Теоретические и экспериментальные аспекты пластического деформирования и разрушения горных пород

А. В. Жабко 

Жабко А. В. Теоретические и экспериментальные аспекты пластического деформирования и разрушения горных пород // Известия УГГУ. 2018. Вып. 1(49). С. 68–79. DOI 10.21440/2307-2091-2018-1-68-79

Актуальность работы. Основным процессом в горном деле является процесс разрушения горных пород, поэтому установление закономерностей и критериев пластического деформирования и разрушения горных пород является главнейшей и основополагающей задачей.

Цель работы. Работа посвящена установлению закономерностей пластического деформирования горных пород (твердых тел).

Методы исследования. В работе широко используются аналитические и экспериментальные методы исследований.

Результаты. На основании ранее выполненных автором исследований в работе предлагаются функции поверхности текучести и пластического потенциала. Предельной поверхностью для данных функций является поверхность предела прочности твердых тел (горных пород), описываемая известным критерием Кулона. Указывается на принципиальное сходство предлагаемого критерия пластического деформирования и прочности горных пород с критерием Мора, законом сухого трения Амонтона. Показана возможность применения предлагаемого критерия в качестве паспортной зависимости, причем параметрами данной зависимости выступают характеристики прочности горных пород на срез – сцепление и угол внутреннего трения. В работе дано сравнение предлагаемого теоретического критерия пластичности и прочности с данными экспериментальных исследований в условиях объемного напряженного состояния. Приводится детальный анализ сопоставления теоретических и экспериментальных данных, делаются соответствующие выводы. На основе полученного ранее автором критерия устойчивости откосов выведена аналитическая зависимость, определяющаязначение фундаментального параметра иерархии при сдвиговой и разрывной деструкции горных массивов. Указывается на связь данного параметра иерархии с так называемым числом Фидия, определяющим «золотое соотношение». Предложена зависимость для расчета масштабного фактора явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг выработок. Дана физическая интерпретация предлагаемым зависимостям для определения фундаментального параметра иерархии горных массивов и масштабного фактора явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг выработок в сильнонапряженных горных массивах. Указывается на связь данных параметров с константами, характеризующими орбитальные расстояния планет Солнечной системы.

Выводы. В работе дано экспериментальное подтверждение ранее предложенной теории пластического деформирования и разрушения горных пород, приводятся некоторые теоретические аспекты в продолжение упомянутой теории.

Ключевые слова: функция пластического потенциала; критерий прочности горных пород; критерий Кулона; критерий пластичности; главные напряжения; предел прочности; упрочнение; параметр упрочнения; пластическое деформирование; дилатансия; фундаментальный параметр иерархии; масштабный фактор зональной дезинтеграции горных пород; паспортная зависимость.

ЛИТЕРАТУРА

1. Жабко А. В. Предельное напряженное состояние горных пород // Изв. вузов. Горный журнал. 2015. № 5. С. 50–55.
2. Жабко А. В. Законы пластического деформирования и деструкции твердых тел // Изв. УГГУ. 2017. № 2 (46). С. 82–87.
3. Жабко А. В. Прочность континуума (твердых тел) // Изв. вузов. Горный журнал. 2017. № 4. С. 47–55.
4. Ставрогин А. Н., Тарасов Б. Г., Ширкес О. А., Певзнер Е. Д. Прочность и деформация горных пород в допредельной и запредельной областях // ФТПРПИ. 1981. № 6. С. 3–11.
5. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. М.: Недра, 1985. 271 с.
6. Карташов Ю. М., Матвеев Б. В., Михеев Г. В. и др. Прочность и деформируемость горных пород. М.: Недра, 1979. 269 с.
7. Ставрогин А. Н., Тарасов Б. Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб.: Наука, 2001. 343 с.
8. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел / пер. с англ.; под ред. Г. С. Шапиро. М.: ИЛ, 1954. 648 с.
9. Одинцев В. Н. Отрывное разрушение массива скальных горных пород. М.: ИПКОН РАН, 1996. 166 с.
10. Морозов Е. М., Фридман Я. Б. Траектории трещин хрупкого разрушения как геодезические линии на поверхности тела // ДАН СССР. 1961. Т. 139, № 1. С. 87–90.
11. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Пластичность горных пород. М.: Недра, 1979. 301 с.
12. Kiyoo Mogi. Experimental rock mechanics. London: Taylor & Francis Group, 2007. 361 р.
13. Садовский М. А. Естественная кусковатость горной породы // ДАН СССР. 1979. Т. 247, вып. 4. С. 829–831.
14. Куксенко В. С., Инжеваткин И. Е., Манжиков Б. Ц. и др. Физические и методические основы прогнозирования горных ударов // ФТПРПИ. 1987. № 1. С. 9–22.
15. Опарин В. Н., Курленя М. В. О скоростном разрезе Земли по Гутенбергу и возможном его геомеханическом объяснении. Ч. I. Зональная геодезинтеграция и иерархический ряд геоблоков // ФТПРПИ. 1994. № 2. С. 14–26.
16. Чечельницкий А. М. Законы орбитальных расстояний, Тициуса–Боде и постоянная тонкой структуры – как микро и мегапараметр волновой Вселенной. URL: http://lib.uni-dubna.ru
17. Шемякин Е. И. О свободном разрушении твердых тел // ДАН СССР. 1988. Т. 300. С. 1090–1094.
18. Жабко А. В. Теория расчета устойчивости откосов и оснований. Общая теория расчета устойчивости однородных откосов // Изв. УГГУ. 2016. № 1(41). С. 72–83.
19. Курленя М. В., Опарин В. Н. О масштабном факторе явления зональной дезинтеграции горных пород и канонических рядах атомно-ионных радиусов // ФТПРПИ. 1996. № 2. С. 3–14.
20. Курленя М. В., Опарин В. Н. Проблемы нелинейной геомеханики // ФТПРПИ. 1999. № 3. С. 12–26.
21. Опарин В. Н. Масштабный фактор явления зональной дезинтеграции горных пород и стратификация недр Луны по сейсмическим данным // ФТПРПИ. 1997. № 6. С. 3–17.
22. Кашубин С. Н., Виноградов В. Б., Кузин А. В. Физика Земли / под ред. В. В. Филатова. 2-е изд., испр. и перераб. Екатеринбург: УГГУ, 2005. 188 с.
23. Чанышев А. И., Куренкеева Б. О. К вопросу построения паспортных зависимостей для горных пород // Проблемы и перспективы развития горных наук: сб. статей междунар. конф. (1−5 нояб.2004 г.). Новосибирск, 2004. С. 308−312.