Какие параметры входят в коэффициент надаи лоде для напряженного и деформированного состояний

коэффициент Лоде-Надаи

Смотреть что такое “коэффициент Лоде-Надаи” в других словарях:

коэффициент эффективности — [efficiency factor] относительный качественный показатель, характеризующий достигнутый уровень экономической эффективности; отношение экономического результата (например, суммы прибыли или экономии от снижения себестоимости продукции и т. п.).… … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент циклической перегрузки — [cyclic overload ratio] отношение приложенного напряжения (I.) к пределу выносливости материала (образца, полуфабриката, изделия); Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент форсирования — [boosting ratio] отношение максимальной тепловой мощности к средней в печах периодического действия; Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент температурный коэффициент сопротивления … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент уширения — [spread ratio] показатель деформации, равный отношению ширины полосы после деформации к ее ширине до деформации; Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент температурный … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент усадки — [shrinkage ratio] показатель линейной усадки в разных направлениях при изостатическом или квазиизостатическом прессовании, выражающий отношение исходных размеров порошковой засыпки к соответствующим полученным размерам прессовки. Коэффициент… … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент упрочнения — [strengthening coefficient] отношение напряжения текучести металла (σт) после окончательного деформирования к напряжению текучести металла в момент начала процесса; зависит от степени и скорости деформации; Смотри также: Коэффициент… … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент уплотнения — [compaction ratio] показатель уплотнения (1.), выражающий отношение плотности прессовки к плотности свободно насыпаемого в пресс форму порошка: К= γпр/γп; определяет прочность порошковых заготовок. Минимальное значение коэффициента уплотнения для … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент трехосности напряженного состояния — [triaxial stress coefficient] отношение среднего нормального напряжения к наибольшему по модулю главному нормальному напряжению; изменяется от 1 до +1; Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент трения — [friction factor] отношение силы трения к силе нормального давления, например, при прокатке, волочении, прессовании и других видах обработки металлов; обозначется f и изменяется в достаточно широких пределах. Так, при прокатке f= 0,03 0,5. В… … Энциклопедический словарь по металлургии

коэффициент теплопроводности — [thermal conductivity] коэффициент пропорциональности между плотностью теплового потока и вызвавшим его градиентом температур; отношение произведенного количества тепла на толщину стенки к произведению площади поперечного сечения поверхности… … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

Главные и эквивалентные напряжения

Рис. 1. Компоненты напряжений

Рис. 2. Напряжения на произвольной площадке

Приведем некоторые основные положения теории на­пряжений, излагаемые обычно в курсе теории упругости или учебниках сопротивления материалов.

Если выделить из тела в окрестности некой точки (рис. 1) элементарный объем в виде бесконечно малого па­рал­лелепипеда, то действие на него окружающей среды можно заменить напряжениями, компоненты которых действуют на грани паралл елепипеда.

В силу закона парности касательных напряжений

В общем случае в точке имеется только шесть независимых компонент напряжений, которые образуют симметричный тензор напряжений

Направляющие косинусы l _k, m _k и n _k нормалей главных площадок ν _k определяются из решения системы уравнений:

ненулевое решение которой существует при равенстве нулю ее определителя.

При этом \( l^2_k + m^2_k + n^2_k = 1 \).

Из (4) следует, что главные напряжения σ_k(k=1,2,3) являются корнями кубического уравнения

Уравнение (5) в развернутой форме имеет вид

а его коэффициенты являются инвариантами (т.е. не зависят от выбора системы координат). Первый инвариант \( I_ <1>(T_ <\sigma >)=\sigma_+\sigma_ +\sigma_ \) равен утроенному среднему напряже­нию (гидростатическому давлению) σ₀.

Направление главных площадок можно определить не только девятью направляющими косинусами, а и тремя эйлеровыми углами (углом прецессии ψ, углом нутации θ и углом чистого вращения φ). С их помощью любая площадка, первоначально расположенная в плоскости, параллельной координатной плоскости (XOY, XOZ или YOZ), может быть установлена в произвольное положение.

Для характеристики напряженно-деформированного состояния (НДС) используется коэффициент Лоде-Надаи

принимающий значения μ₀=1 при чистом сжатии, μ₀=0 при чистом сдвиге, μ₀=-1 при чистом растяжении.

В принятых обозначениях при выводе результатов расчета тензор напряжений (2) в общем случае выглядит как

Источник

показатель напряженного состояния

Смотреть что такое “показатель напряженного состояния” в других словарях:

показатель напряженного состояния — Безразмерная величина для количественной оценки напряженного состояния. Распространены два показателя напряженного состояния: коэффициент жесткости напряженного состояния, отражающего соотношение нормальных и касательных напряжений, и коэффициент … Справочник технического переводчика

ПОКАЗАТЕЛЬ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ — [stress strain curve] безразмерная величина для количественной оценки напряженного состояния. Распространены два показателя напряженного состояния: коэффициент жесткости напряженного состояния, отражающего соотношение нормальных и касательных… … Металлургический словарь

показатель скорости коррозии — [corrosion index] характеристика интенсивности процесса коррозии. Скорость окисления или окалинообразования в основном оценивают по увеличению массы, а скорость растворения (при условии равномерности процессов) по потере массы металла с единицы… … Энциклопедический словарь по металлургии

показатель надежности — [safety factor] количественная характеристика надежности технического устройства. В зависимости от того, сколько свойств характеризуют показатель надежности, он может быть единичным или комплексным. Наиболее часто используются показатели: средняя … Энциклопедический словарь по металлургии

показатель уширения — [spread ratio] показатель соотношения деформации металла по ширине и высоте при прокатке, численно равный отношению абсолютного уширения к абсолютному обжатию. Смотри также: Показатель скоростной показатель деформационного упрочнения … Энциклопедический словарь по металлургии

показатель обогащения — [concentrtaion rate] коэффициент, характеризующий эффективность обогащения и качество концентрата. Показатель обогащения железных руд, при получении только концентратов и хвостов: содержание железа в исходной руде (а) и концентрате (р), а также… … Энциклопедический словарь по металлургии

показатель деформационного упрочнения — [work (strain) hardening value] характеристика прироста или темпа увеличения истинного напряжения. Смотри также: Показатель скоростной … Энциклопедический словарь по металлургии

Показатель — [indicator, index, parameter]: Смотри также: скоростной показатель деформационного упрочнения показатель скорости коррозии … Энциклопедический словарь по металлургии

скоростной показатель деформационного упрочнения — [strain hardening rate] характеристика прироста или темпа увеличения истинного напряжения при изменении скорости деформации, определяет, в частности, возможность проявления сверхпластичности металлов и сплавов. Смотри также: Показатель … Энциклопедический словарь по металлургии

водородный показатель (рН) — [рН value] количественная характеристика кислотности водных растворов, численна равная отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода. Смотри также: Показатель скоростной показатель деформационного упрочнения … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

П 43-89 Рекомендации по определению характеристик реологических свойств скальных и полускальных грунтов методом кольцевого нагружения (мерзлых, оттаявших и немерзлых)

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ
имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
ХАРАКТЕРИСТИК РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
СКАЛЬНЫХ И ПОЛУСКАЛЬНЫХ
ГРУНТОВ МЕТОДОМ КОЛЬЦЕВОГО НАГРУЖЕНИЯ
(мерзлых, оттаявших и немерзлых)

Исходя из пространственного характера напряженного состояния массива, предлагается для определения реологических характеристик метод кольцевого нагружения монолита или массива грунта. Даны научное обоснование метода, конструкции установок, технология ведения экспериментов, результаты обработки материалов испытаний.

Распространение характеристик реологических свойств на отдельные элементы массива горных пород выполняется на основе инженерно-геокриологического моделирования, учитывающего структурно-геологические особенности пород, их криогенное строение и температурный режим. Особо важная роль отводится геофизическим методам исследований.

Рекомендации предназначены для научных работников, проектировщиков, строителей, занимающихся обоснованием, проектированием и возведением подземных гидротехнических сооружений.

Содержание

2. ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

2.1. Характеристики напряженно-деформированного состояния

2.2. Параметры деформируемости и ползучести

2.3. Параметры прочности

2.4. Физические величины

2.5. Геометрические величины

3. ВЫБОР И ПОДГОТОВКА ОПЫТНЫХ УЧАСТКОВ

4. СХЕМЫ ИСПЫТАНИЙ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИИ

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Приложение 1 ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СКАЛЬНЫХ И ПОЛУСКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ МЕТОДОМ КОЛЬЦЕВОГО НАГРУЖЕНИЯ

Приложение 2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОФИЗИКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СКАЛЬНЫХ И ПОЛУСКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ В МАССИВЕ

Приложение 3 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ОПЫТОВ

Приложение 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПОЛУСКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ, ПОЛУЧЕННЫЕ МКН.

Приложение 5 ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Приложение 6 ОБРАБОТКА ФАКТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА О КРИОГЕННОМ СТРОЕНИИ СКАЛЬНЫХ И ПОЛУСКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

Приложение 8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАГРУЗОЧНОГО И ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Приложение 9 Страницы журнала

ПРЕДИСЛОВИЕ

Определение характеристик реологических свойств необходимо для решения основных вопросов проектирования и строительства подземных гидротехнических объектов, в частности:

– для определения типа конструкций и размеров обделок напорных туннелей и шахт;

– для моделирования, в том числе и численного, совместной работы сооружений и массива в сложных инженерно-геологических условиях [ 27, 30, 50];

– при разработке технологии строительства подземных сооружений, включая вопросы их поэтапного возведения;

– для анализа данных натурных наблюдений в процессе строительства и эксплуатации подземного сооружения с целью уточнения прогнозов их работоспособности.

В соответствии с требованиями СНиП 2.06.09-84 «Туннели гидротехнические» характеристики механических свойств грунтов для обоснования проектов подземных гидротехнических сооружений следует определять на характерных инженерно-геологических участках по данным натурных исследований.

В исследованиях отдельных вопросов по теоретическому и экспериментальному обоснованию МКН принимали участие аспиранты кафедры механики грунтов, оснований и фундаментов МИСИ Т.Т. Ахмад, В.А. Козионов, М.В. Королев, А.Б. Лолаев и сотрудники ОНИЛИМЭС канд. геол-мин. наук Н.С. Беспалова, мл. н. сотр. В.П. Колотухин, канд. техн. Наук B.Н. Шрамкова. В ходе подготовки Рекомендаций к изданию большую помощь оказала инженер В.Ю. Матвеева.

При составлении Рекомендаций были учтены замечания и предложения ряда организаций: института Гидропроект им. C.Я. Жука и его филиалов, НИИ оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова, ВНИМИ, ПНИИИС, ВСЕГИНГЕО, ЛГТУ, ЛИСИ, а также специалистов ВНИИГ и кафедры МГрО и Ф МИСИ им. В.В. Куйбышева. При подготовке данной редакции Рекомендаций использованы советы и замечания А.К. Бугрова, О.К. Воронкова, С.Е. Гречишева, Б.Д. Зеленского, Ю.М. Карташова, В.М. Мосткова, М.В. Малышева, А.И. Савича, 3.Г. Тер-Мартиросяна, Е.М. Шафаренко, Р.А. Ширяева, Ю.А. Фишмана.

Рекомендации являются первым нормативно-методическим документом, касающимся вопросов исследования реологических свойств скальных и полускальных грунтов статическим методом применительно к обоснованию проектов подземных гидротехнических объектов в Северной строительно-климатической зоне. В связи с этим не все вопросы в Рекомендациях получили одинаковое освещение. В будущем предполагается обобщить опыт использования описанной методики и учесть его в последующих изданиях Рекомендаций.

Замечания и пожелания просьба направлять в адрес ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева: 195220, Ленинград, Гжатская ул., д.21. Отдел грунтовых плотин и оснований. Рабочие чертежи полевой установки и лабораторных стендов можно получить по адресу: 129336, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, МИСИ им. В.В. Куйбышева, ОНИЛИМЭС.

Энергетики
и электрификации

СССР
Главтехстрой

Рекомендации по определению характеристик реологических свойств скальных и полускальных грунтов методом кольцевого нагружения (мерзлых, оттаявших и немерзлых)

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Рекомендации необходимо использовать при геомеханических исследованиях скальных и полускальных массивов для целей строительства подземных гидротехнических сооружений, возводимых в области распространения многолетней мерзлоты.

Примечания: 1. При пользовании положениями настоящих Рекомендаций следует также соблюдать требования СНиП на проектирование подземных сооружений ( 2.06.09-84), оснований сооружений ( 2.02.01-83, 2.02.02.85) и других общесоюзных и ведомственных нормативно-методических документов, относящихся к вопросу определения механических свойств скальных и полускальных грунтов оснований сооружений и массивов.

2. Основные положения Рекомендаций могут быть использованы для определения реологических свойств скальных и полускальных грунтов вне ССКЗ.

3. Рекомендации не распространяются на определение реологических свойств скальных и полускальных грунтов в процессе их оттаивания.

4. Отнесение грунта к скальному или полускальному выполняется в соответствии с классификацией СНиП 2.02.02-85, а для грунтов, находящихся в мерзлом состоянии, после их оттаивания.

5. В Рекомендациях изложены требования по подготовке и проведению исследований реологических свойств квазиоднородных массивов. При необходимости определения свойств неоднородных массивов этот вопрос решается для условий конкретной строительной площадки на основе составления геомеханической модели исследуемого массива с использованием сейсмических и других методов, исходя из принципиальных положений, данных в работах [ 33, 36, 37, 40, 49].

1.2. Рекомендации распространяются на полевые и лабораторные статические испытания, выполняемые методом кольцевого нагружения, для определения реологических свойств мерзлых, оттаявших и немерзлых скальных и полускальных грунтов, вмещающих подземные гидротехнические сооружения всех классов капитальности.

Внесены Всесоюзным ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом гидротехники им. Б.Е. Веденеева и ОНИЛИМЭС МИСИ им. В. В. Куйбышева

Утверждены ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева решением № 9
от 15 февраля 1989 г.
по согласованию с Главтехстроем

Срок введения 1.01.91.

1.3. Строительство и эксплуатация подземных гидротехнических сооружений приводит к изменению температурного режима, вмещающего сооружение массива, и в результате к его оттаиванию. В связи с этим реологические свойства грунтов следует определять в мерзлом и оттаявшем состоянии [ 17].

1.4. На первых стадиях проектирования реологические свойства указанных грунтов в мерзлом состоянии и после их оттаивания допускается определять в лабораторных условиях по результатам испытания монолитов, отобранных на характерных участках, с сохранением их естественного состояния.

1.5. При наличии определенно выраженных трещин и ослабленных плоскостей в массиве, а также тектонических зон, параметры их сопротивления сдвигу и деформируемость заполнителя трещин надлежит определять по специальным методикам [ 36, 43].

1.6. Исследования реологических свойств грунтов необходимо проводить на основе технической и рабочей программ.

1.7. В техническую программу полевых опытов следует включать обоснование выбора типичных мест для расположения опытных участков, учитывающего инженерно-геологические и в их комплексе геокриологические условия, конструктивные особенности сооружения и его расположение, особенности ведения строительных работ и прогноз изменения геокриологических условий на расчетные периоды строительства и эксплуатации сооружений, а также основные положения методики и техники выполнения исследований, разрабатываемые с учетом особенностей конкретного объекта.

1.8. Опыты необходимо проводить по рабочей программе, в которой определяется объем исследований, методика и техника проведения опытов и обработки их результатов.

1.9. Опытным работам должна предшествовать специализированная инженерно-геологическая документация трещиноватости опытных камер и участков непосредственного приложения нагрузок. Инженерно-геологическая документация опытных участков выполняется и после опытов, целью которых является документация поверхности разрушения. Для условий испытания скальных и полускальных грунтов в мерзлом состоянии документация опытных участков выполняется, используя положения, данные в приложении 6.

1.10. При проведении экспериментальных исследований необходимо составить проект выполнения подготовительных строительно-монтажных работ и монтажа опытной установки, а также специальные инструкции на проведение работ.

1.11. При проведении испытаний методом кольцевого нагружения мерзлых грунтов в массиве должны учитываться следующие особенности проведения опытов: необходимость применения высокоточных измерительных приборов, надежно работающих в условиях отрицательных и переменных температур, прошедших специальную тарировку, необходимость проведения опытов на мерзлой породе (при естественном или прогнозируемом температурно-влажностном режиме) и после ее оттаивания.

1.12. На полевые опытные работы должен составляться проект, включающий рабочие чертежи и сметы на выполнение подготовительных строительно-монтажных работ, а также на монтаж опытной установки и проведение опытов.

1.13. На проведение опытов следует составлять специальные инструкции, учитывающие конкретные условия выполнения исследований и требования настоящих Рекомендаций. В инструкции необходимо определить:

а) приемы подготовки опытных участков и площадок и технические требования к ним;

б) последовательность и приемы монтажа и демонтажа опытной установки;

в) требования и способы установки и проверки измерительных приборов;

г) последовательность операций по изменению нагрузок;

д) способы и последовательность снятия показаний измерительных приборов;

е) форма ведения журналов наблюдения за ходом выполнения опыта;

ж) правила безопасности ведения подготовительных и экспериментальных работ.

2. ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

2.1. Характеристики напряженно-деформированного состояния

– интенсивность касательных напряжений, МПа;

– интенсивность угловых деформаций (интенсивность деформаций сдвига);

2.2. Параметры деформируемости и ползучести

2.3. Параметры прочности

2.4. Физические величины

2.5. Геометрические величины

3. ВЫБОР И ПОДГОТОВКА ОПЫТНЫХ УЧАСТКОВ

3.1. Исследование реологических свойств скальных и полускальных грунтов в мерзлом состоянии и после их оттаивания следует проводить на специально подготовленных опытных участках, в штольнях, шахтах, камерах.

3.2. Опытные участки должны располагаться в наиболее характерных по составу и степени сохранности, криогенному строению и температурному режиму зонах массива, важных для расчета конкретного сооружения.

3.3. При определении размеров опытных участков следует исходить из габаритов кольцевого штампа или целика (см. п. 4.3) и конструкции опытной установки, условий монтажа, демонтажа и транспортировки ее узлов, требований размещения измерительной аппаратуры, а также требований техники безопасности при выполнении подготовительных и экспериментальных работ.

3.4. Общее количество опытов следует определять в каждом случае, исходя из конкретной инженерно-геологической обстановки и типа подземного сооружения.

3.5. Для устранения взаимного влияния, расстояния в свету между соседними штампами (целиками) следует назначать не менее полуторного диаметра штампа или целика.

3.6. Проходку опытных участков взрывным способом необходимо производить, соблюдая меры, ограничивающие образование новых трещин в массиве и нарушение температурно-влажностного режима пород. При этом необходимо ограничивать длину шнуров, вес взрывчатых веществ и их бризантность, а также количество одновременно взрываемых шпуров. Часть породы, прилегающую непосредственно к поверхностям, на которых будут располагаться опытные площадки со штампами или целиками, следует разбирать без применения взрывов (при помощи отбойных молотков, перфораторов, клиньев и т.д.). Рекомендуется, чтобы этот защитный слой составлял не менее 50 см.

3.7. Выбор на опытном участке местоположения конкретных площадок (точек) для проведения опытов надлежит производить комиссией на основе анализа инженерно-геокриологических условий участка строительства подземного сооружения в целом, детальной инженерно-геологической документации опытной площадки и осмотра выработок и площадок на месте. В комиссию должны быть включены главный геолог объекта, представители проектной, строительной и исследовательской организаций.

3.8. На выбранных площадках (точках) необходимо выполнить подготовительные работы, включающие окончательную доборку породы, составление подробной инженерно-геологиче­ской и микротопографической документации, а также необходимые буровые и строительные работы, а в необходимых случаях теплоизоляционные мероприятия.

3.9. При подготовке опытных участков необходимо руководствоваться следующими требованиями:

а) на месте устройства кольцевого штампа или кольцевого целика поверхность следует сделать горизонтальной или придать ей однообразный уклон. Все отслаивающиеся и расшатанные отдельности, а также продукты выветривания породы (мелкозем, ожелезненные пленки и т.д.) с поверхности следует удалить. Высота неровностей (шероховатостей) должна соответствовать естественной, но не более 10-15 см;

б) при подготовке опытных площадок в мерзлых породах и в оттаявших породах, быстро разрушающихся в результате разгрузки и изменения температурно-влажностного режима, таких как некоторые разновидности сланцев, аргиллита и т.д., необходимо подготовленную поверхность сразу же закрыть теплогидрозащитным слоем (пенопластом, песком, брезентом или пленкой), который удаляется только непосредственно перед бетонированием штампа или оголовка целика.

3.10. При подготовке кольцевых целиков необходимо руководствоваться следующими указаниями:

а) кольцевой целик рекомендуется обуривать но периметру, а оставшиеся перемычки перепиливать;

б) высоту кольцевого целика рекомендуется принимать не менее 30 см;

3.11. В процессе выполнения подготовительных работ необходимо составлять исполнительные документы (чертежи, схемы, зарисовки) на буровые, строительные и другие работы.

4. СХЕМЫ ИСПЫТАНИЙ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

Рис. 1. Принципиальные схемы испытаний методом кольцевого нагружения при действии:

а) кольцевой нормальной сжимающей нагрузки; б) кольцевой нормальной сжимающей и касательной нагрузок; в) кольцевой нормальной растягивающей нагрузки; г) кольцевой нормальной растягивающей и касательной нагрузок.

Рис. 2. Схема установки для испытания скальных и полускальных грунтов в подземной камере кольцевым бетонным штампом

Рис. 3. Схема установки для испытания скальных и полускальных грунтов в подземной камере кольцевым целиком

4.2. Для проведения опытов на поверхности исследуемого массива (монолита) подготовляется кольцевой целик породы или кольцевой бетонный штамп.

Рис. 4. Схема установки для испытаний скальных и полускальных грунтов кольцевым целиком с использованием анкера

Рис. 5. Схема установки для испытания скальных и полускальных грунтов кольцевым бетонным штампом с использованием анкера

Рис. 6. Схема полевой установки для испытания скальных и полускальных грунтов на растяжение (а) и кручение при растяжении ( б ), (в)

4.6. Высоту армированного кольцевого бетонного штампа следует принимать не менее 0,7 м, а высоту армированного бетонного оголовка кольцевого целика не менее 1 ÷ 1,2 м. Бетон необходимо укладывать на очищенную и продутую поверхность породы. При бетонировании на основание укладывается низкомодульная прокладка (деревянный щит) размером в плане равном внутренней полости кольцевого целика или штампа, и толщиной не менее 10 см для исключения контакта бетона и породы на этом участке. При бетонировании оголовка кольцевого целика прокладка толщиной 2 ÷ 4 см укладывается и с внешней стороны целика. Используется бетон не ниже марки В 20. Для испытания породы в мерзлом состоянии используются специальные марки бетона, твердеющие при отрицательной температуре. Укладку бетона и отбор образцов для определения его прочности надлежит выполнять на основе соответствующих технических условий и инструкций.

Примечание. При подготовке опытов в случае испытания пород в мерзлом состоянии в полевых условиях бетонный штамп или оголовок кольцевого целика изготавливается с учетом требований по возведению обделки строящегося сооружения на основе Рекомендаций ВСН 36-86 [ 6]. Нагруженне основания следует выполнять после набора бетоном заданной прочности и выравнивания температуры основания штампа или целика до температуры окружающего массива.

4.7. Определение размера закладной балки и армирование штампа или оголовка выполняются на основе специального расчета исходя из максимальных усилий, предусмотренных программой испытаний.

4.8. Устройство целиков (штампов) при испытании пород в мерзлом состоянии выполняется при обязательном сохранении естественного или прогнозируемого температурного режима исследуемого массива. Контроль температурного режима массива проводится с помощью температурных датчиков, терморезисторов ММТ-4 или температурных датчиков ПТ и ПТС, устанавливаемых в специальные температурные скважины (рис. 7).

4.9. Устройство целиков (штампов) при испытании пород в талом состоянии выполняется после предварительного оттаивания исследуемого массива. Для оттаивания массива рекомендуется использовать глубинный отогрев, используя теплоэлектронагреватели (ТЭНы) [ 35], устанавливаемые в специально пробуренные шпуры или скважины. Рекомендуемая схема отогрева представлена на рис. 7. Размеры зоны оттаявшего массива должны быть не менее двух диаметров целика или штампа по глубине и трех диаметров в плане и должны поддерживаться в процессе конкретного опыта. Расчет времени отогрева массива и количества нагревательных элементов выполняется на основе специального теплотехнического расчета [ 41].

4.10. Контроль глубины оттаивания породы под целиком или штампом проводится с помощью температурных датчиков.

Рис. 7. Схема глубинного отогрева массива

В специальных скважинах датчики, смонтированные в связи через 10 см и установленные в шпур (скважину), должны быть по всей глубине тщательно гидроизолированы глинистым грунтом, чтобы предотвратить попадание воды, образующейся при оттаивании породы. Результаты температурных замеров заносятся в журналы наблюдений.

4.11. Конструктивная схема лабораторной установки для испытания монолитов скальных и полускальных грунтов в мерзлом и оттаявшем состоянии представлена на рис. 8. Максимальный размер монолита в плане 0,50×0,50 м. Исследуемый монолит породы помещается в секционный лоток, устанавливаемый на станине установки. Жесткое закрепление монолита в лотке достигается путем погружения его в цементно-песчаную оболочку. На рабочей поверхности монолита выполняется кольцевой целик или кольцевой бетонный штамп заданных размеров в плане. При проведении опытов на схеме (рис. 1, а, б ) приложение нормального сжимающего или касательного напряжения на рабочую поверхность монолита осуществляется при помощи рычажно-гидравлических систем. Нагрузочные системы стенда обеспечивают создание на контакте целика или штампа (с рабочей кольцевой площадью 50 см 2 ) с основанием нормальных напряжений до 5 МПа (50 кг/см 2 ) и касательных напряжений до 15 МПа (150 кг/см 2 ). Указания по тарировке нагрузочных систем стенда даны в приложении 3.

Рис. 8. Конструкция стенда для испытания монолитов скальных и полускальных грунтов методом кольцевого нагружения

Рис. 9. Конструкция стенда для испытания монолитов скальных и полускальных грунтов на растяжение и на кручение при растяжении

4.12. Для испытания пород подсхеме (рис. 1, б, в ) конструктивная схема лабораторной установки представлена на рис. 9.

4.13. Полевые и лабораторные опыты сопровождаются сейсмоакустическими исследованиями с целью последующего распространения результатов испытаний на массив, вмещающий сооружения. Методика проведения полевых сейсмоакустических исследований дана в [ 33, 40]. При испытании монолитов пород в лабораторных условиях проводится их геофизическое обследование по трем взаимно перпендикулярным направлениям непосредственно перед установкой в лоток стенда. В случае отбора монолита мерзлого грунта выполняется детальное описание его криогенного строения по горизонтальной поверхности и боковому срезу, сопровождаемое масштабным фотографированием и отбором проб на льдистость и влажность. После проведения опыта на оттаявшем монолите выполняется послойное определение его влажности. Испытание монолита мерзлого грунта выполняется в криогенной лаборатории (камере) с заданной постоянной отрицательной температурой. Контроль за температурой монолита грунта осуществляется с помощью термопар, расположенных в нескольких точках по его высоте.

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИИ

5.1. Опыты по определению реологических свойств скальных и полускальных грунтов в мерзлом состоянии и после их оттаивания при различных напряженных состояниях в зависимости от рабочей программы конкретного эксперимента должны включать создание в плоскости контакта целика (штампа) с исследуемым массивом нормальных сжимающих напряжений в три этапа (рис. 10, а). В процессе проведения каждого этапа нагрузки должны увеличиваться ступенями до заданной интенсивности. На третьем этапе при достижении заданной величины нормальное напряжение поддерживается постоянным при последующем приложении крутящего момента:

– создание в плоскости контакта целика (штампа) с массивом касательных напряжений, величина которых в ходе опыта увеличивается ступенями вплоть до наступления предельного состояния (рис. 10, а). Опыты производятся при заданном программой нормальном напряжении (рис. 10, а), либо при отсутствии нормального напряжения (рис 10, б);

– создание в плоскости контакта растягивающих напряжений, величина которых в ходе опыта увеличивается ступенями вплоть до наступления предельного состояния (рис. 10, в);

– создание в плоскости контакта растягивающего напряжения до заданной интенсивности, меньшей предельной величины, которое при последующем приложении касательных напряжений поддерживается постоянным (рис. 10, г).

Примечание. Максимальная величина нормального напряжения в опытах устанавливается на основе предварительных расчетов напряженного состояния массива и в зависимости от конкретных условий взаимодействия его с подземной конструкцией (глубина заложения подземного сооружения, величина давления, оказываемого на массив и т.д.). Рекомендуется проводить испытания при максимальной величине нормального напряжения не менее 4,0 МПа.

5.2. Изменение интенсивности нагрузки при проведении опытов рекомендуется осуществлять по диаграммам, представленным на рис. 10, с учетом следующих требований:

– максимальное нормальное напряжение не должно превышать принятое для данной серии опытов;

– все интервалы и изменения напряжении при проведении испытаний следует разбивать на 4-6 ступеней (σ I, II, III и т.д., τ I, II, III

Рис. 10. Программы изменения нормальных и касательных напряжений при проведении опытов.

Изменение интенсивности давления между ступенями при отсутствии специальных требований следует производить со скоростью не более 0,5 МПа в 1 мин.

2. Рекомендуется назначать программу нагружения в полевых опытах на основе результатов лабораторных испытаний монолитов МКН.

3. Величина ступени нагружения не должна превышать 1,0 МПа при действии нормальной нагрузки и 0,5 МПа при действии касательной нагрузки.

5.3. Разгрузку рекомендуется производить теми же ступенями, что и принятыми в режиме нагружения.

5.4. Расчет величины среднего нормального напряжения σ на контакте целика (штампа) с основанием производится по зависимости

(1)

5.5. Расчет величины среднего касательного напряжения т на контакте целика (штампа) с массивом производится по величине крутящего момента

5.6. При достижении предельного состояния и при повторных сдвигах по образовавшейся поверхности разрушения (трещине) величина среднего касательного напряжения определяется по зависимости

5.7. Приложение кольцевой касательной нагрузки должно осуществляться ступенями, составляющими 5 ÷ 20 % от нормального напряжения.

Примечание. По мере приближения к предельному состоянию величину ступеней следует уменьшать.

5.8. На каждой ступени давление поддерживается постоянным в течение времени, необходимого для достижения условной стабилизации деформаций, если процесс развития деформаций во времени имеет затухающий характер, или в течение определенного периода времени, если процесс имеет незатухающий характер.

Первый отсчет по измерительным приборам должен браться сразу же после достижения назначенного уровня давления на ступени, второй и последующие через 5, 10, 20, 30, 60 и 120 мин. и т.д., но не реже, чем через 12 часов. Результаты замеров перемещений заносятся в специальные журналы наблюдений (Приложение 9).

Рис. 11. Зависимости деформаций ползучести в полулогарифмических координатах

При незатухающем характере развития деформаций во времени (кривая 2, рис. 11) выдерживание на ступени считается законченным, если при трех последующих двухчасовых отсчетах сохраняется вид зависимости 2 на рис. 11.

3. W_t в момент времени t определяется как средняя величина перемещения штампа (целика), зафиксированная по реперам, расположенным на штампе (целике). Величина перемещения W_t на расстоянии r от штампа (целика) определяется как средняя величина перемещений реперов, расположенных на расстоянии r от штампа (целика).

Рис. 13. Зависимости дополнительной осадки (подъема) поверхности основания от величины касательного напряжения

5.9. После достижения предельного сопротивления сдвигу (срезу) опыт необходимо продолжать для определения величины сдвигающего усилия, которое характеризует остаточное сопротивление сдвигу по образовавшейся трещине. Момент достижения остаточного сопротивления породы сдвигу рекомендуется определять по графику смещений целика (штампа).

Рис. 14. Программа изменения нормальных и касательных напряжений при повторных сдвигах кольцевого целика (штампа) по образовавшейся после среза трещине

5.11. Необходимо, чтобы опыты по определению предельного сопротивления сдвигу проводились при различных нормальных напряжениях (минимум трех), а сопротивление сдвигу по образовавшейся трещине (остаточное сопротивление сдвигу) при проведении повторных опытов на каждом целике (штампе) при совпадающих по величине нормальных напряжениях.

5.12. В случае, если массив в период эксплуатации сооружения будет находиться в водонасыщенном состоянии, при испытании его после оттаивания породу следует подвергать в течение 3-6 суток предварительному смачиванию водой.

5.13. Опыты на целиках (штампах) следует выполнять после набора бетоном проектной прочности и стабилизации температурного поля в основании.

5.14. После проведения испытаний целики (штампы) рекомендуется переворачивать с целью анализа характера разрушения породы. При этом рекомендуется производить микротопографическую съемку рельефа поверхности разрушения с зарисовкой трещин или ослабленных прослоек, состава заполнителя трещин и его физико-механического состава, определения льдистости.

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Примечание. Изложенная ниже методика определения параметров ползучести при нагружении массива нормальной сжимающей нагрузкой может быть непосредственно перенесена на проведение испытаний пород сплошным штампом круглой формы в плане (т.е. при соотношении параметра ξ = r ₁ / r ₂ = 0). При проведении опытов квадратным штампом для использования методики обработки опытных данных и определения параметров ползучести необходимо привести его к равновеликому по площади сплошному круглому штампу.

Рис. 15. Графики зависимости перемещений поверхности массива во времени от действия нормальной кольцевой нагрузки:

а ) при сжатии; б ) при разгрузке; в ) при растяжении; г ) за пределами кольцевой нагрузки.

Рис. 16. Графики зависимости перемещений поверхности массива во времени от действия кольцевой касательной нагрузки и сопротивления сдвигу:

а ) кривые ползучести; б ) за пределами действия кольцевой нагрузки; в ) вертикальных перемещений; г ) зависимости сопротивления сколу и сдвигу.

6.3. По данным, полученным при нагружении массива кольцевой касательной нагрузкой, строятся кривые ползучести для каждой ступени Δτ _j (рис. 16, а ), зависимости горизонтальных (угловых) перемещений поверхности основания вокруг целика (штампа) для стабилизированного состояния t _ст в относительных координатах (рис. 1 6, б ), зависимости стабилизированной осадки (подъема) поверхности основания целика (штампа) от касательного напряжения т, полученные при различных нормальных напряжениях (рис. 16, в ).

6.4. По данным, полученным при нагружении массива кольцевой нормальной нагрузкой; определяется значение условно-мгновенного модуля деформации при нагружении Е _с0 по ступеням. В качестве расчетной используется модель основания в виде линейно-деформируемого слоя ограниченной толщины [ 21, 22].

Таблица значений коэффициента ω_с

Источник

• через какое время делают повторное эко →