Масштабний ефект в гірських породах

В результаті виконання великої кількості випробувань на одноосьове стиснення, було встановлено, що міцність геометрично подібних зразків неоднакова. Це явище було назване масштабним ефектом, а причини, що його викликають, масштабним фактором.

Цікаво, що зміна показника міцності може коливатися як в бік його зменшення, так і в бік збільшення. Так, наприклад, дослідження Е.І. Ільницкої показали, що міцність зразків мармуру при збільшенні їх діаметру в 5, 8 рази знизилася в 1, 33 рази (рис.4), а зразків габбро—1, 15 рази.

Рис.4. Залежність міцності зразків від їх розмірів (за Е.І. Ільницкою)

1—габбро, 2—мармур.

Аналогічні результати були отримані і іншими дослідниками.

Разом з тим, є ряд досліджень, виконаних достатньо коректно, які показують, що із збільшенням розмірів зразка міцність його росте. Пояснення цьому дав М.І.Койфман. На його думку існує два види масштабного ефекту: поверхневий і об'ємний.

Поверхневий масштабний ефект з'являється внаслідок порушення поверхневого шару зразка при обробці. Причому, чим менший зразок, тим істотніше проявляється поверхневий ефект.

Суть об'ємного масштабного ефекту полягає у тому, що для реальних структурно неоднорідних тіл вірогідність появи дефекту (тріщина, слабке включення і т.п.) вища у крупних тіл. Тому із збільшенням об'єму міцність зразків неминуче повинна падати. Об'ємний масштабний ефект М.І. Койфман назвав головним.

Природно припустити, що міцність на одноосьове стиснення породного зразка буде завжди вищою, ніж міцність масиву гірських порід.

У зв'язку з цим було введене поняття коефіцієнта структурного послаблення, рівного відношенню межі міцності на одноосьове стиснення порідного масиву до межі міцності зразка, тобто

(6)

Встановлення об’єктивного значення величини являє собою важку задачу, вирішенню якої присвячені численні аналітичні та експериментальні роботи.