Экспериментальные исследования влияния шероховатости поверхности стенок на предельное сопротивление сдвигу по трещинам скальных пород тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ£ ОД-

, , На правах рукопноа

, ... 11-v ''

АЛЬ САШАУИ даш»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ

ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ СТЕНОК НА

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ ПО ТРЕЩИНАМ СКАЛЬНЫХ ПОРОД

Спецкальнооть 01.02.07 - Механика сыпучих тел,

грунтов и горных пород

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на ооиоканив ученой отвпенн кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа вшолнена в Московском Государственном строительном университете на кафедре "Механика грунтов, оснований в фундаментов"

Научный руководитель - Кандидат технических наук,

доцент БУРЛАКОВ В.Н.

Официальные оппоненты - Доктор технических наук,

профессор БАКШТОВ И.В.

- Доктор технических наук, профессор ОРЕХОВА. В.Г.

Ведущая организация - Гвдропроект ад.С.Я.Яукова

Защита диссертации состоится " СсА^/У'^ 1994р. в " " чао. на заседании спецаализированного совета Д 053.XIори МГСУ по адресу: Москва, Спартаковская ул., д.2 ауд.

С диссертацией ыохно ознакомиться в библиотеке МГСУ.

Просим Вас принять участие в защите диссертации в прислать Ваш отзыв на автореферат в 2-х экз., заверенный гербовой печатью в адрес Ученого совета МГСУ.

Автореферат разослан О 1994г. И -12?

Ученый секретарь шещюлизйованного

совета Д CS3.II.05 , .

проф., к.т.н. А.Л.Крщаковсюгй

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Строительство промышленных, гражданских и сельских сооружений требует экономии строительных материалов, сокращения сроков возведения сооружений и удешевления стоимости самого строительства. Одним из факторов, позволяющим уменьшить расход строительных материалов и объем работ при возведении фундаментов зданий и сооружений, является использование природной несущей способности грунтовых и скальных оснований. Однако в горных районах такое строительство ведется на скальных основаниях не только с благоприятными неотектоническими, инженерно-геологическими и геомеханическими условиями. Поэтому при анализе взаимодействия инженерных сооружений и массивов скальных пород большое значение приобретают:

- детальность инженерно-геологических изысканий в районе строительства, особенно параметров трещиноватости скальных пород;

- точность определения показателей механических свойств скальных пород в массиве с учетом закономерностей поведения трещиноватых пород под нагрузкой;

- достоверность прогноза напряженно-деформированного состояния системы "инженерное сооружение - массив скальных пород".

Изучение прочности скальных пород тесно связано о их тре-щиноватоотью, которая в значительной степени определяет прочностные овойства как образцов скальных пород, так и скальных массивов. Как правило, прочностные показатели и закономерности, установленные в лабораторных условиях на образцах скальных пород, значительно отличаются от показателей установленных при испытании массива. Поэтому при изучении прочностных свойств трещиноватых скальных пород главным образом базируются на результатах, полученных при проведении полевых испытаний. >

В практике отечественного и зарубежного строительства при исследовании прочности скальных пород широкое применение получили испытания в полевых условиях по сдвигу бетонных штампов, либо цементов, зарекомендовавшие себя как лаибодее простые в исполнении и наиболее надежные для установления показателей ■сопротивления сдвигающим нагрузкам. Методика проведения сдвиговых испытаний в различных организациях примерно одинакова. Влесте с тем отмечается значительное расхождение в интерпрета-

ции получаемых результатов и назначении расчетных показателей.

Таким образом, необходимо совершенствовать методики определения параметров сопротивления сдвигу скальных пород.

Рель диссертации состоит в экспериментальном изучении сопротивляемости сдвигу по трещине в зависимости от уровня нормальных напряжений| прочности породы и шероховатооти отенок трещин.

В связи о этим задачи, поставленные в диссертации, заключаются в следующем:

- проведение испытаний на сдвиг для трех типов монолитных образцов с одинаковыми значениями прочности на одноосное сжатие ( ) и различными значениями сопротивления одноосному растяжению ( );

- проведение трех серий испытаний образцов-плашек с различным характером шероховатости контактов;

- обработка результатов комплексных испытаний образцов-плашек и образцов-плашек о шероховатыми контактами по методике, разработанной в МГСУ;

- совершенствование методики определения параметров сопротивления сдвигу скальных пород, разработанной в МГСУ.

Методы исследований. Методической ооновой выполнения диссертационной работы явилось:

а) обзор ц анализ существующих экспериментальных методов исследования сопротивляемости скальных пород сдвигу;

б) лабораторные исследования механизма сдвига по трещине на моделях скальных пород из эквивалентных материалов;

в) анализ и обобщенно подученных результатов.

Научная нозизнз диссертационной работы заключается в следующем:

1. Экспериментальное изучение сопротивляемости сдвлгу монолитных образцов и плапек с шроховзткми контактами в диапазоне нормальных напряжений б" от 0,1 до Рс .

2. Экспериментальное обоснованно целесообразности применения методики» разработанной на кафедре Механики грунтов, ос-повашй к (§у«дамонтов МГСУ,для описания сопротивляемости сдвигу в ожашяы ыаоелво для широкого диапазона пормаяьяш: птря-

ЕОКШ.

3. Разработана предложения п рокалециопди по усовор-зонст-вокпи® методики МГСУ для определения показателе]! сопротигляо-мостл сдвигу скальных пород по результатам натурных штзшови;:

испытаний.

Ш заотату встроятся:

1. Уточненная методика определения показателей сопротивляемости сдвигу схалыюх пород по результатам натурных гаташо-лнх испытаний.

2. Результаты и выводы исследований зависимости касательных напряжений при сдвиге по трещине от уровня нормальных к отой трещине напряжений.

3. Анализ результатов сдвиговых испытаний.

Аттзобагетя работы. Основные положения я результаты диссертационной работы докладывались па кафедре "Механика грунтов, основания и фундаменты" МГСУ (Москва, IS9I г.).

Практическое значение работы состоит в таз, что получении о розультаты позволяют более детально описать-процесс разрушения скального массива как яри малых нормальных напряжениях, так и при нормальных напряжениях, близких к прочности породы па одноосное сжатие Rc . Использование в качестве характеристики прочности угла сухого трения Кулона позволит осуществлять прочностные расчеты с большей надежностью.

Объем работц. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения (общие выводы по диссертации), имеет объел 105 страниц машинописного текста, содержит 66 рисунков, 9 таблиц, 76 наименований использованной литературы.

СОДЕРНАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, кратко изложено состояние вопроса, поставлены цель и задача исследований, отаечены новизна а практическая значимость работы.

В первой главе приводятся обше представления о трещинова-тости скальных пород, краткий обзор работ, посвященных исследованиям прочности трещиноватых скальных пород и прочности поверхности трезшн на сдвиг, а также 1фаткий обзор и анализ теоретических моделей, описывающих сопротивление сдвигу поверхностей трещин скальных пород.

Массивы скальных пород все без исключения рассечены трещинами. Поэтому одной из основных характеристик стальных массивов является их тресшноватость. Наличие трещин приводит к

нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями в скальных породах, к неоднородности строения скального массива, что ведет в свою очередь, к довольно большому разбросу значений механических характеристик и к снижению их прочности.

Исследованиям прочности трещиноватых скальных пород посвящены работы П.Д.Евдокимова, С.Б.Ухова, Ю.А.Фишмана, П.М.Мануйлова, Д.Д.Сапегина, В.Л.Свержевского и В.П.Субботника, Ю.М.Кар-ташева, И.Г.Гончарова, Ю.А.Розанова, Джегера, Д.Кресмановича, ЗЛангофа и др.

В настоящее время сформировалось два направления в методах экспериментального изучения прочности скальных пород:

1) исследование прочности скальных массивов в полевых условиях;

2) изучение прочности скальных пород в лабораторных условиях на образцах.

Наиболее важными для решения инженерных задач являются испытания в полевых условиях, с учетом природной трещиноватости скальных пород при воспроизведении нагрузок, возникающих в основании сооружения. Среди таких испытаний в инженерной практике широкое применение получили два типа испытаний:

- определение прочности скальных целиков при одноосном сжатии;

- изучение прочности скальных пород методом сдвига бетонных штампов, либо скальных целиков.

Во втором типе испытаний, наиболее важном при решении задач устойчивости сооружений на скальном основании, существуют два ооновных направления проведения опытных работ:

1. Изучается сопротивление сдвигу по потенциально возможной поверхности сдвига в контакте "бетон - скальная порода".

2. Изучается сопротивление сдвигу по основным структурным особенностям скального массива (трещинам, тектоническим разрывам, слабым прослоям), которые могут служить поверхностями ослабления.

В первом случае сдвигают бетонные штампы, прибетонирован-ные к зачищенной скальной поверхности, а во втором случае -сдвигают целики пород, выделенные из массива и имеющие какунь либо из структурных особенностей в основании. -

В лабораторных условиях для определения прочности образцов скальных пород широко используются испытания на одноосное

сжатие и на сжатие с боковым обжатием, испытания на сдвиг, прямое. и косвенное растяжение.

Распределение напряжений в блочном массиве определяется прежде всего напряжениями, действующими вдоль крупных трещин, ограничивающих блоки. Таким образом, выделение и изучение крупных трещин в скальном массиве имеет особо важное значение для оценки прочности и деформируемости трещиноватого скального основания.

Характеристики, определяющие деформативность и прочность трещин, дают возможность рассчитать величину смыкания и раскрытия трещин, а также смещения отдельных блоков по трещинам. Для получения расчетных характеристик необходимо определить параметры непосредственно в натурных условиях либо в лаборатории. Последнее предпочтительнее, но не всегда удается отобрать подходящие для этого образцы.

Исследованиям прочности поверхности трещин на сдвиг и раскрытию роли факторов, определяющих условия работы прочных горных пород по трещинам посвящены работы П.Д.Евдокимова, Д.Д.Са-пегина, С.Б.Ухова, С.Е. Могилевом й и Э.Г.Газиева, Т.Целести-но,Н. Бартона, С.Бандиса и многих других.

Эксперименты, выполненные методом прямого сдвига, как на образцах скальных пород с природными трещинами, так и на образцах из эквивалентных материалов с различными поверхностями трещин, вскрыли новые, характерные для горных пород особенностями механизма сопротивления сдвигу, которые состоят в следующем:

1. Параметры сопротивляемости сдвигу для различных кинетических и кинематических типов трещин зависят от шероховатости их поверхности.

2. Максимальные параметры сопротивляемости сдвигу присущи ступенчатому типу поверхности трещин, минимальные - ровному типу. Промежуточное положение занимает трещины с волнистой шеро-хоъатостью поверхности.

3. Закономерности сдвига по трещинам также зависят от типа шероховатости их поверхности.• При сдвиге по ступенчатой поверхности происходит скол максимальных выступов-. Сдвиг по волнистой поверхности происходит в основном как скольжение и может сопровождаться притиранием макронеровностей и макровыступов, а по ровной поверхности сдвиг происходит как скольжение. При сдвиге по ступенчатой поверхности имеют место упругие и

упруго-пластическпе деформации, при ровной поверхности - упруго-пластические .

4. Основное влияние на механизм сдвига по трещинам и количественные параметры угла внутреннего трения Ч* и сцепления

С оказывает вид неровностей поверхности трещин, а также уровень действующих напряжений.

5. Закономерности дилатансии, характеризуемые углом подъема стенки трещины, зависят от шероховатости их поверхности. При сдвиге по ровной поверхности дилатансии не происходит. При сдвиге по волнистой и ступенчатой поверхностям дилатаиспя зависит от угла наклона макронеровностей и действующих напряжений.

Теоретические исследования, посвященные описания сопротивляемости сдвигу поверхностей трещин, учитывающие выше перечисленные особенности механизма сопротивления сдвигу, представлены работами С.Б.Ухова, В.Н.БурлакоЕа, Э.Г.Газиева, Б.Лздани, Дж.Арчамболя, Р.1Укмана, Т.Целесткно, Кристофера, Джона,Н.Рвнд-жерса, Н.Р.Бартона и др.

Изложенный в первой главе обзор и анализ работ, посвяг.зк-ных исследованиям прочности трещиноватых скальных пород к прочности поверхности трещин на сдвиг, а такке обзор и анализ теоретически:; моделей, описываюдгх сшраетвпекае еязгау поверхностей треска скальных; пород», позволила сформулировать цель и задачи исследований..

Во- второй главе описывается подбор состава эквивалентных материалов, на которых проводились экспериментальные исследования, методика приготовления образцов и определение кх механических характеристик, программа испытаний модельных: матерка-лов, описание экспериментальных установок, методика проведения экспериментальных исследований и их метрологическое обеспечение.

Программа экспериментальных исследований включала проведение испытаний образцов из двух видов материалов: пассдосча-ной смеси и глины, отобранной из района строительства Каневской ГАЭС. Подбор состава эквивалентного материала из гипсшес-чаяой смеси был выполнен исходя из нелинейных свойств скальных пород. При изготовлении образцов из гшсопесчаной смеси использовался гше Куйбышевского завода. В качестве заполнителя использовались два вида'.леска о различной степенью неоднородности! первый тип песка - ]ин= 1,44; второй тип песка ри=1,49. Оба этих типа песка характеризовались кварцевыми частицами

остроугольной формы.

Образцы из гтоопесчаной смеси изготовлялись при соотношении гипса, воды и песка 1:4:1,6, после пего они высушивались до влааиости 2%. Влажность образцов из глины била 12%. Прочность всех образцов на одноосное сжатие приблизительно равнялась I Ша (отличие от этого значения было не более 5%).

Образцы, которые испытшзались в сдвиговом приборе, представляли собой либо монолит размером 10x10x10 см, либо две плаэ-ки размером 1СЬс10х5 см. Поверхность контакта двух плашек та ел а следующую конфигурацию:

1) Поверхность с двумя зубцами. Угол наклона зубца к горизонту составляла 25°, при высоте самого зубнэ II мм. Ширина основания зубца равнялась 50 мм.

2) Поверхность с пятью зубцами и углом наклона зубца к горизонту 25° при высоте 4,7 мм и ширине основания 20 мм.

3) Поверхность близкая по очертанию к поверхности, которая получается при разрушении монолитных образцов из аналогичного материала. Средний угол наклона неровности к горизонту составлял приблизительноа средняя высота неровности - 6,8 мм.

4) Плоская поверхность.

Испытания образцов на сдвиг выполнялись в сдвиговом приборе конструкции МГСУ. Размеры рабочей камеры этого прибора составляют з плане 10x10 см при высоте 10 см.

Опыта проводились по кинематической схеме нагружения с постоянным значением нормального напряжения в процессе сдвигового нагружения слодущил с<5разом. Образец нагружался вертикально давлением до необходимого уровня (программой экспериментальных исследований было предусмотрено проведение опытов при нормальных напряжениях 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 и 1,0 МПа), После стабилизации вертикальных деформаций, фиксируемых индикатором часового типа, осуществлялось кинематическое сдвиговое нагружение. Учитывая кинематическую схему нагружения в приборе принудительным образом задавались деформации сдвига. Напряжения сдвига являются реактивными. Сдвигающие перемещения прикладывались ступенями величиной 0,1...0,2 11ПР , где 11пр -деформация соответствующая пиковой прочности на сдвиг. Возникающие при этом сдвигающие усилия фиксировались динамометром. Одновременно с этим выполнялось измерение вертикальных перемещений с помощью реперов, установленных в образце в непосрвдст-

венной близости плоскости среза. Измерения перемещений выполнялись индикаторами часового типа. Каящая ступень нагружения выдерживалась до условной стабилизации приблизительно в течение 10...15 минут. Как правило, за это время изменение напряжений и деформаций стабилизировалось.

С целью устранения случайного разброса экспериментальных данных опыты проводились с трехкратной повторносгью.

Опытные данные, полученные в экспериментах согласно программе испытаний, позволили получить зависимости сопротивления сдвигу в широком диапазоне нормальных напряжений для рассматриваемых поверхностей контакта плашек. Цри этом имелась возможность фиксирования пикового и остаточного сопротивления сдвигу.

Метрологическое обеспечение экспериментов состояло в проведении следующих работ:

1) проверка точности измерения горизонтальных усилий и вертикальных давлений;

2) проверка точности измерения горизонтальных и вертикальных перемещений образца, штампов и обойм прибора;

3) проверка герметичности всей системы прибора;

4) создание однородного напряженного состояния в образце и точности его измерения.

В третьей и четвертой главах диссертации представлены результаты испытаний в сдвиговом приборе монолитных образцов и плашек с различной шероховатостью контактов и приводится анализ результатов выполненных исследований.

Первый этап экспериментальных исследований включал опыты на монолитных образцах с размерами 10x10x10 см. В рамках этах исследований было выполнено три серии различных материалов.

В первой серии опыты выполнялись на образцах, изготовленных из гипсопесчаной смеси с соотношением гипса, песка и воды 1:4:1,6. Степень неоднородности песка определялась значением

1,44.

Во второй серии испытывались гшсопесчаные образцы с неоднородностью песка = 1,49 и с тем же соотношением гипса, песка и воды.

Третья серия испытаний проводилась на образцах, изготовленных из Каневской глины, начальная влажность которой равнялась IV = 12$. • .

По результатам испытаний монолитных образцов был отобран тип породы, для которого разброс в результатах был наименьшим - гипсопесчаная смесь с = 1,44 (состав I). Из этого материала были изготовлены плашки с шероховатой поверхностью контакта четырех типов.

Первая серия опытов выполнялась на образцах-плашках с глад-■ кой поверхностью контакта.

Вторая серия опытов проводилась на плашках с шероховатой поверхностью, высота зубьев Ь = II мм, угол наклона зубьев — 25 •

. Третья серия была выполнена на плашках с зубьями высотой Ь = 4,7 да и углом наклона зубьев </,= 25°.

Четвертая серия проведена на плашках с реальной шероховатой поверхностью. Высота неровностей и угол наклона в среднем соответственно равнялись Ь = 6,7 мм и оСа = 23°.

В кащцой серии опыты на сдвиг проводились 10 испытаний при значениях нормальных напряжений б" = 0,1; 0,2; 0,3.... и 1,0 МПа с трехкратной повторностью. Прочность на одноосное сжатие Рс близка к 1,0 МПа. Нагружение образцов сдвигающей нагрузкой проводилось по кинематической схеме.

По результатам экспериментальных исследований отроились графики зависимостей касательных напряжений от горизонтальных смещений Т-Т(Ц) и графики зависимостей вертикальных смещений от горизонтальных V ~ У(и) . Во всех испытаниях кинематическая схема нагружения позволяла увеличивать касательное напряжение до максимального, которое в общем случае обозначается как предельное ТПР , при дальнейшем увеличении горизонтальных перемещений происходило снижение предельного сопротивления сдвигу Т"ПР .

Анализ поверхностей контакта после сдвига монолитных образцов и плашек с шероховатым контактом показывает, что срез и сдвиг происходит по шероховатой поверхности. При срезе монолитных образцов шероховатая поверхность образуется в результате действия возрастающих касательных напряжений по одним площадкам и появления растягивающих нормальных напряжений по другим. С увеличением нормальных напряжений б" поверхность сдвига после среза монолитных образцов становится более гладкой, при (э - поверхность сдвига становится такой же как у плашок о гладким контактом.

Сдвиг плашек с шероховатым контактом сопровождается разрушением выступов увд при сравнительно небольших значениях нормальных напряжений, при (О21 0,1 Как и для монолитных образцов с увеличением С площадь среза увеличивается и при <0 = Рс в результате сдвига образуется поверхность с гладка! контактом.

Горизонтальные перемещения зависят от отношения действующего касательного напряжения к предельному значению, т.е. от Т /Гпр . В общем виде зависимость между напряжениями Т и перемещениями и можно записать в виде Т/Гпр = ^(цЛЦ Вертикальные перемещения зависят от величины нормальных напряжений 6" и от отношения т/т^ . С приближением Т к предельному значению вертикальные перемещения, как и для скалышх пород, приобретают направление вверх, т.е. проявляется дилатансия.Дяя оценки дилатансии вводится, как это предложено в работах С,Б. Ухова и В.Н.Бурлакова, параметр Г]^ = (IV/¿11 в предельно;.! состоянии (при Т^Г^ ; 11 - ипр ). ^

Анализ результатов обработки лабораторных испытаний показывает, что параметр Г|0Р зависит от величины нормальных напряжений 6" '. С увеличением б* параметр Г^,, закономерно уменьшается, при б" = | =Рйпараметр Г|п,= 0. Эта закономерность проявляется 1шк для монолитных образцов, так и для образцов с различной шероховатостью на контакте. При испытании плашек с гладки/ контактом при всех значениях б" парзметр практически равен нулю.

Сопротивление сдвигающим нагрузкам зависит от нормальных напряжений 6" и от параметра . В общем виде согласно

работам С.Б.Ухова и В.Н.Бурлакова, сопротивление сдвигающим нагрузкам можно записать в виде:

Показатель Ц} Ч' можно определить по испытаниям на сдвиг при различных значениях 6" , при условии СПР= 0, 0.

Таким условиям соответствуют испытания плашек с гладким контактом, либо испытания штампов и целиков в натурных условиях с длительным перемещением ("протаскиванием"). Выполненные исследования показывают, что параметр М* изменяется в сравнительно узком диапазоне от 0,58 до 0,65. Минимальное сопротивление сдвигающим нагрузкам трещиноватого скального массива равняется:

. тг ©Чд1?

Сопротивление сдвигу по шероховатой поверхности Тпр изменяется от максимального сопротивления сразу монолитного образца до мзшмального сопротивления сдвигу Т^ .

Для каждого шыта на сдвиг определялось значение параметра по графикам V- У(и) , параметр Ц1-? принимался по результатам испытаний плашек с гладким контактом. Параметр Сп? вычислялся до приведенной выше формуле.

Анализ результатов испытаний образцов с шероховатой поверхностью контактов показывает, что предельное сопротивление едвкгу 'Гпр и параметры !|ПР , Сп;, зависят от величины'нормальных напряжений и от геометрических характеристик выотупов (от высоты зубьев а от углов наклона плоскостей скольжения). С даэпьш1шегл высоты зубьэз нз шероховатой поверхности оюшются параметры Г|ПР , Спр. . Аналогичные явления наблюдаются при испытании на сдвиг штампов или скальных целиков при длительном горизонтальном смещений ("протаскивании").

По мере увеличения норггзлышж напряжений б" разница в значениях соаротявяенет сдашгаютая; нагрузкам во всех испытаниях снижается. При о" ргигга прочности нэ одноосное снатиз сопротивление сдвлгу для зсех образцов становится одинаковы?/!, равным: Хт = Йс- Ц Ч>

Необходимо отметать, что при 6"=- Йс показатели СПР = 0 и ПГР - 0, что подтв-зр^щает вывод о постоянстве значения параметра при изменении 6* . Соответственно можно принять, что Тт является параметром, характеризующим сопротивление данной породы сдвигающим нагрузкам.

Исследование сопротивления срезу монолитных образцов позволяет сделать вывод, что существует определенная зависимость между прочностью порода на одноосное сжатие Яс , прочностью на растяжение и показателями .С0 , Г|д , характеризующими сопротивление срезу при & = 0.

В пятой главе на основании результатов выполненных опытов и с учетом результатов испытаний штампов прибетонированных к трещиноватым скальным; породам предлагается аналитическое описание сопротивления- сдвигающим нагрузкам с учетом нормальных нетряжений л развития 'сдвиговых деформаций.

Йз- рассмотрения энергетического уравнения при сдвиге штам-

па получено уравнение, описывающее зависимость сопротивления сдвигу С0 при б" = 0 от прочности на одноосное сжатие,в

Л- и,- (■ь.и/м-ц.-Ч4)

где С0, Г|о - показатели при €Г = 0, ^ - безразмерный коэффициент изменяется от 0 до I.

Уравнение предельного сопротивления сдвигающим нагрузкам можно записать в виде зависимости от лараметра Г^П|) :

Параметр $ для сплошных образцов зависит от отношения Рр/Фс. Для трещиноватых скальных пород, для которых меньше 0,1, параметр 6 близок к 1,0. Для гипсопесчаных образцов (состав I) отношение ^р/^с5® 0,3 и коэффициент

4'0' Ь

Параметр к зависит также от состояния контакта сдвигаемых поверхностей. Опыты показали, что для шероховатой поверхности с высотой зубьев Ь = II мм показатель & = II; для шероховатой поверхности с высотой зубьев И = 4,7 мм А = 18. С увеличением показателя & сопротивление сдвигу постепенно снижается до минимального, равного Т^б"- ^ М1 . Таким образом, показатель можно записать в виде к = Я■ (1,/п \ где I, - размер плоскости сдвига.

Анализ результатов испытаний штампов на сдвиг, показывает, что коэффициент $ можно записать в вцце зависимости от величины сдвиговых деформаций $ = /1 • (и ДО , где ипр - величина сдвиговых деформаций, при которых наступает разрушение в первом цикле испытаний, т.е. при сколе или срезе. С увеличением сдвиговых деформаций ("протаскиваниемвозрастает показатель $ и соответственно снижается ТГПР - предельное сопротивление сдвигу.

Показатель Сор также можно представить в виде зависимости от Г|„р . Максимальное значение показателя Спр достигаем при Г|0 (равняется С0 ) и определяется по испытаниям на срез монолитных образцов при £Г = 0. С увеличением нормальных напряжений до <Э = при срезе монолитных образцов Г|п„= О, Спр= 0. Зависимость С = С(г|)может быть записана уравнением:

По известным функциям "^(Л^) и СП(> (^) всегда можно поотроить зависимость Т„р от .

Линеаризация зависимостей ^„(Т,) , Слр(||) в диапазоне от Г|_* Чр до 0 не приводит к большим погрешностям, но позволяет определить параметры, необходимые для описания зависимостей по испытаниям минимального количества штампов или целиков. Уравнения записываются в виде:

Пребразуя эти уравнения, можно получить зависимость меящу прочностью на одноосное сгатие , прочностью на одноосное

растяжение и сопротивлением срезу С0 при б' = 0:

Зависимости ТГ ®Т!Г(1Д) и V = У(Ц) принято описывать также линейными уравнениями. На начальном этапе нагружения зависимость между касательными напряжениями и сдвиговыми деформациями записывается дТГ= Н^йЦ , вертикальные деформации направлены вниз (контракция) и записываются как Л V = л Ц . При увеличении касательных напряжений больше критического значения Т№ шлоть до Т = Т'пр указанные зависимости записываются в виде лТ = Ц,-д11 , -лУ=1^ПР-ди (знак "минус" означает, что вертикальные деформации приобретают направление вверх - происходит дилатансия).. При деформациях больше 1/ПР по графикам ТПР = Ф (Г[пр) определяется значение предельного сопротивления сдвигу Тпр и строятся соответствующие графики зависимостей Т-Тг(и} , У"\/(и) .

По предложенным линейным зависимостям ТПР = ТПР(^), СЛР = С(г^), и V3 У(и) были выполнены расчеты нес-

кольких структурных блоков метаморфических сланцев с различной трещановатоотыо и получены графики зависимостей между октаэдри-ческими напряжениями и деформациями для этих скальных блоков с учетом реальной трепиноватости. Результаты расчетов приведены в диссертации.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

I. Главным фактором, определяющим прочность и деформируемость скальных массивов является их трепшноватость. Крупные

трещины является границами мевду структурными блоками, через которые передаются только нормальные снимающие напряжения и касательные, величины которых в значительной степени зависят от сопротивления вдвигающим усилиям по трещинам.

Сопротивление сдвигу по сомкнутым трещинам в значительной степени зависит от характера шероховатости стенок, от высоты зубьев, от прочности породы, от величины сжимающих напряжений и может изменяться в широком диапазона -. от максимального ТгйР (сопротивления срезу) до минимального Т^ (сопротивления сдвигу по гладкому контакту). Уравнение, описывающее сопротивление сдвигу по сомкнутым трещинам, включает три параметра 1оЧ?, С™ ,

Ь ' .

2. Исследования, Бшолненныэ на кафедра МГрОиЙ позволяют сделать вывод, что показатель , трздьлешшй по сдвигу плашек с гладким контакт®!, равен , шрэделелнозд' по испытанию в стабилометре щебня из материала плашек. Вшоднэшшо исследования позволяют сделать вывод, что для определения параметра 'Ц^'-Р в полевых условиях методом сдвига штампов или цадиков необходимы большие деформации до достижения условия с!У/с1и - 0 ;

3. Параметры С^, , характеризующие сопротивление сдвигу по шероховатой поверхности, изменяются в диапазоне от

Сер» Г]«* 0, Г]с0 = 0 в зависимости от шероховатости

(высоты выст£гов) и от величины нормальных напряжений. В полевых условиях, сопротивление сдвигу и соответственно параметра , Ту^ зависят от величины «утиговых перемещений.

4. Сопротивление срезу сплошных образцов, либо сопротивление околу при сдвиге штатов в натурных условиях является максимальным сопротивлением сдвигающим нагрузкам при заданном нормальном напряжении. По результатам выполненных исследований установлена зависимость между сопротивлением срезу С0 при 6" = О и сопротивлением одноосному растяжению .

5. Выполненные исследования показывают, что при определеннее значении нормальных напряжений, равных прочности на одноосное сжатие , сопротивление сдвигу по любой поверхности контакта и сшротивленЬе срезу по сплошному образцу становятся равными одному значению Т^ = Яс . Соответственно величина

Тт может быть принята как параметр, характеризующий прочность скального массива.

6. С учетом экспериментально установленного параметра Тт ,

при котором 6" = , О, Г^ = О предложена новая методика обработки результатов испытаний на сдвиг. Сопротивление сдвигающим нагрузкам представлено в виде зависимости от параметра 1]^. Функция Т= ^(гу шеет два критерия Т~=Гт при Г] = О и Т = 0 при = . Нелинейность фунции §=(/}<„) ,т.е.

параметр к зависит от отнотения ЯР/С0 или С0/Я?с .Сопротивление сдвигу может быть также определено зависимостью вида Т^ = ^Н^]; с уменьшением сдвиговых деформаций или уменьшением высоты выступов параметр $ уравнения возрастает.

При действии ежшавдих нормальных напряжений, т.е.. в пределах изменения от Т = С0 до Т = Тт зависимоотьТ^ Ф(^)можно принять линейной без внесения больших погрешностей в расчетах. Линеаризация зависимостей Ту = & (?[<%)> Са= 77^) позволяет по минимальному количеству испытаний для каждой опытной площадки описать зависимость сопротивления сдвигающим нагрузкам от нормальным напряжений и от сдвиговых деформаций.

7. Совместный анализ результатов выполненных лабораторных исследований и испытаний штампов в натурных условиях позволил разработать модель для списания деформаций в трещиноватом охальном массиве при изменении напряжений. Эта модель позволяет в пгарокта диапазоне б" описать зависимости Т=Т(и), V =У(и), V = V(о) для иероховаткх трещин. С помощью предложенных моделей рассчдтнваются роалышэ трещиноватые скальшэ структурные блоки.

Подписью к печати 11.05.94 Объем 60x84 1/16 Печать офсетная 'Л-03 Объем I уч.-нэд. л. Тирсл 100 3"казЖ/ БссЛлатно

Московски!! госудсрстсешшй строительный унллорситпт. Типография 1.ТСУ. 129337, Москва, Ярославское п., 26