Analytical Method for Calculation of the Strength of Cylindrical Rock Specimens during Their Longitudinal Stress
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
M.S. Poliakov Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnipro
Abstract
ENG: The goal of this research is to develop a method for calculating the strength of cylindrical rock specimens under axial failure. This will allow for the management of the stress-strain state of rock masses, which is an important issue for many mining companies. To achieve this goal, analytical modeling of the process of failure of cylindrical rock specimens under axial failure was carried out. This was done using experimental values of four indicators of rock properties: shear strength, coefficients of internal and external friction, and elasticity modulus. The results of this research allow for the determination of the ultimate strength and residual strength of cylindrical rock specimens using the four property indicators. These indicators can be experimentally determined using simple methods in laboratory conditions of mining companies. The scientific novelty of this research lies in the fact that analytical modeling of the process of failure of cylindrical rock specimens under axial failure was conducted for the first time, taking into account internal and external friction. This allowed for new results to be obtained and provided a basis for the development of new methods for managing the state of rock masses. The practical significance of this research lies in the fact that the proposed method allows for the determination of the ultimate and residual strength of rock specimens using four property indicators. These indicators can be experimentally determined in mining company laboratories, making the calculation results applicable for the management of the state of rock masses and the efficient destruction of rocks during disintegration. Thus, this method has significant practical significance for the mining industry. A method for calculating the strength of cylindrical specimens under longitudinal failure mode has been developed. The average convergence of calculated strength values with fс = 0.5 to experimental data is 83.4%, which corresponds to a good level of reliability for rock materials. It has been shown that the self-organization of longitudinal failure mode in cylindrical rock specimens occurs in accordance with Coulomb's criterion of maximum effective shear stress, which has been improved to account for contact friction.
UKR: Мета даного дослідження полягає у розробці методу розрахунку міцності циліндричних зразків гірських порід за їх поздовжньої форми руйнування. Це, у свою чергу, дозволить керувати напружено-деформованим станом гірничого масиву, що є важливим питанням для багатьох гірничих підприємств. Для досягнення цієї мети було проведено аналітичне моделювання процесу руйнування циліндричних зразків гірських порід за їх поздовжньої форми руйнування. Це було зроблено з використанням експериментальних значень чотирьох показників властивостей гірських порід: межі опору зсуву, коефіцієнтів внутрішнього та зовнішнього тертя та модуля пружності. Результати цього дослідження дозволяють визначити межу міцності та залишкову міцність циліндричних зразків гірських порід, використовуючи чотири показники властивостей. Ці показники можуть бути встановлені експериментально за допомогою простих методів у лабораторних умовах гірничих підприємств. Наукова новизна цього дослідження полягає в тому, що вперше було проведено аналітичне моделювання процесу руйнування циліндричних зразків гірських порід за їх поздовжньої форми руйнування з урахуванням внутрішнього та зовнішнього тертя. Це дозволило отримати нові результати та дало підставу для розробки нових методів керування станом гірничого масиву. Практична значимість цього дослідження полягає в тому, що запропонований метод дозволяє визначити межу і залишкову міцність зразків гірських порід, використовуючи чотири показники властивостей. Ці показники можуть бути експериментально встановлено в лабораторіях гірничих підприємств, що робить результати розрахунку оперативно застосовними для управління станом гірничого масиву та ефективного руйнування порід при дезінтеграції. Таким чином, цей метод має велику практичну значимість для гірничодобувної промисловості. Розроблений метод розрахунку міцності циліндричних зразків при довготривалій формі руйнування. Середня збіжність розрахункових значень межі міцності при f с = 0,5 з експериментальними даними становить 83,4%, що відповідає високому рівню достовірності для гірських порід. Показано, що самоорганізація довготривалої форми руйнування циліндричних зразків гірських порід відбувається відповідно до критерію максимальних ефективних тангенціальних напружень Кулона, удосконаленого з урахуванням контактного тертя.
UKR: Мета даного дослідження полягає у розробці методу розрахунку міцності циліндричних зразків гірських порід за їх поздовжньої форми руйнування. Це, у свою чергу, дозволить керувати напружено-деформованим станом гірничого масиву, що є важливим питанням для багатьох гірничих підприємств. Для досягнення цієї мети було проведено аналітичне моделювання процесу руйнування циліндричних зразків гірських порід за їх поздовжньої форми руйнування. Це було зроблено з використанням експериментальних значень чотирьох показників властивостей гірських порід: межі опору зсуву, коефіцієнтів внутрішнього та зовнішнього тертя та модуля пружності. Результати цього дослідження дозволяють визначити межу міцності та залишкову міцність циліндричних зразків гірських порід, використовуючи чотири показники властивостей. Ці показники можуть бути встановлені експериментально за допомогою простих методів у лабораторних умовах гірничих підприємств. Наукова новизна цього дослідження полягає в тому, що вперше було проведено аналітичне моделювання процесу руйнування циліндричних зразків гірських порід за їх поздовжньої форми руйнування з урахуванням внутрішнього та зовнішнього тертя. Це дозволило отримати нові результати та дало підставу для розробки нових методів керування станом гірничого масиву. Практична значимість цього дослідження полягає в тому, що запропонований метод дозволяє визначити межу і залишкову міцність зразків гірських порід, використовуючи чотири показники властивостей. Ці показники можуть бути експериментально встановлено в лабораторіях гірничих підприємств, що робить результати розрахунку оперативно застосовними для управління станом гірничого масиву та ефективного руйнування порід при дезінтеграції. Таким чином, цей метод має велику практичну значимість для гірничодобувної промисловості. Розроблений метод розрахунку міцності циліндричних зразків при довготривалій формі руйнування. Середня збіжність розрахункових значень межі міцності при f с = 0,5 з експериментальними даними становить 83,4%, що відповідає високому рівню достовірності для гірських порід. Показано, що самоорганізація довготривалої форми руйнування циліндричних зразків гірських порід відбувається відповідно до критерію максимальних ефективних тангенціальних напружень Кулона, удосконаленого з урахуванням контактного тертя.
Description
M. Malich: ORCID 0000-0003-4967-5378
Keywords
rock, strength limit, destruction, crack, stress-strain diagram, аміди жирних кислот, гірська порода, межа міцності, руйнування, тріщина, діаграма напруження-деформація, КГМ
Citation
Vasyliev L. M., Vasyliev D. L., Malich M. H., Katan V. A., Rizo Z. N. Oleochemical Analytical Method for Calculation of the Strength of Cylindrical Rock Specimens during Their Longitudinal Stress. Geo-Technical Mechanics. 2023. Iss. 164. P. 53–60. DOI: https://doi.org/10.15407/geotm2023.164.053.