Способ определения прочностных характеристик скального массива Советский патент 1990 года по МПК E21C39/00 

Изобретение 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 Р на составляющие.

Способ определения прочностных характеристик скального массива осуществляется следующим образом.

В скальном массиве изготавливают два целика прямоугольного сечения с размерами ai Ы. 32 Ьа. Целики выполняют с напорными поверхностями, имеющими разные углы ,/ наклона к горизонтальной плоскости. При этом напорную поверхность первс.го целика выполняют горизонтальной ( p - 0). Нагружают первый целик до разрушения нагрузкой PI, предельную величину которой фиксируют. Определяют угол щ наклона плоскости скола к горизонтальной плоскости и. с учетом значения расчетного напряжения ар в массиве от проектируемого сооружения, рассчитывают угол по формуле

Оч

4J

piQ-Mg 01 -ta 2 «vl-. - 2 {av arctg

щ}}.:: : ,

изготавливают в массиве второй целик С углом б2 наклона напорной поверхности к горизонтальной плоскости. вто- ройцелик до разрушения н груэкой Р2 и Фик сиоуют предельную величину последней. Жд1пйютугол 02 наклона плоскости скопа втаГо целика к горизонтальной плоско- лтм С учетом результатов испытании пасчиты Тют па%метры сопротивления едви Величину угла V внутреннего трения рассчитывают по формуле 2oa-90 -j62. . Величину сцепления С рассчитывают по

формуле. . ., ,

cosraz sin(a2::

.

Вывод расчетных формул производится

следующим образом.пямкях тео-

Задача рассматривается в рамках тео

рии прочности Кулона-Мора,

T fftg« +

где т д - соответственно сдвигающее и нормальное напряжения.

Разложив действующую на образец разрушающую нагрузку Р на составляю.( P-sin( Находят длину плоскости скола как . Ь cos а

. в соответствии с этим уравнение равновесия по плоскости сдвига имеет вид

Pc PHtg +Cal }

Тв1пСа-Л (. г (3)

COS (X получают значение разрушающей силы

аЬ

Р .Uinf/7- 5pcOS

Разрушение целика происходит при том мин имальном значении РазрУ ающеи

Гт--; : :

142

Q

cos с sin ( - cos («-/3)tg Isln(, СП

СЯ51

15

1ЛЙИ

Sa-Gos2«tg tg H-sln2a(

+ tgv9)0

r tg tg 4-tg2«()0. Из этого следует/

1 +Щ2«Ш.

или окончательно

откуда следует, что

.

(8)

5

.

2а-90Р-.(9)

ЛеваГчасть последнего уравнения -величина постоянная, следовательно, постоянная и его правая часть.

1 -2 Oi const. Для двух опытов

имеют

-J - 1 )o;i ai

2)02 «2 :

«2 «1 + 2

(10)

0

Проведя анализ напряженного состояния грунта по плоскости сдвига для двух

опытов, получаюто п- Pi

дпя1-гоопытаа1 «1 . Pi.

для 2-го опыта ( pz-р Нормальные усилия на плоскости сдви я 1-го опытаРн1 Р1-cos ai .

для 2-го опытаРн2 Рг соз (oz -)- . Нормальные напряжения на плоскости

I

сдвига(аи)

(/н

Рн

PH-COSC; ТГ

Pi-cos«rcosa

для 1-го опытам

(5)

для 2-го опыта

Pa-cosrti cos

-J

ри еи

-

Подставив в последние уравнения значения Pi, в соответствии с формулой (4). получают

для 1-го опыта

C-a-b-cq.a i cosoTTsinai - cos oti tg (f J

C-cos

skToT osai tg

для 2-ГО опыта

c-3-bj;cos «2-cos

БГЩ .-jr

o

tg C1 -

C-cos(asz-)

sin(oa-/) - cosyu-TBjtg

tg(QS-ffl-tg

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

:

tg(«i-f)

откуда

Ой 0-1

tggi-tg

Op

tg(ai-|)-tg

Расчет угла /3 , при котором сжимающее напряжение на поверхности сдвига соответствует заданному расчетному напряжению стр от сооружения, производится следующим образом.

lg(a-if)-iga

откуда, зная , С, (а; Д), можно определить угол ft, обеспечивающий равенство

,

PICOS ai--cos o:itgy arbi tgfa2-/ -tg

PI -cos «1 + a.(ai-|)-F- .

PICOS -tg «1 -tg 2 QI (c:i 4-/ 492 ai + tg «1 tg2 ai

a -bfl -t- tg2 + tg(«1 -)tg2 Откуда окончательно

2{«i-arctg f- ±Ii :l92-j l- a-b-ap-2ai(1+tg2ai)

- n

tgZaTJ

Данный способ обеспечивает создание условий испытаний, близких к натурным.

когда на поверхности сдвига разрушаемого образца обеспечивается напряженное состояние, соответствующее расчетному. При

этом реально учитывается возможная нелинейность зависимости (o ).

Формула изобретения Способ определения прочностных характеристик скального массива, заключающийся в том, что в скальном массиве изготавливают два целика прямоугольного сечения, имеющие разные углы ft , ftz наклона напорной поверхности к горизонтальной плоскости, нагружают их до

разрушения, замеряют разрушающие нагрузки Pi. Р2 и определяют параметры С сопротивления сдвигу скального массива, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определяемых характеристик путем обеспечения на поверхности разрушения напряженного состояния, соответствующего напряженному состоянию в массиве от проектируемого сооружения, напорную поверхность первого целика

выполняют горизонтальной, угол /% наклона напорной поверхности второго целика определяют по формуле

/ 2 ai-arcta г Pi(1+tgai-tg2Q:i) (i 2ia «gt,,p.tg2«,(tg2) tg2a,5

a параметры у и С рассчитывают по формуламy 2ai-QO -ftz,

с ((90°-)l

где «1 , «2 - углы наклона плоскости скола целиков к горизонтальной плоскости,91, bt и а2. Ь2 - размеры напорных сечений целиков:

Ор - расчетное напряжение в массиве

от проектируемого сооружения;

р -угол внутреннего трения скального массива;

С - сцепление.

Горизонталь

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 A₁^.B₁, A₂^.B₂. Выполняют Ц с напорными поверхностями, имеющими разные углы β₁, β₂ наклона к горизонтальной плоскости (ГП). Напорную поверхность первого Ц выполняют горизонтальной (β₁=0). Нагружают первый Ц до разрушения нагрузкой P₁. Определяют угол α₁ наклона плоскости скола к ГП и, с учетом значения расчетного напряжения в СМ от проектируемого сооружения, расчитывают угол β₂ по формуле β₂=2{α₁-ARCTG[P₁(1+TGΑ₁^.TG2Α₁)]:[A₁B₁Σ_PTG2Α₁(1+TG²Α₁)]-1/TG2Α₁}. Изготавливают второй Ц и нагружают его до разрушения нагрузкой P₂ и фиксируют предельную величину последней. Определяют угол α₂ наклона плоскости скола второго Ц к ГП. Величину угла φ внутреннего трения расчитывают по формуле φ=2Α₂-90°-β₂, а величину сцепления C по формуле C={P₂^.COSΑ₂[SIN(Α₂-β₂)-COS(Α₂-β₂)TG(2Α₂-90°-β₂)]}:A₂B₂. Способ обеспечивает создание условий испытаний, близких к натурным, когда на поверхности сдвига разрушаемого образца обеспечивается напряженное состояние, соответствующее расчетному. 3 ил.

0US.1

ФЦЁ.З