ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ Главная

Назад


О подобии деформирования твердых тел

Источник: А.Н. Шашенко, Е.А. Сдвижкова, С.В. Кужель "Масштабный эффект в горных породах: Монография." - Д.: АРТ-ПРЕСС, 2004. - 134 с.

При решении задач геомеханики, исследованиях устойчивости выработок, расчетах крепи первостепенное значение имеют оценки предельного состояния породного массива, которые зависят от трех показателей: предела прочности на одноосное сжатие Rс, предела прочности на одноосное растяжение Rp, и предела прочности на сдвиг Rt. Три предела прочности связаны между собой зависимостью
22
что говорит о некоторой общей физической природе, лежащей в основе прочности любых твердых материалов, в том числе и горных пород.

Приведенная зависимость позволяет вместо трех пределов прочности использовать два - на сжатие и растяжение. В теориях прочности обычно применяют предел прочности на одноосное сжатие Rс и отношение 23 , как показатель пластичности материала. Это обстоятельство позволяет выделить предел прочности на одноосное сжатие как основную прочностную характеристику при описании разрушения горных пород и вообще любых твердых тел.

Испытания образцов пород для определения предела прочности на одноосное сжатие производятся в соответствии с существующим стандартом. Переход от результатов таких испытаний к прочности пород массива является сложной задачей. Объясняется это тем, что образцы горных пород имеют ограниченные размеры и не воспроизводят всей сложности структурного строения и тектонических нарушений, имеющихся в больших породных массивах. Эта задача связана с масштабным эффектом и является предметом серьезных исследований в механике горных пород.

Закон подобия деформирования твердых тел впервые был установлен В.П. Кирпичевым в 1874 г. на основе теоретических исследований закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния при нагружении геометрически подобных объектов.

Подобным называют такое деформирование, при котором отношением линейных деформаций геометрически подобных тел равно отношению их линейных размеров.

Из закона подобия следует, что отношение необходимых усилий для создания таких деформаций должно равняться квадрату линейных соотношений. Учение В.П. Кирпичева о пропорциональности механических изменений в геометрически подобных телах, как отмечает Б.Б. Чечулин, было развито впоследствии в работах Барба и Фр. Кика.

Н.Н. Давиденковым было выполнено подробное исследований условий, при которых должен выполняться закон подобия В.П. Кирпичева.

Примерно в это же время И. Баушингер, анализируя результаты испытаний на прочность образцов песчаника, самостоятельно приходит к выводу, что «геометрически подобные тела из одинакового материала в одинаковых условиях при одинаковых напряжениях имеют одинаковое временное сопротивление».

Установление закона подобия деформирования при нагружении геометрически подобных твердых тел имело большое значение при выполнении практических расчетов на прочность элементов сложных конструкций, позволяя использовать удельные характеристики материала, такие, например, как предел прочности на одноосное сжатие, растяжение, сдвиг и т.п.

Непременным условием, которое должно обеспечивать подобное деформирование, является идеальная однородность и изотропность материала сравниваемых геометрически подобных тел. Реальные же материалы и среды, с которыми сталкивается человек в своей деятельности, чаще всего обладают определенной неоднородностью внутреннего строения (структуры). В связи с этим и некоторыми другими причинами практический опыт получения удельных характеристик различных материалов на геометрически подобных образцах показал, что наряду с фактами, подтверждающими закон подобия, имеет место и существенное отклонение от него. Особенно велико оно при испытаниях горных пород, обладающих значительной неоднородностью структуры.


ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ> Главная