Коэффициент трения бетон-грунт
Подскажите пожалуйста где посмотреть коэффициенты трения бетона по различным грунтам.Может кто видел в какой-либо литературе. В конкретном случае интересует коэф. трения бетона по суглинку тугопластичному,но хотелось бы иметь такие данные и на будущее
Просмотров: 56987
Геотехника. Теория и практика
Регистрация: 31.08.2007
Сообщений: 2,657
Посмотрите в табл.2.2:
Регистрация: 21.06.2006
Сообщений: 49
Сообщение от AMS
Посмотрите в табл.2.2:
Регистрация: 31.08.2006
Сообщений: 30
а не могли бы вы сказать из какой книги этот лист и может она есть в электроном виде у кого нибудь. уж очень заинтересовала данная книга.
Регистрация: 22.09.2008
Сообщений: 14
А не мог бы ли кто-нибудь подсказать где можно найти источник, описывающий методику нахождения сил трения по высоте ж/б сваи, приведенных в СНип 2.02.03-85
Регистрация: 28.09.2006
Dnepropetrovsk
Сообщений: 683
arser, в одной старой книге читал, что данные значения получены по результатам множественных исследований, проведеных в полевых условиях. Для каждого грунта были выведены средние показатели в зависимости от типа, состояния и глубины заложения. Книга дома, по памяти автора не скажу.
Регистрация: 22.09.2008
Сообщений: 14
Сообщение от _Oleg_
arser, в одной старой книге читал, что данные значения получены по результатам множественных исследований, проведеных в полевых условиях. Для каждого грунта были выведены средние показатели в зависимости от типа, состояния и глубины заложения. Книга дома, по памяти автора не скажу.
Буду признателен за информацию о книге. Если возможно, можно кратко описать как и что они снимали, с помощью каких приборов?
Регистрация: 28.09.2006
Dnepropetrovsk
Сообщений: 683
Взял из книги Э.В. Костерина «Основания и фундаменты» (дома другая).
Т.е. данные таблицы СНиП полученны по результатам множественных проведенных и обработанных статических испытаний свай (вдавливающей и выдергивающей нагрузками). Приборы и методика испытаний приведены в ДСТУ Б.В.2.1-1-95 (ГОСТ 5686-94)
П.С. Сейчас значения в СНиП немного уточнены, но в общем сходство очевидно.
Трение грунта о вертикальную стенку и его влияние на работу основания в шпунтовой обойме Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Алексеев С.И., Хисамов Р.Р.
Рассмотрена оценка влияния коэффициента трения грунта о вертикальную стенку на работу основания в шпунтовой обойме . Приведено сравнение аналитических и численных методов определения напряженно-деформированного состояния грунта в шпунтовой обойме . Представлены результаты лабораторных опытов по определению коэффициента трения грунта о вертикальную стенку, дана качественная оценка его влияния на величину осадки фундамента .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Алексеев С.И., Хисамов Р.Р.
Эффект использования шпунтовой обоймы для повышения несущей способности основания фундаментов
Работа ряда микросвай усиления песчаного основания как конструктивной шпунтовой стенки
Натурные наблюдения за деформациями ограждающих конструкций опытного котлована и грунтового массива
Электроосмос как способ улучшения физических и механических свойств связных грунтов
Устройство котлована в условиях сильно деформируемых грунтов при строительстве многоэтажного бизнес-центра с учётом обеспечения устойчивости близстоящих зданий и сооружений
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Wall friction and its effect to the foundation action of sheer pile wall
The evaluation of influence of soil friction fac tor for the vertical wall on the foundation action of sheer pile wall is reviewed. Analytical and numerical approaches of soil strainstress state determination for wall friction are compared and its influence for the foundation settlement value are qualitatively assessed.
Текст научной работы на тему «Трение грунта о вертикальную стенку и его влияние на работу основания в шпунтовой обойме»
Общетехнические задачи и пути их решения
^ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
С. И. Алексеев, Р Р Хисамов
Петербургский государственный университет путей сообщения
ТРЕНИЕ ГРУНТА О ВЕРТИКАЛЬНУЮ СТЕНКУ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РАБОТУ ОСНОВАНИЯ В ШПУНТОВОЙ ОБОЙМЕ
Рассмотрена оценка влияния коэффициента трения грунта о вертикальную стенку на работу основания в шпунтовой обойме. Приведено сравнение аналитических и численных методов определения напряженно-деформированного состояния грунта в шпунтовой обойме. Представлены результаты лабораторных опытов по определению коэффициента трения грунта о вертикальную стенку, дана качественная оценка его влияния на величину осадки фундамента.
основание, фундамент, шпунт, обойма, коэффициент трения, осадка, несущая способность.
Как при новом строительстве, так и при реконструкции зданий на слабых грунтах необходимо проводить ряд мероприятий, направленных на улучшение механических свойств грунтов и работы основания в целом. Методы улучшения искусственных оснований можно разделить на три вида: конструктивные, механические и физикохимические. Одним из конструктивных методов искусственного улучшения работы основания является устройство шпунтового ограждения.
Такое техническое решение позволяет избежать возможности выпирания грунта из-под подошвы фундамента, т. е. увеличивает его несущую способность, и ограничивает боковое расширение грунта при деформациях основания, что приводит к уменьшению величины осадки [1].
На шпунтовое ограждение при незначительном перемещении (и) со стороны фундамента начинает действовать активное боковое давление (Еа). В случае, если пере-
мещения отсутствуют, т. е. шпунт является жесткой обоймой, на него действует давление в состоянии покоя (Е0) (рис. 1).
В зависимости от величины трения грунта о стенку результирующая давления может быть направлена под разным углом к шпунтовой обойме. При отсутствии трения грунта о стенку результирующая давления направлена перпендикулярно к шпунтовой обойме. При трении грунта о стенку, отличном от нуля, появляется вертикальная составляющая давления. Правильное определение трения грунта о стенку и его учет позволит улучшить работу основания в шпунтовой обойме и снизить величину осадки.
1 Лабораторные исследования работы
основания в шпунтовой обойме
Для качественной оценки работы основания в шпунтовой обойме и влияния коэффициента трения грунта о стенку была проведена серия лабораторных опытов на мало-
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
Общетехнические задачи и пути их решения
Рис. 1. Изменение давления грунта (Е) на подпорную стенку в зависимости от ее перемещения (и):
Ea — активное давление; Е 0 — давление в состоянии покоя; Еп — пассивное давление
масштабных моделях. Общий вид установки представлен на рис. 2.
Установка состояла из лотка с размерами 45^45×35 см, заполненного песком средней крупности, и нагрузочного устройства. Усилия на штамп передавались с помощью рычагов с соотношением плеч 1:10. Вертикальное перемещение штампа измерялось индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм. В качестве модели фундамента был принят жесткий гладкий металлические квадратный штамп со стороной 65 мм. Шпунтовой обоймой служила металлическая труба квадратного профиля.
В лоток послойно с уплотнением укладывался сухой отсортированный песок средней крупности. Нагрузка на обрез штампа передается ступенями (10-15 циклов). Следующая ступень нагрузки прикладывалась после стабилизации осадки. Поскольку при проведении опытов использовался песчаный грунт, стабилизация осадки основания происходила довольно быстро. Для достоверности оценки влияния трения грунта о стенку на величину осадки опыты повторялись 3-6 раз.
На данном этапе исследований была выполнена следующая серия опытов:
Рис. 2. Общий вид установки
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
1. Изучалась несущая способность штампа без обоймы.
2. Изучалась несущая способность в шпунтовой обойме при длине шпунта от 0,5b до b.
3. Изучалась работа основания в обойме при значении коэффициента трения грунта о стенку 0 и 1.
Из графика (рис. 3) видно, что при использовании шпунтовой обоймы несущая способность увеличивается. При использовании обоймы длиной b/2 довести нагрузку до предельного состояния не удалось. Нагрузка до определенного момента была близка к прямолинейной, затем осадка резко увеличивалась
и происходил выпор грунта. Этот факт может свидетельствовать о том, что упругое ядро формируется на выходе из обоймы. Шпунтовая обойма улучшает работу основания, создавая эффект заглубленного фундамента.
Для исследования эффекта трения грунта о стенку была изменена шероховатость внутренней поверхности шпунтовой обоймы. Для создания гладкой поверхности на шпунтовую обойму был наклеен скотч, а для создания шероховатой — песок.
Значение коэффициента трения грунта о стенку было определено на сдвиговом приборе ВСВ-1 (рис. 4) согласно [2, 3].
0 100 200 300 400 500 Р, кПа
Рис. 3. График зависимости «осадка — нагрузка»: 1 — без обоймы; 2 — обойма b/4; 3 — обойма b/2
Рис. 4. Определение коэффициента трения на сдвиговом приборе ВСВ-1
ISSN 181 5-588Х. Известия ПГУПС
Общетехнические задачи и пути их решения
Результаты опыта представлены в виде графика на рис. 5. Значение трения грунта о гладкую стенку составило tg (ф) = 0,05 (ф01 = 2,9°), а для шероховатой стенки — 0,56 (ф02 = 29,2°). Угол внутреннего трения грунта составил 31°.
Согласно полученным результатам (рис. 6), эффект трения грунта о стенку на снижение величины осадки фундамента составил от 20 до 60 %.
2 Аналитические методы определения вертикальных напряжений в основании, ограниченном шпунтовой обоймой
Будучи частной задачей общей теории предельного равновесия, давление грунта на шпунтовую стенку имеет особенности, обусловленные главным образом тем, что
0 100 200 300 400 500 600 ст, кПа
Рис. 5. График определения трения грунта:
1 — угол внутреннего трения; 2 — трение грунта о шероховатую стенку; 3 — трение грунта о гладкую стенку
0 100 200 300 Р, кПа
-50 -100 -150 -200 -250
Рис. 6. График зависимости «осадка — нагрузка»: а — при длине обоймы 6/4; б — при длине обоймы 6/2; 1 — трение грунта о гладкую стенку;
2 — трение грунта о шероховатую стенку
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
поверхности скольжения, возникающие в грунте, в рассматриваемом случае не имеют возможности свободно развиваться и на их очертание будут влиять соседние близлежащие ограждения. Расположенный между параллельными стенками грунт уплотняется, и часть его веса, вследствие трения, возникающего в процессе уплотнения, будет передаваться на боковые массы грунта или боковые стенки. Давление в нижней части засыпки снижается — возникает так называемый арочный эффект [4].
Выражение для определения вертикальных напряжений в основании ограниченном шпунтовой обойме можно записать по Н. А. Цытовичу [4]:
ov = 1/Ах[у — (у — Axp) e-Az], (1)
где А — коэффициент; у — удельный вес грунта, кН/м3; р — нагрузка на поверхности засыпки, кН/м2; z — глубина, на которой вычисляется вертикальное давление.
Коэффициент А определяется:
— для замкнутых стенок:
А = 2S x tg(9o)/^i = S x tg(9c)x u/F;
— для незамкнутых стенок:
где S — коэффициент бокового давления грунта; ф0 — трение грунта о стенку; b1 — полуширина фундамента; u, F — периметр и площадь ячейки.
Выражение (1) показывает, что по мере увеличения глубины z приращение вертикального давления, а следовательно, и бокового
давления на стенки шпунта уменьшаются (в зависимости от трения грунта о стенку).
Наряду с изложенным выше способом, для решения данной задачи можно использовать строгие решения предельного (пластического) равновесия грунтов, впервые предложенные проф. В. В. Соколовским [5]. Сложность метода В. В. Соколовского состоит в том, что им затруднительно, а иногда и невозможно пользоваться при сложных напластованиях грунтов и очертаниях поверхности.
Для сопоставления двух вышеизложенных методик расчета была, в качестве примера, решена задача с одинаковыми исходными данными: ширина подошвы фундамента — 1 м, давление под подошвой — 200 кПа. Характеристики грунта: удельный вес — 20 кН/м2, угол внутреннего трения — 30°, сцепление — 0, трение грунта о стенку 2/3ф.
При сопоставлении двух методов расчёта с одинаковыми исходными данными погрешность определения вертикальных напряжений (ov) на разной глубине составила около 10 %, что вполне приемлемо для практических инженерных задач. Результаты представлены в табл. 1.
Методика, разработанная В. В. Соколовским, основана на строгой теории предельного равновесия, и для ее решения необходимо выполнить трудоемкие вычисления c большим количеством табличных данных, в отличие от метода Н. А. Цытовича. Таким образом, по методу Н. А. Цытовича можно значительно проще и с достаточной степенью точности оценить влияние трения грунта о стенку шпунтовой обоймы на величину вертикальных напряжений.
ТАБЛИЦА 1. Сопоставление расчётов вертикального напряжения (ov) в основании, ограниченном шпунтовой обоймой на различной глубине
1 м 1,5 м 2 м 2,5 м
Н. А. Цытовича, кПа 163,5 149,1 136,7 126,2
В. В. Соколовского, кПа 169,0 145,2 125,6 112,8
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Погрешность, % 3,3 2,6 8,1 10,6
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
Общетехнические задачи и пути их решения
3 Численные методы определения напряжений в основании, ограниченном шпунтовой обоймой
Для сравнения инженерно-аналитического метода Н. А. Цытовича с методом В. В. Соколовского были сопоставлены результаты, полученные численными методами решения, основанными на методе конечных элементов.
В программе Plaxis 8.2, для оценки влияния трения на НДС системы «фундамент -основание — стенка», были смоделированы ситуации с разным значением коэффициента трения грунта о стенку.
Для исходных данных были использованы аналогичные (см. выше) характеристики грунта.
После определения НДС без использования шпунтового ограждения были смоделированы ситуации, когда длина шпунта составляла от 0,5 до 3 м, коэффициент трения грунта о стенку — от 0 до ф. Результаты представлены в виде графика на рис. 7.
Анализ результатов вычислений (рис. 7, б) показывает, что применение шпунтового ограждения позволяет значительно снизить величину осадки в зависимости от коэффициента трения грунта о стенку и длины шпунта. Например, если без шпунта осадка фундамента составляла 14,31 мм, то при использовании шпунтового ограждения длиной 3 м с трением грунта о стенку, равным ф, осадка снижается до 5,83 мм (почти в 3 раза). При сравнении значений вертикальных напряжений (оу), полученных аналитическим и численным методами, расхождения составили до 10 % (табл. 2), что подтверждает достоверность используемых методик.
4 Рекомендуемые значения коэффициента трения грунта о стенку
В зависимости от значения коэффициента трения грунта о стенку можно значительно уменьшить (увеличить) осадку здания,
главное — знать, какой коэффициент трения реализуется и от чего он зависит.
Согласно [6], силы трения и сцепления на контакте «конструкция — грунтовый массив» должны определяться в зависимости от значений прочностных характеристик грунта, гидрогеологических условий площадки, материала конструкции, технологии ее устройства. Для нескальных грунтов рекомендуется принимать, что угол трения грунта по материалу конструкции ф0 = укф, где ф — угол внутреннего трения грунта, ук — коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 3.
В [7] трение грунта о стенку принимается равным 0,5ф. В литературе также приводятся значения коэффициента трения грунта для шероховатых стенок — ф, для водонасыщенных мелких песков при наличие вибрации -0, во всех остальных случаях — 0,5ф.
В строительных нормах и правилах для плотин из грунтовых материалов [8] приведен график зависимости трения о стенку от влажности и размера (d) частиц грунта (рис. 8).
Таким образом, рекомендуемые значения коэффициентов трения грунта о вертикальную шпунтовую стенку можно использовать в предварительных расчётах. Уточнение значений коэффициента трения грунта о стенку для проведения аналитических расчётов требует дополнительных исследований.
Проделанная работа позволяет сделать следующие выводы:
1. Использование шпунтовой обоймы улучшает работу основания. Анализ испытаний и аналитических вычислений показал, что при работе основания в шпунтовой обойме значительно возрастает несущая способность, основание работает в линейной стадии.
2. На основе численных и аналитических расчетов можно сделать вывод о том, что в зависимости от трения грунта о стенку можно существенно снизить величину осадки фундамента.
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
а) по Н. А. Цытовичу
Длина шпунта, м б) по программе Plaxis 8.2
Рис. 7. График зависимости вертикального давления (а) и осадки (б) от трения грунта о стенку при различной длине шпунта:
1 — ф0 = 0; 2 — ф0 = 1/3ф; 3 — ф0 = 2/3ф; 4 — ф0 = ф
ТАБЛИЦА 2. Сопоставление результатов при длине шпунта 2 м, ф0 = ф
Глубина (а) по Plaxis 8.2, кПа (av) по Н. А. Цытовичу, кПа Расхождение, %
0,5 89,94 85,23 5,2
1,5 66,58 64.70 2,8
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
Общетехнические задачи и пути их решения
ТАБЛИЦА 3. Значения коэффициента условий работы
Материал конструкции Технология устройства и особые условия Ук
Бетон, железобетон Монолитные гравитационные и гибкие подпорные стены, бетонируемые насухо. Монолитные фундаменты. 0,67
Монолитные гибкие подпорные стены, бетонируемые под глинистым раствором в грунтах естественной влажности. Сборные гравитационные стены и фундаменты. 0,50
Монолитные гибкие стены, бетонируемые под глинистым раствором в водонасыщенных грунтах. Сборные гибкие стены, устраиваемые под глинистым раствором в любых грунтах 0,33
Металл, дерево В мелких и пылеватых водонасыщенных песках 0
В прочих грунтах 0,33
Любой При наличии вибрационных нагрузок на основание 0
Рис. 8. Зависимость коэффициента трения грунтов по стальной диафрагме от их крупности и влажности:
1 — грунт с влажностью 2-7 %; 2 — грунт водонасыщенный; 3 — покрытие диафрагмы битумом
3. В нормативной литературе приводятся значения коэффициента трения грунта о стенку в зависимости от материала стенки и шероховатости, технологии ее устройства и частично от грунтовых условий, которые, в первом приближении, можно использовать для аналитических вычислений.
4. Определив перечисленные выше факторы и используя шпунтовую обойму, можно конструктивно улучшить работу осно-
вания, увеличивая несущую способность фундамента и снижая его осадку.
1. Осадки фундаментов при реконструкции зданий : учеб. пособие / С. И. Алексеев. — Санкт-Петербург : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2009. — 82 с.
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические задачи и пути их решения
2. ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. — Москва : Стандарт-информ, 2011. — 71 с.
3. ГОСТ 20522-96. СП 22.13330-2011. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. — Москва : ИПК Изд-во стандартов, 1997.
4. Механика грунтов / Н. А. Цытович. — Москва : Госстройиздат, 1963. — 636 с.
5. Статика сыпучей среды / В. В. Соколовский. — Москва : Гос. изд-во физико-математической литературы, 1960. — 240 с.
6. СП 22.13330-2011. Основания зданий и сооружений. — Москва, 2011.
7. РД 31.31.24-81. Рекомендации по проектированию причальных сооружений, возводимых по способу «стена в грунте». — Москва, 1981.
8. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов. — Москва, 1991.
УДК 528-482 Н. Н. Богомолова
Петербургский государственный университет путей сообщения
ПРЕДРАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ДЕФОРМАЦИЙ ВЫРАБОТКИ ПРИ СООРУЖЕНИИ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
Предложен алгоритм расчета требуемой точности геодезических работ при наблюдениях за деформациями зоны выработки во время сооружения транспортных тоннелей. Рассмотрены вопросы назначения точности при наблюдениях за деформациями в горизонтальной и вертикальной плоскости. Представлены результаты расчетов и выводы.
геодезический мониторинг деформаций, транспортные тоннели, назначение точности.
Увеличение темпов роста освоения подземного пространства в России в последние годы связано с совершенствованием отечественных технологий тоннелестроения. Лишь в рамках реализации программы по подготовке к зимним Олимпийским играм в Сочи строится более 40 км тоннелей. Строительство проходит в сложных геологических условиях, связанных с высокой тектоно-динамической активностью, сейсмичностью и экзогенными проявлениями.
Согласно [1], изучаемая нами территория находится в восьмибалльной зоне сейсмической интенсивности по карте ОСР-97-А. Эти факторы существенно влияют на развитие и активизацию оползневых процессов, что представляет потенциальную угрозу безопасности ведения работ при строительстве транспортных тоннелей. Необходимость ор-
ганизации безопасного строительного процесса в строго регламентированный срок объясняет актуальность разработки методики мониторинга деформаций при строительстве тоннелей.
Как правило, в зоне выработки реакция грунтового массива на производство проходческих работ проявляется в виде деформационных процессов, протекающих в зоне лба забоя, внутри выработки и в конечной обделке тоннеля, отстающей от забоя на установленную проектом величину.
Следует отметить, что современная геотехническая аппаратура (тензодатчики, экс-тензометры, наклономеры и пр.) позволяет реализовывать мониторинг деформаций впереди забоя, обеспечивая сбор данных о грунтовых характеристиках, опережающих проходку, без применения геодезических средств измерений. Поэтому основные этапы работы при реализации наблюдений за
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
Коэффициент трения стали по грунту гост
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИОННЫЕ И СМАЗОЧНЫЕ
Методы экспериментальной оценки коэффициента трения
Engineering materials and lubricants.
Methods of experimental evaluation of friction coefficient
Дата введения 1989-01-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по стандартам
И.И.Карасик, д-р техн. наук (руководитель темы); В.В.Трушин; Н.Н.Самойлова; О.И.Любушкин; М.Н.Добычин; М.А.Броновец, канд. техн. наук; К.С.Ляпин, канд. техн. наук; О.В.Карагиоз, канд. техн. наук; Н.М.Михин, д-р техн. наук
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24.03.88 N 707
4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, приложения
_________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51652-2000, здесь и далее по тексту. — Примечание «КОДЕКС».
_________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 15527-2004, здесь и далее по тексту. — Примечание «КОДЕКС».
Настоящий стандарт распространяется на методы экспериментальной оценки коэффициента трения при различных видах контактного взаимодействия конструкционных и смазочных материалов, используемых в трущихся сопряжениях.
Стандарт не распространяется на методы оценки коэффициентов трения в сопряжениях из пористых материалов с диаметром пор более 0,2 мм.
1. СУЩНОСТЬ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ
1.1. Предусматриваются следующие методы испытаний.
1.1.1. Испытания с целью оценки адгезионной составляющей коэффициента трения твердых тел при трении без смазывания и с нанесенным на их поверхность смазочным материалом при комнатной температуре (метод 4.1).
Сущность метода состоит во вдавливании образца сферической формы, выполненного из более твердого материала исследуемого сочетания трущихся материалов в направлении нормали к поверхности плоского контробразца силой, вызывающей пластическую деформацию последнего, приведении образца во вращении относительно оси, направленной по нормали к поверхности контробразца, измерении момента сил трения, развиваемых в контакте образца с контробразцом, разгружении образцов и измерении размеров отпечатков на контробразце; затем испытание повторяют при другой силе и по результатам измерений определяют параметры прочности адгезионной связи, по которым оценивают коэффициент трения.
1.1.2. Испытания с целью оценки коэффициента трения качения в зоне контакта шаровой опоры с плоской поверхностью из материалов, используемых в опорах качения (метод 4.2).
Сущность метода состоит в измерении затухающих во времени амплитуд свободных колебаний маятника в результате контакта шаровой опоры с плоской поверхностью испытуемых образцов.
1.1.3. Испытания с целью оценки коэффициента трения материалов и покрытий для узлов трения при ударе (метод 4.3).
Сущность метода состоит в соударении свободно падающего с заданной высоты вращающегося с требуемой частотой вокруг горизонтальной оси образца с горизонтальной плоскостью неподвижного образца, измерении длины и соответствующей продолжительности полета вращающегося образца в результате отскока от неподвижного, по которым вычисляют коэффициент трения.
Испытания по методу 4.3 реализуются в 2 видах: при различных высотах падения () образца в виде кольца (метод 4.3.1.1) и при фиксированной высоте падения (=5000±0,5 мм) образца в виде шара (метод 4.3.1.2).
Схема испытаний для метода 4.1 — в соответствии с черт.1. Установка для метода испытаний 4.2 — в соответствии с рекомендуемым приложением 2. Схема испытаний для метода 4.3 — в соответствии с черт.3.
Схема испытаний по определению адгезионной составляющей коэффициента трения
1 — вращающийся образец; 2, 3 — плоские контробразцы
Схема испытаний по оценке коэффициента трения при ударе
Образцы для испытаний по оценке коэффициента трения при ударе
Неподвижный образец
1 — исследуемая поверхность
Подвижный образец в виде кольца
1 — исследуемая поверхность
2. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ
2.1. Для оценки адгезионной составляющей коэффициента трения (метод 4.1) рекомендуется установка ОТ-1 (с измерительным устройством), описание которой приведено в приложении 1.
Для оценки трения качения (метод 4.2) рекомендуется установка (с измерительным устройством), приведенная в приложении 2.
Испытательная установка должна обеспечивать:
получение вакуума при давлении в рабочей камере не более 10 Па безмасляными средствами откачки;
арретирование колеблющегося маятника до амплитуды не менее 1 рад;
измерение коэффициента трения качения в диапазоне от 10 до 10 при температуре (293±10) К с погрешностью не более 10%.
Колеблющееся тело маятника (черт.7) должно обладать массой (0,8±0,1) кг, обеспечивать период колебаний (3,8±0,2) с, линейную скорость перемещения пятна контакта в пределах 2·10 до 1·10 м/с, настройку положения равновесия в пределах 2·10 рад с погрешностью не более 1·10 рад. Система измерения углов колебаний должна обеспечивать измерение углов в диапазоне 0,021 рад с погрешностью не более 5%.
Для оценки коэффициента трения при ударе (метод 4.3) рекомендуется импульсный трибометр, описание которого приведено в приложении 4.
Установка проведения испытаний по методу 4.3 (черт.2) должна состоять из приспособления для фиксации неподвижного образца, механизма раскручивания и сброса вращающегося образца, устройств для измерения длины и продолжительности полета вращающегося образца.
Приспособление для фиксации неподвижного образца должно обеспечивать его жесткое крепление в положении, обеспечивающем горизонтальное расположение исследуемой поверхности и возможность перемещения образца в горизонтальной плоскости после каждого соударения для смещения центров площадок контактирования последующих соударений подвижного и неподвижного образцов.
Механизм раскручивания и сброса вращающегося образца должен включать привод вращения образца, измерительное устройство для контроля частоты вращения, приспособление освобождения вращающегося образца для падения.
Устройство для измерения длины полета вращающегося образца должно содержать стол, измерительная плоскость которого находится в плоскости исследуемой поверхности неподвижного образца.
Испытательная установка должна обеспечивать вращение образца с регулируемой частотой от 300 до 1000 мин с погрешностью поддерживания заданной частотой не более 2% от требуемой величины частоты.
Устройство контроля частоты вращения образца должно обеспечивать контроль частоты вращения в диапазоне от 300 до 1000 мин с погрешностью не более 0,2% от измеряемой величины.
Измерение длины полета вращающегося образца с погрешностью не более 0,5 мм.
Измерение продолжительности полета вращающегося образца должно производиться с погрешностью не более 1% от измеряемой величины.
Примечание. Допускается заменять устройство для измерения длины полета образца приспособлением для измерения максимальной высоты Н (черт.2) с погрешностью не более 0,5 мм.
2.2. В общем случае технологию изготовления образцов, шероховатость их исследуемых поверхностей и смазочные материалы выбирают в требуемом сочетании.
При испытаниях по методу 4.1 вращающийся образец (черт.1) выполняют из материала не менее чем в 1,5 раза более твердого исследуемого сочетания трущихся материалов.
Плоские контробразцы из материала твердостью не более 450 единиц по ГОСТ 2999-75. Толщина контробразца в соответствии с таблицей.
Доступ к полной версии документа ограничен
Полный текст этого документа доступен на портале с 20 до 24 часов по московскому времени 7 дней в неделю .
Также этот документ или информация о нем всегда доступны в профессиональных справочных системах «Техэксперт» и «Кодекс».
Бесплатная
демонстрация систем
Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте «Техэксперт: Лаборатория. Инспекция. Сертификация» бесплатно
Исследование влияния коэффициента трения между торцами образцов различной высоты и плитами пресса на механические показатели соляных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»
ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ / ТОРЦЕВЫЕ УСЛОВИЯ / КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ / ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ / РАЗРУШАЮЩАЯ ДЕФОРМАЦИЯ / УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГОЁМКОСТЬ ДЕФОРМИРОВАНИЯ / МОДУЛЬ СПАДА / UNIAXIAL COMPRESSION / BUTT CONDITIONS / FRICTION RATIO / ULTIMATE STRENGTH / SPECIFIC CRUSHING ENERGY / BREAKING STRAIN / SLOPE MODULUS
Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Паньков Иван Леонидович, Морозов Иван Александрович
Определен характер влияния коэффициента трения между торцами образца и плитами пресса на значения предела прочности , разрушающей деформации , удельной энергоёмкости деформирования , модуля спада соляных пород, получаемые при сжатии образцов различной высоты. Полученные результаты предназначены для совершенствования методики испытания горных пород на одноосное сжатие .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Паньков Иван Леонидович, Морозов Иван Александрович
Изучение влияния коэффициента трения на механические показатели соляных пород при сжатии образцов различной высоты
Результаты экспериментального исследования влияния трения на механические показатели соляных пород
Изучение масштабного эффекта в соляных породах
Методические аспекты определения прочностных, деформационных и энергетических характеристик соляных пород при прямом растяжении породных образцов в лабораторных условиях
Исследование физико-механических свойств и динамических характеристик горных пород на Ждановском месторождении
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Research on the influence of friction ratio between samples of various height and press plates on the obtained values of salt rock mechanical properties
The influence pattern of friction ratio between samples and press plates on ultimate strength , breaking strain , specific crushing energy and slope modulus obtained during compression tests on samples of various heights was defined. The results obtained are intended for methodology improvement of rock salt uniaxial compression tests
Текст научной работы на тему «Исследование влияния коэффициента трения между торцами образцов различной высоты и плитами пресса на механические показатели соляных пород»
Паньков Иван Леонидович
кандидат технических наук, доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых», Пермский национальный исследовательский политехнический университет 614990, Пермский край, г. Пермь, Комсомольский проспект, д. 29 Тел. +7 (342) 2-198-438, e-mail: ivpan@mi-perm. ru
Морозов Иван Александрович
студент горно-нефтяного факультета,
Пермский национальный исследовательский
614990, Пермский край, г. Пермь,
Комсомольский проспект, д. 29
e-mail: ivan. morozov .perm@yandex.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ МЕЖДУ ТОРЦАМИ ОБРАЗЦОВ РАЗЛИЧНОЙ ВЫСОТЫ И ПЛИТАМИ ПРЕССА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОЛЯНЫХ ПОРОД
Определен характер влияния коэффициента трения между торцами образца и плитами пресса на значения предела прочности, разрушающей деформации, удельной энергоёмкости деформирования, модуля спада соляных пород, получаемые при сжатии образцов различной высоты. Полученные результаты предназначены для совершенствования методики испытания горных пород на одноосное сжатие.
одноосное сжатие, торцевые условия, коэффициент трения, предел прочности, разрушающая деформация, удельная энергоёмкость деформирования, модуль спада
Pankov Ivan Leonidovich
Candidate of Engineering Sciences, The Permsky National Research Polytechnic University, assistant professor 614990, Permsky krai, Komsomolsky prospect, 29 Tel. +7 (342) 2-198-438, e-mail:ivpan@mi-perm.ru
Morozov Ivan Aleksandrovich
The Permsky National Research Polytechnic University, student 614990, Permsky krai, Komsomolsky prospect, 29 Tel.+79194528453, e-mail:ivan.morozov.perm@yandex.ru
RESEARCHING THE INFLUENCE OF FRICTION RATIO BETWEEN SAMPLES OF VARIOUS HEIGHT AND PRESS PLATES ON THE VALUES OF SALT ROCKS’ MECHANICAL PROPERTIES
The influence pattern of friction ratio between samples and press plates on ultimate strength, breaking strain, specific power intensity of deforming and salt rocks modulus fall obtained during compression tests on samples of various heights is defined. The results obtained are intended for improvement the methodology of rock salt uniaxial compression tests.
uniaxial compression, butt conditions, friction ratio, ultimate strength, breaking strain, specific power intensity of deforming, modulus offall.
Для обеспечения безопасности ведения горных работ на всех стадиях горного производства необходимым условием является наличие объективной информации о свойствах пород, базирующейся на современных экспериментальных и теоретических методах их определения [1]. Важнейшим условием безопасного ведения горных работ является соответствие параметров системы разработки горно-геологическим условиям конкретных отрабатываемых участков. При расчете параметров системы разработки одним из основных показателей устойчивости горных выработок является предел прочности на одноосное сжатие. Несмотря на то что ГОСТ 21153.2-84 [2] регламентирует условия проведения лабораторных испытаний по определению предела прочности, при массовых испытаниях горных пород не всегда есть возможность провести эксперимент в соответствии с установленными требованиями.
Как известно, значение предела прочности, получаемое при одноосном сжатии, значительно зависит от величин сил трения между торцами образца и плитами пресса [3, 4, 5, 6]: с возрастанием силы трения фиксируется увеличение значения предела прочности, при этом интенсивность ее влияния на получаемое значение показателя с увеличением высоты образца снижается. Наблюдаемый факт упрочнения образца объясняется формированием неоднородного напряженного состояния его приконтактных зон и выражается в образовании «конусов трения». В свою очередь снижение трения ведет к столбчатому разрушению образца за счет прорастания субвертикальных трещин без образования «конусов трения» [3, 5].
Несмотря на существенное влияние трения на характер деформирования и разрушения, ни в одной из указанных работ не приводятся значения зависимости влияния коэффициента трения на определяемые механические показатели. Таким образом, для совершенствования методики испытания горных пород актуальными являются исследования, направленные на изучение влияния коэффициента трения на механические показатели пород при сжатии.
Исследование влияния коэффициента трения между торцами и плитами пресса на механические показатели пород при сжатии образцов различной высоты проводилось на примере 49 образцов тонко-среднеслоистой каменной соли Усть-Яйвинского участка Верхнекамского калийного месторождения.
Коэффициенты трения определялись на универсальном испытательном комплексе «МТБ 816» на образцах высотой 30 мм и диаметром 100 мм для контактов «соль-фторопласт», «соль-металл», «соль-абразивный материал» (абразивный материал — шкурка марки 12-Н СФЖ У1С). С этой целью образец фиксировался в нижней матрице испытательной установки с помощью раствора гипса, а к верхней матрице жестко крепились испытываемые материалы: абразивный материал, лист фторопласта, специально изготовленная металлическая пластина. Каждый образец проходил серию экспериментов при разных величинах вертикальной нагрузки: от 2,4 до 55,2 МПа с шагом 4,8 МПа. Схема нагружения образца, помещённого в испытательную установку, приведена на рис. 1.
По результатам испытаний для каждого образца строилась зависимость силы трения ^тр, возникающей между испытываемым материалом и торцом образца, от перемещения к нижней матрицы установки с помещенным в нее образцом относительно верхней матрицы (рис. 2).
Рис. 1 — Схема нагружения образца при испытании на «трение»: 1 — верхняя матрица; 2 — образец каменной соли; 3 — нижняя матрица; 4 — слой гипса; 5 — пластина с прикрепленным испытываемым
материалом. N — вертикальная сила,
^тр — сила трения между образцом и испытываемым
^сдв — сдвиговая сила
Рис. 2 — Зависимость силы трения ^тр от перемещения к одного из образцов относительно верхней матрицы установки: А и В — точки, соответствующие силам трения покоя и скольжения
Определение коэффициента трения покоя, соответствующего пиковому значению силы трения, и коэффициента трения скольжения, определяющего величину силы трения скольжения, оказывающей сопротивление движению в процессе перемещения образца по испытываемому материалу, осуществлялось согласно закону Амонтона [7, 8]:
где р — коэффициент трения покоя (скольжения); ^ — вертикальная сила, действующая на образец в испытательной установке; — сила трения между образцом и испытываемым материалом, которая определялась в точках А и В (рис.2), соответствующих силе (коэффициенту) трения покоя (точка А) и силе (коэффициенту) трения скольжения (точка В).
Искомые значения коэффициентов трения покоя и скольжения (табл. 1) определялись как средние значения по трем образцам для каждого типа контакта.
Значения коэффициентов трения различных типов контактов
Контакт Коэффициент трения покоя Коэффициент трения скольжения
«Соль-абразивный материал» 0,50 ±0,1 0,33 ±0,09
«Соль-металл» 0,30 ±0,03 0,23 ±0,03
«Соль-фторопласт» 0,05 ±0,01 0,01 ±0,004
Испытания на сжатие проводились на образцах диаметром 100 мм и отношением высоты к диаметру 0,75; 1,00; 1,25; 1,50 на испытательной установке «Тош^гт 2041» при определенных ранее торцевых условиях.
На рис. 3а, 3б, 3в представлены фотографии образцов, испытанных на сжатие, с отношением высоты к диаметру, равным 1. На рис. 3, а представлен образец, испытанный при контакте «соль-абразивный материал». В данном случае на торцах наблюдалось образование ярко выраженных «конусов трения» (рис. 3, а). При испытании образца, контактирующего с металлом, также наблюдалось образование «конусов трения» (рис. 3, б), но с менее четкой границей. Рис. 3, в соответствует столбчатому разрушению образца, испытанному при контакте «соль-фторопласт», без образования «конусов трения» за счет прорастания субвертикальных трещин. Полученные типы разрушения соответствуют данным [3, 5, 6].
Рис. 3 — Разрушение образцов каменной соли с отношением высоты к диаметру 1 при различных торцевых условиях:
а — сжатие по абразивному материалу; б — сжатие по металлу; в — сжатие по фторопласту
По результатам экспериментов на сжатие каждого образца строилась полная диаграмма деформирования (рис. 4), и по методике, описанной в [4], определялся следующий комплекс механических показателей: предел прочности, разрушающая деформация, предел упругости, упругая деформация, секущий модуль деформации (тангенс угла наклона прямой, проходящей через начало координат и точку на диаграмме деформирования, соответствующую пределу прочности), касательный модуль деформации (тангенс угла наклона линейной части диаграммы деформирования, соответствующей упругой области), модуль упругости, модуль спада (тангенс угла наклона линейной части диаграммы деформирования, соответствующей запредельной области деформирования), удельная энергоемкость деформирования.
Рис. 4 — Характерные диаграммы деформирования, полученные при сжатии образцов каменной соли с отношением высоты к диаметру 1 для торцевых условий: 1 — «соль-фторопласт»; 2 — «соль-металл»; 3 — «соль-абразивный материал»
Для анализа полученных данных экспериментальных исследований построены качественные зависимости влияния коэффициента трения покоя между торцами образца и плитами пресса при сжатии образцов каменной соли различной высоты на предел прочности (рис. 5, а), разрушающую деформацию (рис. 5, б), удельную энергоемкость деформирования (рис. 5, в), модуль спада (рис. 5, г).
На рис. 5, а видно, что при отношении высоты к диаметру образца 0,75 и увеличении коэффициента трения покоя с 0,1 до 0,5 происходит рост значения предела прочности с 22 до 36 МПа. При этом разрушающая деформация возрастает с 3 до 7% (рис. 5, б), удельная энергоемкость деформирования — с 0,5 до 4,5 МДж/м3 (рис. 5, в). Увеличение отношения высоты к диаметру с 0,75 до 1,50 ведет к снижению влияния коэффициента трения на значения предела прочности, разрушающей деформации и удельной энергоемкости деформирования. Так для образцов с отношением высоты к диаметру 1,50 увеличение коэффициента трения с 0,1 до 0,5 влечет за собой рост значения предела прочности с 20 до 24 МПа (рис. 5, а), разрушающей деформации — с 2 до 3% (рис. 5, б), удельной энергоемкости деформирования — с 0,5 до 1,0 МДж/м3 (рис. 5, в). При увеличении отношения высоты к диаметру образца с 0,75 до 1,50 наблюдается рост модуля спада: при отношении высоты к диаметру 0,75 модуль спада с увеличением коэффициента трения с 0,1 до 0,5 изменяется с 0,8 до 0,4 ГПа, а при отношении высоты к диаметру 1,50 — с 1,6 до 0,8 ГПа (рис. 5, г).
Рис. 5 — Характер изменения а — предела прочности; б — разрушающей деформации; в — удельной энергоемкости деформирования; г — модуля спада при сжатии каменной соли в зависимости от коэффициента трения покоя и высоты образца
В ходе экспериментальных исследований по изучению влияния торцевых условий на механические показатели соляных пород при сжатии образцов различной высоты определены коэффициенты трения контактов: «соль-абразивный материал», «соль-металл», «соль-фторопласт»; проведены экспериментальные исследования по сжатию образцов соляных пород при определенных ранее контактных условиях; определен характер влияния торцевых условий и высоты образца на предел прочности, разрушающую деформацию, удельную энергоемкость деформирования, модуль спада.
Установлено, что с ростом высоты образца и уменьшением коэффициента трения между его торцами и плитами пресса наблюдается снижение предела прочности, уменьшение удельной энергоемкости деформирования и разрушающей деформации. При этом фиксируется увеличение модуля спада.
Также необходимо отметить, что наиболее полно условия одноосного сжатия обеспечиваются при контакте «соль-фторопласт», о чем свидетельствует столбчатое разрушение высоких образцов при данном контакте за счет прорастания субвертикальных трещин.
В рамках дальнейших исследований планируется провести серию дополнительных испытаний с целью повышения статистической значимости экспериментальных данных и определения функциональных зависимостей вида
где Ро — значение механического показателя, соответствующее одноосному сжатию, которое определяется как функция / от значения механического показателя Р, полученного при лабораторных испытаниях на сжатие в условиях, несоответствующих условиям одноосного сжатия («одноосное сжатие» с высокими значениями коэффициентов трения на контактах), отношения высоты к диаметру образца * и коэффициента трения покоя ц между торцами образца и плитами пресса. ^
При оценке устойчивости соляного массива ведущую роль играют прочностные характеристики, получаемые на образцах в лабораторных условиях.
В настоящее время зависимости, применяемые для расчета значений механических показателей соляных пород, в явном виде не содержат коэффициентов трения [9]. Зависимости вида (1) позволят более точно определять показатели соляных пород, что в свою очередь повысит точность оценки устойчивости элементов системы разработки.
1. Барях А.А. Фундаментальные основы мониторинга безопасности освоения георесурсов в сложных горно-геологических условиях / А.А. Барях// «Дни наук о Земле на Урале». Круглый стол «Горно-металлургический комплекс Урала — современные проблемы и пути их решения»:материалы всероссийской научной конференции с международным участием — Екатеринбург: Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2012. -160 с.
2. ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии.- М.: Изд-во стандартов, 1985. -10 с.
3. Проскуряков Н.М. Физико-механические свойства соляных пород / Н.М. Проскуряков, Р.С. Пермяков, А.К.Черников. — Л.: Недра, 1973.-271 с.
4. Барях А.А.Физико-механические свойства соляных пород Верхнекамского калийного месторождения: учеб. пособие / А.А. Барях, В.А. Асанов, И.Л. Паньков. -Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008.- 199 с.
5. Баклашов И.В. Геомеханика: учебник для вузов:в 2 т. / И.В.Баклашов. — М.: Изд-во МГГУ, 2004. — Т. 1. Основы геомеханики.- 208 с.
6. Карташов Ю.М. Прочность и деформируемость горных пород / Ю.М.Карташов и др. — М.: Недра, 1979.- 269 с.
7. Пенкин Н.С. Основы трибологии и триботехники: учеб. пособие / Н.С. Пенкин, А Н. Пенкин, В.М. Сербин. — М.: Машиностроение, 2008.- 206 с.
8. Тагильцев С.Н. Базовые понятия геомеханики — трение и деформация / С.Н. Тагильцев // Геомеханика в горном деле: доклады научно-технической конференции 12 — 14 октября 2011 г. — Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2012.-261 с.
9. Указания по защите рудников от затопления и охране объектов на земной поверхности от вредного влияния подземных горных разработок в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей.- Л.: ВНИИГ, 2004. -88с.