Построение паспорта прочности горной породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Тема: Построение паспорта прочности горной породы

Цель работы - построение паспорта прочности горной породы и определение как графически, так и расчетным способом таких параметров как сцепление, угол внутреннего трения, границу предельного равновесия породы.

Поставленная цель достигается последовательным решением следующих задач:

1) построить паспорт прочности горной породы при объемном сжатии, одноосном сжатии и растяжении графическим способом;

2) построить паспорт прочности горной породы при срезе со сжатием, одноосном сжатии и растяжении графическим способом;

3) построить паспорт прочности горной породы по данным определения пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении расчетным способом.

Ход выполнения работы

Теоретические сведения для выполнения работы

Паспорт прочности горной породы - это кривая, огибающая предельные круги напряжений Мора в координатах (нормальные) и (касательные напряжения). Огибающая кривая (или паспорт прочности) соответствует состоянию предельного равновесия породы.

Предельный круг Мора (предельное напряженное состояние) достигается при соотношении наибольшего и наименьшего главных нормальных напряжений и его радиус

имеет координаты центра

.

На рис. 1 приведены наиболее характерные круги Мора, огибающая их кривая и обозначены основные параметры, определяемые по паспорту прочности. прочность горный порода сжатие

Рисунок 1 - Паспорт прочности горной породы:

1 - круг одноосного растяжения; 2 - круг одноосного сжатия; 3 - круг объемного сжатия

Для получения паспорта прочности в виде кривой возможно применение несколько методов.

Метод построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при объемном сжатии, одноосном сжатии и растяжении

Для построения паспорта горных пород используют результаты определения пределов прочности при объемном сжатии не менее чем при трех различных значениях бокового давления.

Для построения необходимо:

а) По совокупности значений и бокового давления построить семейство полуокружностей с радиусами с координатами центров

;

б) построить семейство полуокружностей радиусами и с координатами центров

и ;

в) провести кривую, объединяющую все окружности.

Метод построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при срезе со сжатием, одноосном сжатии и растяжении

Для построения необходимо:

а) по совокупности парных значений и , определенных по ГОСТ 21153.5-88, нанести точки 1, 2 и 3, соответствующие углам = 25°, 35° и 45° в соответствии с рис. 2;

б) к семейству точек добавить полуокружности одноосного растяжения и сжатия (радиусы и , координаты центров и );

в) построить плавную кривую, огибающую полуокружности и проходящую через точки 1, 2, 3.

Рисунок 2 - Паспорт прочности по данным определения пределов прочности при срезе со сжатием, одноосном сжатии и растяжении

Расчетный метод построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении

Данный метод предусматривает определение координат точек огибающей расчетным путем по эмпирическому уравнению (1) с использованием данных определения пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении .

Метод применим в диапазоне нормальных напряжений , не превышающих значения 1,5.

1. Эмпирическое уравнение огибающей кривой предельные круги напряжений Мора (ф) принимают в виде

.

где - максимальное сопротивление породы срезу (сдвигу), при гипотетически полностью закрывшихся под действием нормального давления трещинах и порах (см. рис. 3);

- нормальное напряжение относительно начала координат, перенесенного в точку пересечения огибающей кривой;

а - параметр формы огибающей кривой.

Рисунок 3 - Паспорт прочности, который построен расчетным способом

2. Определение координат точек огибающей кривой

В исследованиях проф. Протодьяконова М.M. установлено, что для ряда горных пород Донбасса отношение сохраняется примерно постоянным и равным 0,73. Такое постоянство отношения указывает на то, что огибающие разлитых пород подобны по форме и различается лишь масштабом и расположением кругов Мора.

Для удобства расчета, уравнение огибающей кривой представляют в безразмерных координатах и , которые связанные соотношением (2)

.

3. Вводят безразмерные радиусы предельных кругов Мора для одноосного растяжения и одноосного сжатия и, используя отношение , а затем последовательно вычисляют:

- значение параметра формы огибающей

- значение параметра переноса начала координат

где значения и определяют по табл. 1 для соответствующего значения отношения (промежуточные значения определяют интерполяцией).

Таблица 1 Значения расчетных параметров

На контуре выработки значение у определяется по формуле

где - максимальный коэффициент концентрации напряжений на контуре выработки

Согласно ГОСТ 21153.8-88, данный метод построения паспорта применим в диапазоне нормальных напряжений .

4. Вычисляют координаты и отдельных точек огибающей:

.

5. Значения безразмерных координат К и l принимают по табл. 2. При этом сначала определяют граничное значение К обратным пересчетом по величине наибольшего напряжения у, которым должна быть задана, в зависимости от решаемой задачи, верхняя граница диапазона построения паспорта прочности

.

Количество точек для построения огибающей должно быть не менее десяти, в том числе не менее двух точек должны иметь координаты области растяжения.

Результаты вычислений координат точек огибающей представляют в виде таблицы.

6. По совокупности парных значений и в координатах - наносят семейство точек, которые соединяют плавной кривой в соответствии с рис. 3.

Контроль правильности построения кривой выполняют построением кругов Мора при растяжении и сжатии. Если окружности касаются огибающей кривой, то построения выполнены правильно.

Таблица 2 Безразмерные координаты для построения паспорта прочности

7. Предельное сопротивление срезу (сцепление ) определяют как ординату точки пересечения огибающей с осью , а соответствующий угол трения , как угол наклона касательной nn к кривой в этой точке. Условное сцепление С в любой точке огибающей кривой определяют как ординату точки пересечения касательной к огибающей в точке (, ) с осью ; угол внутреннего трения как угол между этой касательной и осью :

Условное сцепление в заданном диапазоне напряжений () или () определяют как ординату точки пересечения прямой, проведенной через соответствующие точки огибающей, с осью согласно рис. 3, а соответствующий угол внутреннего трения как угол между этой прямой и осью

Контрольные вопросы

1. Что такое коэффициент сцепления?

2. Дайте определение понятию «паспорт прочности горной породы».

3. Какие основные параметры определяются по паспорту прочности горной породы?

4. Охарактеризуйте три способа построения паспорта прочности горных пород.

Исходные данные для выполнения работы

Оценивание практического занятия

Объективная оценка результатов решения задач возможна (как и любое другое измерение) лишь при их сопоставлении с эталонами - образцами правильных и полных решений (ответов).

Оценивание результатов практических занятий осуществляется по 100 балльной шкалой следующим образом:

1 вопрос (по работе) - 30 баллов;

2 вопрос (по работе) - 30 баллов;

3 вопрос (из расчетов) - 40 баллов.

Критерии определения оценок:

«Отлично» - больше 90;

«Хорошо» - 75-90 баллов;

«Удовлетворительно» - 60-74 баллов;

«Неудовлетворительно» - до 60 баллов.

Необходимо учитывать способность студента:

§ дифференцировать, интегрировать и унифицировать знание;

§ применять правила, методы, принципы, законы в конкретных ситуациях;

§ интерпретировать схемы, графики, диаграммы;

§ анализировать и оценивать факты, события и прогнозировать ожидаемые результаты от принятых решений;

§ излагать материал на бумаге логически, последовательно, с соблюдением требований действующих стандартов.

Размещено на Allbest.ru