
в
выборку
?
Известно
,
что
горной
породе
присуща
естественная
трещиноватость
.
При
изготовлении
образцов
те
из
них
,
которые
пересечены
трещиной
,
разрушаются
до
начала
испытаний
.
Таким
образом
,
структурные
элементы
,
содержащие
мак
-
родефекты
,
в
обычных
испытаниях
не
участвуют
,
но
как
реально
существую
-
щие
должны
быть
включены
в
статистику
опробования
.
Очевидно
,
наличие
на
-
рушенных
элементов
,
то
есть
элементов
,
прочность
которых
значительно
ниже
прочности
ненарушенных
элементов
,
изменит
все
характеристики
выборки
,
а
,
следовательно
,
все
моменты
распределения
,
для
которых
характеристики
вы
-
борки
являются
точечными
оценками
.
Соответственно
изменится
и
закон
рас
-
пределения
прочности
структурных
элементов
.
Исследуем
тенденцию
этих
из
-
менений
.
5.2.
Исследование
влияния
макродефектов
на
распределение
прочно
-
сти
структурных
элементов
массива
Роль
естественных
трещин
в
изменении
механической
характеристики
массива
горных
пород
являлась
предметом
многолетних
исследований
коллек
-
тивов
ученых
разных
стран
.
В
СССР
широкие
работы
в
этом
направлении
про
-
водились
в
Донецком
политехническом
институте
–
Г
.
Н
.
Кузнецовым
и
в
дру
-
гих
организациях
[
214, 215
]
.
М
.
М
.
Протодьяконов
,
указывая
на
различие
между
прочностью
лаборатор
-
ных
образцов
и
прочностью
массива
,
в
качестве
основной
причины
рассматри
-
вал
именно
трещиноватость
пород
и
углей
[
216
]
.
Г
.
Л
.
Фисенко
[
176
]
отмечает
,
что
при
изучении
механических
свойств
мас
-
сивов
горных
пород
как
среды
,
в
которой
проводятся
горные
выработки
,
т
.
е
.
создаются
полости
,
необходимо
различать
поверхности
ослабления
:
Р
АЗДЕЛ
5
106
а) большой протяженности, по которым происходит скольжение одной
части деформируемого массива относительно другой, являющиеся поверхно-
стями разрыва сплошности массива;
б) небольшой протяженности, расположенные ступенчато относительно
друг друга и образующие системы определенным образом ориентированных
трещин.
При деформировании больших областей массива (линейные размеры кото-
рых на порядок больше линейных размеров блоков, ограниченных смежными
трещинами) структурные ослабления небольшой протяженности не являются
поверхностями скольжения и разрыва непрерывности деформаций и смещений,
а являются лишь элементами структуры массивов горных пород, снижающими
прочность (или сопротивление сдвигу) массива горных пород.
В
217
отмечается, что определение характеристик сопротивления сдвигу
по поверхности ослабления первого типа не представляет особых трудностей:
для определения сцепления проводятся натурные испытания призм больших
размеров с наиболее простой схемой приложения сдвигающих сил. Большой
объем таких экспериментов был выполнен во ВНИМИ
218
, что позволило
сделать общие выводы о величинах сцепления и углах внутреннего трения по
контактам слоев осадочных пород с выраженными зеркалами скольжения. Для
дислоцированных пород сцепление по контактам составляет 1…3 т/м
2
, для сла-
бодислоцированных пород – 18 т/м
2
, по контактам слоев метаморфизованных
пород, по тектоническим нарушениям и неровным тектоническим трещинам –
5…10 т/м
2
. Углы внутреннего трения по контактам слоев, в зависимости от сте-
пени шероховатости и неровности, изменяются от 9
0
до 31
0
.
Определение сопротивления сдвигу в массиве, ослабленном ступенчато
расположенными системами трещин, является более сложной задачей, так как
на его величину оказывает влияние множество факторов: неоднородность от-
дельных блоков по прочности, размер испытываемых призм, ориентировка
трещин к направлению наибольшего напряжения. Отличие сцепления такой
структурной модели массива от сцепления монолитной породы оценивается ко-
О
ПРЕДЕЛЕНИЕ
КОЭФФИЦИЕНТА
СТРУКТУРНОГО
ОСЛАБЛЕНИЯ
НА
ОСНОВЕ
ВЕРОЯТНОСТНО
-
СТАТИСТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ
107
эффициентом
структурного
ослабления
c
k
,
который
может
быть
определен
из
выражения
)
/
ln(
1
1
l
H
a
k
c
+
=
.
(5.20)
Здесь
H
–
высота
призмы
,
l
–
размер
блока
.
В
табл
. 5.2
приведены
значения
коэффициентов
структурного
ослабления
для
сопротивления
сдвигу
(
по
испытаниям
ВНИМИ
)
для
прочных
и
средней
прочности
пород
при
их
интенсивной
трещиноватости
.
При
проведении
оди
-
ночных
выработок
в
слаботрещиноватых
породах
,
например
,
в
мощных
слоях
известняков
,
песчаников
или
алевролитов
,
коэффициент
структурного
ослабле
-
ния
для
сцепления
значительно
больше
.
Таблица
5.2
Значения
коэффициента
структурного
ослабления
трещиноватых
пород
при
изменении
предела
прочности
на
сжатие
(
МПа
)
10 10…20
20…35
35…75
75…200 200…350 350…700
>700
0,68 0,63 0,59 0,32 0,26 0,126 0,107 0,068
0,64 0,43 0,44 0,29 0,24 0,126 0,07 0,05
0,62 0,42 0,42 0,26 0,21 0,083 0,060 0,036
0,58 0,32 0,34 0,22 0,15 0,070 0,052 0,030
0,50 0,28 0,34 0,18 0,11 0,045 0,050 0,022
0,48 0,27 0,30 0,17 0,085 0,036 0,045
0,019
0,45 0,27 0,26 0,15 0,077 0,030 0,042
0,013
0,40 0,26 0,23 0,13 0,038 0,030
0,013
0,36 0,23 0,15
0,029 0,019
В
[
218
]
приводится
классификация
ВНИМИ
,
в
которой
суммированы
не
-
многочисленные
данные
о
прочности
на
одноосное
сжатие
массивов
,
ослаблен
-
ных
одной
и
более
системами
трещин
.
Отличие
прочности
таких
структурно
Р
АЗДЕЛ
5
108
нарушенных
массивов
от
прочности
монолитной
породы
также
оценивается
ко
-
эффициентом
структурного
ослабления
(
табл
. 5.3).
Таблица
5.3
Коэффициент
структурного
ослабления
пород
в
зависимости
от
мощности
слоев
Породы
Характерные
классификационные
признаки
Коэффициент
ослабления
Неослабленные
А
)
вполне
монолитные
слои
мощностью
> 1
м
Б
)
слои
мощностью
более
1
м
,
имеющие
не
более
одной
системы
трещин
,
располо
-
женных
друг
от
друга
на
расстоянии
,
большем
радиуса
выработки
1,0
Умеренно
ослабленные
А
)
слои
мощностью
от
0,5
до
1,0
м
Б
)
имеется
не
более
двух
систем
трещин
,
от
-
стоящих
друг
от
друга
на
расстоянии
не
менее
0,5
радиуса
выработки
0,7
Существенно
ослабленные
А
)
слои
мощностью
0,5
м
Б
)
имеется
три
и
более
систем
трещин
с
рас
-
стоянием
между
трещинами
менее
0,5
ра
-
диуса
выработки
0,3
В
СНиП
[
219
]
приведены
значения
коэффициента
структурного
ослабле
-
ния
в
зависимости
от
расстояния
между
трещинами
(
табл
. 5.4).
Таблица
5.4
Коэффициент
структурного
ослабления
в
зависимости
от
расстояния
между
трещинами
[219]
Среднее
расстояние
между
поверхностями
ослабления
пород
,
м
Коэффициент
c
k
Более
1,5
От
1,5
до
1
От
1
до
0,5
От
0,5
до
0,1
Менее
0,1
0,9
0,8
0,6
0,4
0,2
О
ПРЕДЕЛЕНИЕ
КОЭФФИЦИЕНТА
СТРУКТУРНОГО
ОСЛАБЛЕНИЯ
НА
ОСНОВЕ
ВЕРОЯТНОСТНО
-
СТАТИСТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ
109
Большинство
исследователей
отмечают
ослабляющее
влияние
на
проч
-
ность
массива
систем
трещин
,
особенно
кососекущих
,
однако
количественно
это
влияние
почти
не
описано
.
Это
связано
со
сложностью
отбора
проб
и
полу
-
чения
из
нее
образцов
с
заданным
падением
трещин
.
В
лаборатории
механики
горных
пород
НГУ
испытывались
модели
из
пес
-
чано
-
цементной
смеси
,
имитирующие
структурные
элементы
твердого
тела
,
ослабленного
системой
трещин
.
Плоскости
ослабления
моделировались
слоями
вощеной
бумаги
по
аналогии
с
опытами
M. Hayashi
[
220
]
по
сжатию
гипсовых
моделей
с
различным
числом
прерывистых
и
сплошных
трещин
.
Испытания
проводились
на
прессе
ПГ
-50.
Было
испытано
20
партий
образцов
кубической
формы
с
длиной
ребра
25
см
,
по
10
образцов
в
каждой
партии
,
содержащих
1…4
плоскости
ослабления
,
расположенные
под
углом
θ
= 0
0
, 10
0
, 30
0
, 45
0
, 60
0
,
90
0
к
оси
нагружения
.
Результаты
испытаний
указывают
на
уменьшение
прочности
образцов
с
увеличением
числа
трещин
.
Наиболее
четко
эта
тенденция
прослеживается
при
изменении
числа
трещин
от
нуля
(
монолитный
образец
)
до
трех
.
Для
четырех
трещин
указанная
закономерность
нарушается
.
Во
всех
случаях
,
за
исключени
-
ем
положения
плоскости
ослабления
под
углом
60
0
,
наблюдалось
некоторое
по
-
вышение
разрушаю
-
щей
нагрузки
по
срав
-
нению
с
вариантами
двух
и
трех
плоско
-
стей
.
В
отношении
влияния
на
прочность
образца
угла
наклона
трещины
к
оси
нагру
-
жения
следует
вполне
Рис
. 5.5.
Изменение
прочности
образцов
из
цемент
-
но
-
песчаной
смеси
в
зависимости
от
числа
модели
-
руемых
трещин