Разработка методов определения физических параметров, характеризующих разрушение горных пород

• Автор: Ефимов, Виктор Прокопьевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 274 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ исследований по длительной прочности хрупких сред.
Трещиностойкость и прочность горных пород при неоднородном напряженном состоянии. Современное состояние вопроса
1.1. Механическая и кинетическая концепции прочности
1.2. Развитие кинетических, термофлуктуационных представлений о
природе прочности
1.3. Прочность твердых сред в условиях неоднородного поля напряжений
1.4. Трещиностойкость хрупких сред. Закономерности распространения трещин
1.4.1. Измерение трещиностойкости
1.4.2. Стандарты измерения трещиностойкости
1.4.3. Закономерности распространения трещин
1.5. Задачи диссертационной работы
Глава 2. Исследование длительной прочности хрупких материалов и
горных пород
2.1. Кинетическая концепция прочности Журкова С.Н
2.2. Безопасное напряжение в кинетической модели прочности. Диапазон напряжений, где применима формула долговечности Журкова С.Н
2.3.Методика определения постоянных, входящих в уравнение долговечности
2.3.1. Методика испытаний
2.3.2 Обработка результатов
2.3.3. Апробация методики на горных породах и моделирующих их средах
2.3.4. Применение методики к одноосному сжатию горных пород
2.3.5. Сопоставление полученных данных с испытаниями при постоянном

напряжении
2.4. О справедливости критерия суммирования повреждений
2.5. Связь начальной энергии активации разрушения с трещиностойкостью горных пород
Заключение по главе
Глава 3. Разрушение горных пород в неоднородных полях напряжений
3.1. Определение структуры среды
3.2. Характеристика неравномерности поля напряжений Ье
3.3. Измерение прочности горных пород на растяжение методом “бразильская проба”. Соотношение получаемых величин с прочностью
на одноосное растяжение
3.4. Измерение прочности горных пород трех- и четырехточечным изгибом
3.4.1. Соотношение прочности на трех- и четырехточечный изгиб
3.4.2. Расчет максимальных напряжений по измеренным значениям изгибающего момента с учетом нелинейного характера эпюр напряжений
3.4.3. Применение статистического подхода Вейбулла к анализу прочности испытанных горных пород
3.4.4. Расчет изгибной прочности горных пород с применением нелокальных критериев разрушения
3.5. Определение прочности горных пород на растяжение по измеренным значениям изгибной прочности
3.6. Модифицированный метод “бразильская проба”. Учет концентрации поля
напряжений при испытаниях дисковых образцов с осевым отверстием
3.6.1. Экспериментальные результаты измерения прочностей образцов
с центральным осевым отверстием

3.6.2. Расчет прочности образцов с осевым отверстием при применении нелокальных критериев разрушения
3.6.3. Сравнение полей напряжений при раскалывании по образующей сплошных кернов и образцов с осевым отверстием
Заключение по главе
Глава 4. Измерение трещиностойкости хрупких материалов
4.1. Методы определения трещиностойкости
4.2. Определение трещиностойкости хрупких сред методом расклинивания компактного образца
4.2.1. Анализ процесса расклинивания на основе метода податливостей
4.2.2. Численное решение задачи о нагружении сосредоточенными силами квадратного образца с разрезом
4.2.3. Экспериментальное определение коэффициентов матрицы податливости квадратного образца с разрезом
4.2.4. Энергетический баланс при расклинивании
4.2.5. Учет вертикальной компоненты расклинивающей силы
при определении коэффициента интенсивности напряжений
4.3. Методика определения удельной поверхностной энергии разрушения
4.3.1. Статические испытания
4.3.2. Определение динамической трещиностойкости
4.4. Определение критического коэффициента интенсивности напряжений силовым способом
4.5. Определение коэффициентов интенсивности напряжений с помощью оптического метода каустики
4.5.1. Основные принципы и соотношения
4.5.2. Определение трещиностойкости в динамическом режиме
4.5.3. Методические вопросы определения Kj по теневым картинкам
4.5.4. Статические эксперименты
4.5.5. Динамические эксперименты

(1.9)
"Необходимо отметить, что точность определения Сс обычным способом (имеется в виду стандартная процедура трехточечного изгиба или разрыва образца с односторонним разрезом [174]) меньше, чем в случае измерения податливости" [173]. В статье [174] отмечается, что величины, полученные измерением податливости и найденные численными расчетами по методу коллокаций, хорошо согласуются между собой и отличаются одна от другой не более чем на 3% для образцов, испытываемых на разрыв с односторонним краевым разрезом. Такое же согласие имеет место и в случае изгиба образцов с разрезом.
В связи с развитием концепций использования величин трещиностойкости К]а и К]т для исследования материалов, чувствительных к скорости нагружения, применяются образцы типа двухконсолыюй балки (ДКБ). Зависимость интенсивности выделения упругой энергии для образцов такого типа в зависимости от длины трещины Ь задается следующим выражением [182]:
где к - толщина, I) - высота плеча. Поправочный коэффициент Ь0 находят при помощи нескольких прямых измерений податливости С(Ь). Поскольку податливость такого образца сравнительно велика, аккуратная тарировка аппаратуры с целью повышения точности измерений не вызывает затруднений. Выражение (1.10) показывает, что этот тип образцов позволяет управлять величиной О (то же для К), что и послужило их широкому применению. Обратив внимание на тот факт, что если зависимость (7 (или К) от размеров балки, определяющих ее жесткость, подобрать таким образом, чтобы коэффициент при Р2 оставался постоянным в формуле (1.9), то (7 (или К) для такого образца будет зависеть только от приложенной нагрузки Р. Это дает возможность исследовать рост трещины при постоянном значении К. Мостовой и др. в [185] предложили в качестве такого образца образец в форме двухконсольной балки переменной высоты О. При исполь-
(1.10)