ЗМІНА ЕНЕРГЕТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕМЕНТІВ ЛІТОСФЕРИ ПРИ ЇХ ДЕФОРМАЦІЇ

Анотація

Мета та завдання. Метою даного дослідження є встановлення аналітичних закономірностей для прогнозування зміни напружень та щільності енергії, що витрачається на руйнування гірської породи за даними експериментальних досліджень. Для вирішення поставленої мети в роботі були поставленні наступні наукові задачі:
1) аналітичний опис залежності напруження σ_ij від головної деформації ε_ij;
2) встановлення розрахункових параметрів, шо входять в аналітичні закономірності;
3) аналітичний опис та дослідження кривих щільності енергії руйнування.

Наукова новизна. У ході аналітичних та експериментальних досліджень повних діаграм деформування гірських порід розроблено математичну модель залежності напруження від деформації при граничному напруженому стані породи. Проаналізовано та описано фізико-механічні процеси характерних ділянок повної діаграми деформування. Аналіз отриманої кривої показав, що гірський масив та елементи літосфери не являються ідеально пружними чи пластичними об’єктами. Разом із пружними завжди в тій чи іншій мірі присутні і пластичні.

Інтегрування отриманого аналітичного виразу σ₁₁=f(ε₁₁) дозволило встановити об’ємну щільність енергії, що витрачається на руйнування зразка гірських порід під дією одновісного зовнішнього навантаження. Максимальна енергія активації для розглянутої породи складає 0,67 МДж/м³. Порівняння експериментальних і розрахункових значень енергетичної залежності u(ε₁) показує збіг майже на всьому діапазоні зміни деформації (ε_ij=0..0,04).

Розроблено аналітичний опис енергетичної діаграми деформування та повної діаграми зміни напружень у вигляді єдиної залежності, яка враховує дограничні та заграничні ділянки. На відміну від метода кусково-лінійної апроксимації даний підхід відповідає фізиці процесу та знижує похибки при розрахунках.

Висновки та практичне значення. Дослідження зразків гірських порід при жорсткому навантаженні дозволило отримати повну деформаційну характеристики породи. Крива, що огинає цикли деформації (1) об’єднує дограничні, граничні, заграничні режими деформації і руйнування порід. Закономірність (4) дозволяє встановити, що руйнування може відбуватися при різних значеннях щільності енергії U(ε). Теоретико-експериментальний аналіз отриманих енергетичних діаграм руйнування та повних діаграм зміни напружень в гірських породах дозволяє оцінити несучу здатність гірського масиву або іншого твердого тіла. Це дозволяє прогнозувати критичні значення напружень та зовнішніх навантажень для своєчасного запобігання руйнуванню.