Александр Сергеевич Вознесенский – доктор технических наук, профессор кафедры физических процессов горного производства и геоконтроля
г. Москва
Scopus ID 57210211383
Aleksandr S. Voznesenskii – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Physical Processes of Mining and of Geocontrol
Moscow
Scopus ID 57210211383
Егор Игоревич Ушаков – аспирант кафедры физических процессов горного производства и геоконтроля
г. Москва
Scopus ID 57467483000
Egor I. Ushakov – PhD student of the Department of Physical Processes of Mining and of Geocontrol
Moscow
Scopus ID 57467483000
Ярослав Олегович Куткин – кандидат технических наук, доцент кафедры физических процессов горного производства и геоконтроля
г. Москва
Yaroslav O. Kutkin – Cand. Sci. (Eng.), Associate professor of the Department of Physical Processes of Mining and of Geocontrol
Moscow
Scopus ID 56554219800
The relevance of the subject is determined by the need to solve the problem of ensuring the safety and prevent failure of facilities containing an interface between rock and concrete. These include mine shafts, hydroelectric dams in mountainous areas, reinforced concrete tunnel supports and others that are subjected to both static loads from overlying rocks and soils and dynamic loads from explosions and earthquakes. We perfomed laboratory tests according to the International Society for Rock Mechanics (ISRM) methodology on specimens with interfaces between gypsum stone and sand-cement mortar. The fracture toughness coefficient KIC of the interfaces in the specimens was investigated. The cylindrical specimens were 40 mm in diameter and 150 mm long with a V-shaped notch in the middle part. The specimens bending strain measured using a three-point pattern allowed the KIC to be determined based on the maximum force at 5–6 cycles. The average KIC value for interface between rock and concrete proved much lower than that for rock and even for specimens made entirely of concrete. For the specimens without concrete, the average value was 1.327 MPa×√m, and for fully concrete specimens, 0.858 MPa×√m. The average value KIC for the specimens with concrete was 0.323 MPa×√m, which was 4 times lower than that for the specimens without concrete and 2.5 times lower than that for the concrete specimens. The formation of a calibrated fracture during testing results in a relative increase in the internal mechanical loss factor Q−1, determined by the resonance method, by up to 30%. This allows estimating KIC fracture toughness coefficients of rock-concrete interfaces using Q−1. The obtained results can be used in actual practice in the design, operation, and organization of nondestructive testing and monitoring of industrial mining facilities that include these interfaces.
Актуальность темы определяется необходимостью решения задачи обеспечения сохранности и отсутствия разрушения объектов, содержащих границы раздела между горной породой и бетоном. К ним относятся шахтные стволы, плотины гидроэлектростанций в горных районах, железобетонная крепь тоннелей и другие, испытывающие воздействия как статических нагрузок от вышележащих пород и грунтов, так и динамические воздействия от взрывов и землетрясений. Лабораторные эксперименты проводились по методике Международного общества по механике горных пород (ISRM) на образцах с границами между гипсовым камнем и песчано-цементным раствором. Исследовался коэффициент трещиностойкости KIC границ раздела в образцах. Цилиндрические образцы имели диаметр 40 мм и длину 150 мм с V-образным вырезом в средней части. Деформирование образцов при изгибе по трехточечной схеме позволило определить KIC исходя из максимального усилия при 5–6 циклах. Среднее значение KIC между породой и бетоном оказалось намного ниже, чем для горной породы и даже для образцов полностью из бетона. Для образцов без бетона среднее значение составило 1,327 МПа×√м, а для полностью бетонных образцов 0,858 МПа×√м. Среднее значение KIC для образцов с бетоном составило 0,323 МПа×√м, что в 4 раза меньше, чем для образцов без бетона, и в 2,5 раза меньше, чем для бетонных образцов. Образование калиброванной трещины при испытании приводит к относительному увеличению коэффициента внутренних механических потерь Q–1, определяемого резонансным методом, до 30 %. Это позволяет оценить коэффициенты трещиностойкости KIC границ раздела горная порода – бетон с использованием Q–1. Полученные результаты могут быть использованы на практике при проектировании, эксплуатации, а также организации неразрушающего контроля и мониторинга промышленных объектов горного производства, включающих данные границы раздела.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.