Напряженное состояние пород в условиях залегания

Информация - Геодезия и Геология

Другие материалы по предмету Геодезия и Геология

определяется величиной октаэдрических касательных напряжений (см. рисунок 1.3).

Условие Мизеса учитывает все три главных напряжения и в случае трехосного напряженного состояния дает несколько лучшие результаты, чем условие Треска-Сен-Венана.

 

3. ТЕОРИЯ ПРОЧНОСТЕЙ

 

Испытания прочности материалов твердых тел проводятся обычно в стандартных условиях. В конкретных случаях расчета и прочность напряженное состояние твердого тела может быть самым различным. Существующие теории прочности позволяют с некоторыми допущениями вести прочностные расчеты, опираясь на показатели прочности или пластичности, полученные при стандартных испытаниях, не прибегая к специальным испытаниям в сложном напряженном состоянии.

Современные теории прочности создавались главным образом для конструкционных материалов, а поэтому в качестве предельного состояния принимается достижение предела текучести твердого тела и лишь для хрупких тел - предела прочности.

Классические теории прочности. Первые исследования в области прочности материалов, связанные с именами Леонардо да Винчи и Галилея, привели к созданию первой теории прочности, согласно которой предельное состояние достигается тогда когда достигнет предельного значения одно из главных напряжений,

 

(3.1)

где ?п - предельное значение напряжений, полученное при одноосном растяжении ( + ) или сжатии (-).

Согласно второй теории прочности предельное состояние достигается тогда, когда достигнет предельного значения величина главной деформации. Используя обобщенный закон Гука это условие можно записать через нормальные напряжения

 

(3.2)

 

Как первая, так и вторая классические теории прочности не нашли применения и имеют лишь историческое значение.

Третья теория прочности основана на гипотезе, что в процессе разрушения или достижения пластического состояния решающую роль играют касательные напряжения. Условие прочности имеет вид

 

(3.3)

 

Выразим касательные напряжения через главные по формулам (1.3) и получим

 

(3.4)

 

Из выражения (3.4) и (2.3) видно, что третья теория прочности совпадает с условиями Треска-Сен-Венана. Эта теория хорошо согласуется с экспериментом при двухосном напряженном состоянии и нашла широкое применение в технике.

Четвертая, или энергетическая, теория прочности основана на предположении, что разрушение или достижение пластического состояния наступает тогда, когда удельная энергия формоизменения достигает предельного значения. Через главные нормальные напряжения это условие записывается в следующем виде

 

. (3.5)

 

Аналогично было сформулировано условие Мизеса. Запишем выражение (2.7) через главные напряжения

 

. (3.6)

 

Для случая одноосного растяжения будем иметь ?1=?п, ?2=0, ?3=0. Тогда предельная величина энергии формоизменения равна

 

. (3.7)

 

Согласно формулировки теории прочности .Подставляем значения и из выражений (3.6) и (3.7) в это неравенство и получаем выражение (3.5). Следователь энергетическая теория прочности полностью совпадает с условием Мизеса. В литературе она известна как теория Губера-Мизеса-Гени. Эта теория прочности широко используется в настоящее время, как и третья теория прочности.

Классические теории прочности применимы только для изотропных материалов с одинаковым сопротивлением разрушению или пределом текучести при одноосных испытаниях на растяжение и сжатие. Горные породы не являются таковыми. Однако однозначность характеристик предельного состояния, получаемая при использовании этих теорий, очень удобна при анализе напряженного состояния в твердых телах. Последнее и определило использование третьей и четвертой теорий прочности в механике горных пород для качественного анализа.

Теория прочности Мора в отличие от классических теорий учитывает как разные значения сопротивления разрушению при одноосном растяжении и сжатии, так и очевидный факт, что разрушение или состояние пластичности зависит от нормальных напряжений. Эта теория прочности широко применяется в горном деле и строительстве. Характеристикой твердого тела, согласно теории прочности Мора, является зависимость

 

, (3.8)

 

где ?п - предельное значение касательных напряжений,

 

; (3.9)

 

?ср - среднее напряжение,

 

(3.10)

 

Из выражения (3.10) видно, что теория прочности Мора не учитывает главное промежуточное напряжение.

Для определения вида зависимости (3.8) необходимо провести ряд независимых испытаний, например:

) растяжение

 

;

 

) сдвиг

 

;

 

) сжатие

 

.

 

Огибающая к кругам Мора, построенным по результатам испытаний (рисунок 3.1), является графическим видом зависимости (3.8)

 

Рисунок 3.1 - Огибающая к кругам Мора

 

Если прибегнуть к замене величины ?п на величину ?п.окт, а величины ?ср на величину ?0. Тогда условие (3.8) примет вид

 

 

Так как , то можно записать условие прочности в виде

 

(3.11)

 

где - предельная интенсивность касательных напряжений;

- среднее напряжение, определяемое по формуле (1.4).

Это условие прочности учитывает все три главных напряжения. По предложению Филоненко-Бородича, зависимость (3.11) названа обобщенным условием прочности Мора.

 

4. СЖИМАЕМОСТЬ ПОРОД