Виявлення закономірностей формування і розрахунок поперечних нормальних напружень у зразках гірських порід з урахуванням внутрішнього і зовнішнього тертя. Розробка математичної моделі розрахунку міцності зразків гірських порід при одноосьовому стисканні.
При низкой оригинальности работы "Визначення впливу внутрішнього і зовнішнього тертя гірських порід на їх міцність при одноосьовому стисканні", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Одним з основних параметрів, з яким порівнюють результати розрахунку напружено-деформованого стану масивів гірських порід і руйнування їх виконавчими органами машин, є межа міцності гірських порід при одноосьовому стисканні. Межа визначається згідно ГОСТУ 21153.2.-84, за яким експериментатори для забезпечення паралельності контактних площин зразків змушені здійснювати їх шліфування, тому в значеннях межі міцності гірських порід участь зовнішнього тертя незначна (при коефіцієнті зовнішнього тертя до 0,25), хоча в фактичних умовах коефіцієнти зовнішнього тертя досягають значень одиниці, що звичайно, не може не відображатися на оцінці реального значення межі міцності порід в гірському масиві. В якій мірі внутрішнє і зовнішнє тертя гірських порід, кожне окремо і спільно, впливають на їх міцність до цих пір залишається невідомим. Звязок роботи з науковими програмами, планами і темами: дисертаційна робота виконана в рамках держбюджетних тем Інституту геотехнічної механіки НАН України 1.3.5.30 “Розробити наукові основи руйнування гірських порід тангенційними інструментами з використанням енергії гірських масивів і створити виконуючі органи нового технічного рівня для прохідничих комбайнів”, 1.3.5.64 “Математичні моделі і методи розрахунку напружено-деформованого стану та стійкості масиву армованих гірських порід” і 1.3.5.74 “Механіка гірських порід, техніка і технологія добування вугілля високонавантаженими лавами”, в яких автор є виконавцем. Ідея роботи полягає у використанні основних властивостей ліній ковзання для визначення впливу внутрішнього і зовнішнього тертя гірських порід на їх міцність при одноосьовому стисканні.В аналітичних виразах розрахункових методів для оцінки напружено-деформованого стану масивів гірських порід, які потребують введення в формули цілого ряду показників міцності та деформації, серед яких є і межа міцності. Великий внесок в розвиток теоретичних та експериментальних методів напружено-деформованого стану гірських порід та розрахунку в них напружень зробили вчені інститутів ДГМІ, ДДТУ, Донвугі, ІГТМ НАНУ, ІГС ім. На основі аналізу робіт, присвячених методам розрахунку напружено-деформованого стану масивів гірських порід, закономірностям руйнування та випробовуванням їх зразків сформульовані мета та задачі дослідження, що наведені у загальній характеристиці роботи. Математична модель розрахунку поздовжніх і поперечних нормальних напружень з урахуванням контактного і внутрішнього тертя гірських порід розроблена і базується на використанні властивостей ліній максимальних дотичних напружень, які дозволяють одержати умови граничного стану, що звязують поздовжні та поперечні напруження уу і ух з відомими характеристиками матеріалу: коефіцієнтами внутрішнього і контактного (зовнішнього) ? тертя та значенням ефективного дотичного напруження, яке дорівнює значенню в граничному стані опору матеріалу на зсув від зчеплення kn і виражається згідно критерію Кулону рівністю Рівняння (10) дозволяє розраховувати весь спектр значень поперечних нормальних напружень, що спостерігаються в експериментах: розтягуючих, стискаючих, менших за поздовжні, і стискаючих, що рівні поздовжнім, в залежності від фізико-механічних характеристик гірських порід і стискаючого поздовжнього навантаження.В дисертації дано теоретичне узагальнення і рішення наукової задачі, яка має важливе теоретичне і практичне значення і полягає у визначенні впливу внутрішнього і зовнішнього тертя гірських порід на їх міцність при одноосьовому стисканні. Уперше виявлені закономірності формування поперечних напружень в гірських породах: - критерієм гідростатичного стану є рівність між косинусом кута внутрішнього тертя і відношенням значень контактного тертя до опору матеріалу зсуву, яке складається з опору зсуву матеріалу і внутрішнього тертя,; гідростатичний стан в гірських породах виникає при значенні коефіцієнта контактного тертя, який дорівнює сумі синуса кута внутрішнього тертя і відношення значення опору матеріалу зсуву до поздовжнього напруження, помноженому на косинус цього кута. Дістало подальшого розвитку векторне представлення поперечних нормальних напружень в гірських породах, яке полягає у побудові сумарного вектора сил, які діють на гранях трикутного елемента. Уперше розроблена математична модель розрахунку межі міцності зразків гірських порід при одноосьовому стисканні, яка базується на теорії ліній ковзання, які визначається межею опору матеріалу зсуву, коефіцієнтами внутрішнього і контактного тертя.
План
Основний зміст роботи
Вывод
В дисертації дано теоретичне узагальнення і рішення наукової задачі, яка має важливе теоретичне і практичне значення і полягає у визначенні впливу внутрішнього і зовнішнього тертя гірських порід на їх міцність при одноосьовому стисканні.
Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному: 1. Уперше розроблена математична модель розрахунку поздовжніх і поперечних нормальних напружень в гірських породах з урахуванням контактного і внутрішнього тертя;
2. Уперше виявлені закономірності формування поперечних напружень в гірських породах: - критерієм гідростатичного стану є рівність між косинусом кута внутрішнього тертя і відношенням значень контактного тертя до опору матеріалу зсуву, яке складається з опору зсуву матеріалу і внутрішнього тертя,;
- гідростатичний стан в гірських породах виникає при значенні коефіцієнта контактного тертя, який дорівнює сумі синуса кута внутрішнього тертя і відношення значення опору матеріалу зсуву до поздовжнього напруження, помноженому на косинус цього кута.
3. Дістало подальшого розвитку векторне представлення поперечних нормальних напружень в гірських породах, яке полягає у побудові сумарного вектора сил, які діють на гранях трикутного елемента.
4. Уперше розроблена математична модель розрахунку межі міцності зразків гірських порід при одноосьовому стисканні, яка базується на теорії ліній ковзання, які визначається межею опору матеріалу зсуву, коефіцієнтами внутрішнього і контактного тертя.
5. Уперше виявлено, що зміцнення зразків гірських порід за межею пружності відбувається за рахунок виникнення у вершині тріщини поперечних стискаючих нормальних напружень внаслідок дії дотичних напружень зовнішнього тертя.
6. Виявлена лінійна залежність межі міцності зразків гірських порід від межі опору матеріалу зсуву при наявності внутрішнього і зовнішнього тертя.
7. Розроблений метод розрахунку межі міцності гірських порід на одноосьове стискання, збіжність результатів якого з експериментальними даними складає в основному 80% і більше.
8. Збільшення міцності зразків гірських порід, напевне встановлено, викликано наявністю внутрішнього тертя.
Наявність внутрішнього тертя, при зростанні значення його коефіцієнта до одиниці, збільшує межу міцності зразків гірських порід до 2,5 разів, наявність зовнішнього тертя, у гідростатичному стані зразків і тих же значеннях коефіцієнта внутрішнього тертя - у 1,4-1,7 разів.
9. Рекомендації використання результатів виконаних досліджень зводяться до наступного: - математичну модель розрахунку і закономірності поздовжніх і поперечних нормальних напружень рекомендується використовувати для пояснення особливостей виявлення гірського тиску і розробки теорії способів боротьби з ними, а також при обчисленні параметрів напружено-деформованого стану масиву при видобутку корисних копалин і проведенні підготовчих виробок, виборі їх параметрів, які забезпечують їх найменшу навантаженість при їх експлуатації;
- опис математичних моделей розрахунку поздовжніх і поперечних напружень і межі міцності на одноосьове стискання гірських порід рекомендується використовувати в навчальних курсах “Механіка гірських порід” і “Механіка грунтів”.
10. На основі проведених досліджень автором дисертації розроблена “Методика розрахунку горизонтальних напружень в масивах гірських порід”, яка використовується при практичних розрахунках інститутами МАКНДІ, УКРНДМІ і акціонерною компанією “Укррудпром”, а також “Методика визначення впливу внутрішнього і зовнішнього тертя гірських порід на їх межу міцності при одноосьовому стисканні”, яка може бути використана безпосередньо на підприємствах для визначення міцності порід.
Список опублікованих наукових праць, що відображають основні положення дисертації
1. Aaneeuaa A.E. ?an?ao oaaeuiiai aaaeaiey ia ia?acou ai?iuo ii?ia i?aaeeuiie oi?iu i?e eo ?acaaaeeaaiee // Aaioaoie?aneay iaoaieea. Auione ? 8,- Aiai?iiao?iane: EAOI IAI Oe?aeiu, 1998.- N. 163-168.
