КОНЦЕПЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ СКАЛЬНЫХ ПОРОД ПРИ РАСТЯЖЕНИИ

Аннотация

Разработана и реализована оригинальная модификация метода Кольского для исследования динамической прочности хрупких сред при растяжении путем реализации раскалывания образца в форме кубика или параллелепипеда в системе разрезного стержня Гопкинсона. Установка включает в себя газовую пушку в качестве нагружающего устройства и комплект стальных мерных стержней (нагружающего и опорного) диаметром 20 мм из высокопрочной стали, оснащенных тензодатчиками для измерения упругих импульсов деформации. Нагружение системы разрезного стержня Гопкинсона производилось стальным ударником длиной 150 мм, что позволило получить в нагружающем мерном стержне падающий импульс сжатия длительностью около 100 мкс. Путем вариации скорости ударника достигались разные амплитуды падающей волны, которые обеспечивали различные скорости нагружения образца. Для испытания хрупких материалов (горных пород), которые имеют почти линейную зависимость диаграммы напряжение–деформация вплоть до разрушения, необходим недиспергирующий плавно нарастающий импульс в нагружающем стержне. В качестве формирователя использовалось кольцо из тонкой медной проволоки, размещенное на ударяемом торце нагружающего стержня. Особенностью установки является то, что импульсная сжимающая нагрузка прикладывается к боковым поверхностям образца через клиновидные насадки на торцах мерных стержней. При нагружении образца хрупкого материала импульсом сжатия происходит его раскалывание по плоскости приложения динамической сжимающей нагрузки. Поскольку в таком типе испытаний измерить деформацию образца при растяжении крайне сложно, в результате испытаний по измерениям импульса в опорном мерном стержне получают только зависимость развития сжимающего усилия, действующего в образце. Далее определяется процесс развития растягивающего напряжения в образце, пик которого является искомой прочностью горной породы при растяжении.
Проведен цикл динамических испытаний на раскалывание образцов магматической горной породы габбро-диабаз кубической формы с размером ребра ~20 мм. Построены зависимости прочности на раскалывание и времени до разрушения (время «жизни») от скорости роста напряжений. Полученные зависимости соответствуют известной тенденции повышения прочностных свойств и уменьшения инкубационного времени при разрушении горных пород с увеличением скорости роста напряжений и могут быть использованы для оснащения структурновременного критерия разрушения Морозова – Петрова.