Материал: ShashenkoSzdvigkovaGapeev_monograf

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

О

ПРЕДЕЛЕНИЕ

 

КОЭФФИЦИЕНТА

 

СТРУКТУРНОГО

 

ОСЛАБЛЕНИЯ

 

НА

 

ОСНОВЕ

 

ВЕРОЯТНОСТНО

-

СТАТИСТИЧЕСКИХ

 

МОДЕЛЕЙ

 

 

 

135

ми

, 

составляющая

 50-55%. 

Указывается

, 

что

 

соотношение

 (5.51) 

удовлетвори

-

тельно

 

соблюдается

 

для

 

всех

 

обследованных

 

систем

 

трещин

. 

Следуя

 

выбранной

 

статистической

 

модели

, 

определим

 

вероятность

 

того

, 

что

 

расстояние

 

между

 

трещинами

 

некоторой

 

системы

 

будет

 

не

 

менее

 

некоторо

-

го

 

критического

 

значения

 

*

l

: 

( )

∫

⎟

⎟
⎠

⎞

⎜

⎜
⎝

⎛

−

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

−

=

≥

*

0

2

2

*

2

2

*

2

exp

2

exp

1

l

l

dx

x

x

l

l

p

σ

σ

σ

. 

   

Разрешив

 

это

 

уравнение

 

относительно

 

*

l

, 

получим

: 

p

l

ln

2

2

2

*

σ

−

=

.   

 

 

 

 

 

С

 

учетом

 (5.51) 

значение

 

*

l

 

будет

 

равно

 

p

m

p

l

ln

2

52

,

0

ln

2

*

−

=

−

=

σ

.   (5.52) 

Например

, 

с

 

вероятностью

 65

,

0

=

p

 

все

 

значения

 

l

 

будут

 

не

 

меньше

 

вели

-

чины

  

m

m

m

m

l

48

,

0

52

,

0

*

=

−

=

−

=

σ

.    

С

 

учетом

 

полученных

 

соотношений

, 

при

 

определении

 

коэффициента

 

влия

-

ния

 

трещин

 

в

 

формуле

 (5.31) 

положим

, 

что

  

p

l

m

l

l

m

ln

2

52

,

0

0

0

−

=

.  

 

 

(5.53) 

В

 

табл

. 5.7 

приведены

 

значения

 

показателей

 

асиметрии

 

и

 

эксцесса

 

′

2

1

β

,

′

2

β

 

(

формулы

 (5.47) 

и

 (5.48)), 

полученные

 

для

 

различных

 

значений

 

0

l

m

 

в

 

предпо

-

ложении

, 

что

 

расстояния

 

между

 

трещинами

 

не

 

меньше

 

значения

 

σ

−

=

m

l

*

. 

Расчеты

 

выполнены

 

при

 

3

,

0

)

(

=

α

f

 

и

 

2

A

. = 1,2. 

background image

Р

АЗДЕЛ

 

5 

 

 

136

Таблица

 5.7 

Значения

 

показателей

 

асимметрии

 

и

 

эксцесса

 «

исправленного

» 

вариационного

 

ряда

 

с

 

учетом

 

случайного

 

распределения

 

расстояний

 

между

 

трещинами

 

0

l

m

 

ν

 

′

2

1

β

 

′

2

β

 

1,0 
1,5 
2,0 
2,5 
3,0 
10 

0,5 
0,6 
0,66 
0,71 
0,75 
0,9 

1,60 
1,07 
0,77 
0,58 
0,48 
0,13 

5,91 
4,88 
4,33 
4,01 
3,78 
3,12 

 

При

 

среднем

 

расстоянии

 

между

 

трещинами

, 

меньшем

 

размеров

 

образца

, 

точки

 

на

 

плоскости

 

1

β

2

,

2

β

 

близки

 

к

 

гамма

-

распределению

. 

Но

 

по

 

мере

 

прибли

-

жения

 

соотношения

 

0

l

m

 

к

 

единице

 

распределение

 

стремится

 

к

 

логарифмиче

-

ски

 

нормальному

, 

что

 

в

 

наибольшей

 

степени

 

отвечает

 

физической

 

сути

 

иссле

-

дуемой

 

случайной

 

величины

 – 

прочности

 

структурных

 

элементов

 

на

 

сжатие

. 

Таким

 

образом

, 

вид

 

распределения

 

случайной

 

величины

 – 

предела

 

прочно

-

сти

 

структурных

 

элементов

 

породного

 

массива

, 

зависит

 

от

 

среднего

 

расстояния

 

между

 

прирожденными

 

трещинами

 

преобладающей

 

системы

, 

разброса

 

значе

-

ний

 

этих

 

расстояний

 

и

 

угла

 

наклона

 

трещин

 

к

 

оси

 

нагружения

. 

Количественно

  

это

 

отражается

 

на

 

показателях

 

асимметрии

 

и

 

эксцесса

 

статистического

 

распре

-

деления

, 

служащих

 

ориентиром

 

для

 

выбора

 

статистической

 

модели

 

исследуе

-

мого

 

количественного

 

признака

. 

При

 

этом

 

следует

 

отметить

, 

что

 

в

 

общем

 

слу

-

чае

 

форма

 

распределения

 

не

 

определяется

 

однозначно

 

показателями

 

асиммет

-

рии

 

и

 

эксцесса

. 

Поэтому

 

гипотезы

 

о

 

законе

 

распределения

 

случайных

 

величин

, 

в

 

частности

 

механических

 

характеристик

 

горных

 

пород

, 

следует

 

выдвигать

, 

не

 

только

 

анализируя

 

их

 

моменты

 

распределения

 

и

 

вид

 

эмпирических

 

гистограмм

 

частот

, 

но

 

и

 

исходя

 

из

 

физической

 

сути

 

этих

 

величин

. 

В

 

Приложении

 

Б

 

приве

-

дена

 

сводка

 

непрерывных

 

распределений

, 

наиболее

 

часто

 

используемых

 

для

 

background image

О

ПРЕДЕЛЕНИЕ

 

КОЭФФИЦИЕНТА

 

СТРУКТУРНОГО

 

ОСЛАБЛЕНИЯ

 

НА

 

ОСНОВЕ

 

ВЕРОЯТНОСТНО

-

СТАТИСТИЧЕСКИХ

 

МОДЕЛЕЙ

 

 

 

137

описания

 

различных

 

случайных

 

величин

, 

в

 

том

 

числе

 

и

 

механических

 

характе

-

ристик

 

материалов

. 

Вернемся

 

к

 

вопросу

 

о

 

том

, 

как

 

вид

 

функции

 

вероятностного

 

распределения

 

прочности

 

структурных

 

элементов

 

определяет

 

в

 

соответствии

 

с

 

равенством

 

(5.3) 

значение

 

прочности

 

породного

 

массива

 

в

 

целом

. 

background image

Р

АЗДЕЛ

 

6 

 

 

138

6. 

ВЕРОЯТНОСТНО

-

СТАТИСТИЧЕСКАЯ

 

МОДЕЛЬ

 

ПРОЧНОСТИ

 

ПОРОДНОГО

 

МАССИВА

 

С

 

УЧЕТОМ

 

МАКРОДЕФЕКТОВ

 

 

6.1. 

Обоснование

 

закона

 

распределения

 

прочности

 

породного

 

массива

 

с

 

учетом

 

влияния

 

макродефектов

 

В

 

разделе

 5.1 

на

 

основе

 

решения

 

уравнения

 (5.3) 

получено

 

выражение

 

для

 

коэффициента

 

структурного

 

ослабления

 (5.1) 

в

 

предположении

, 

что

 

прочность

 

структурных

 

элементов

 

распределена

 

по

 

нормальному

 

закону

 

и

 

F(R

) – 

инте

-

гральная

 

функция

 

нормального

 

распределения

.  

В

 

соответствии

 

с

 (5.8), 

основной

 

величиной

, 

служащей

 

для

 

количествен

-

ной

 

оценки

 

структурного

 

ослабления

, 

является

 

относительная

 

вариация

 

проч

-

ности

 

структурных

 

элементов

. 

В

 

главе

 5 

показано

, 

что

 

реальная

 

вариация

 

проч

-

ности

 

структурных

 

элементов

, 

характерная

 

для

 

всей

 

генеральной

 

совокупности

, 

намного

 

значительнее

 

той

, 

что

 

получается

 

в

 

результате

 

обработки

 

выборки

. 

Причина

 

такого

 

несоответствия

 – 

наличие

 

в

 

генеральной

 

совокупности

 

дефект

-

ных

 

элементов

, 

прочность

 

которых

  

меньше

 

прочности

 

ненарушенных

 

элемен

-

тов

. 

В

 

соответствии

 

с

 

полученными

 

формулами

 (5.38) 

и

 (5.35), 

вариация

 

проч

-

ности

 

определяется

  

расстоянием

 

между

 

трещинами

 

m

l

 

и

 

углом

 

наклона

 

трещи

-

ны

 

α

 

к

 

горизонтальной

 

оси

. 

С

 

учетом

 

того

, 

что

 

расстояние

 

между

 

трещинами

 

также

 

является

 

величиной

 

случайной

 

и

 

характеризуется

 

определенным

 

разбро

-

сом

 

относительно

 

своего

 

математического

 

ожидания

 

m

, 

объединяя

 

формулы

 

(5.38), (5.31) 

и

 (5.52), 

получим

 

систему

 

из

 

четырех

 

уравнений

 

для

 

определения

 

вариации

 

прочности

 

породного

 

массива

: 

(

)

⎪

⎪

⎪

⎩

⎪

⎪

⎪

⎨

⎧

+

+

=

−

+

=

,

1

)

(

,

1

1

0

0

1

2

2

1

2

/

l

l

f

l

l

K

K

K

m

m

α

η

η

   

 

 

 

(6.1) 

background image

В

ЕРОЯТНОСТНО

-

СТАТИСТИЧЕСКАЯ

 

МОДЕЛЬ

 

ПРОЧНОСТИ

 

ПОРОДНОГО

 

МАССИВА

 

С

 

УЧЕТОМ

 

МАКРОДЕФЕКТОВ

 

 

 

139

⎪

⎪

⎪

⎩

⎪

⎪

⎪

⎨

⎧

−

=

+

+

=

.

ln

2

52

,

0

,

1

)

(

0

0

0

2

0

2

p

l

m

l

l

l

l

f

l

l

K

m

m

m

α

 

    (6.1) 

Здесь

 

m

 – 

среднее

 

рас

-

стояние

 

между

 

трещинами

, 

0

l

 – 

размер

 

стандартного

 

образца

, 

p

 – 

заданная

 

вероятность

, 

с

 

которой

 

определяется

 

расстоя

-

ние

 

между

 

трещинами

, 

)

(

α

f

 – 

функция

 

снижения

 

прочности

 

структурных

 

элементов

, 

со

-

держащих

 

макродефекты

 

(5.49). 

На

 

рис

. 6.1 

показано

 

из

-

менение

 

относительной

 

вариа

-

ции

   

прочности

 

в

 

зависимости

 

от

 

определяющих

 

ее

 

факторов

. 

Из

 

графиков

 

видно

, 

что

 

если

 

по

 

данным

 

лабораторных

 

испыта

-

ний

 

получена

 

относительная

 

вариация

 

прочности

 

образцов

 

в

 

пределах

 30-45 %, 

то

 

реальная

 

вариация

 

для

 

ге

-

неральной

 

совокупности

 – 

породного

 

массива

 

в

 

пределах

 

изучаемой

 

литологи

-

ческой

 

разности

 – 

с

 

учетом

 

естественной

 

трещиноватости

 

составляет

 50-80 %. 

При

 

такой

 

значительной

 

вариации

 

гипотеза

 

о

 

нормальном

 

распределении

 

проч

-

ности

 

структурных

 

элементов

 

совершенно

 

неприемлема

. 

Об

 

этом

 

же

 

говорят

 

значения

 

асимметрии

 

и

 

эксцесса

, 

также

 

определяемых

 

с

 

учетом

 

макродефектов

 

по

 

формулам

 (5.19) 

с

 

учетом

 (5.46). 

Таким

 

образом

, 

в

 

качестве

 

вероятностной

 

модели

 

исследуемого

 

признака

 

следует

 

принять

 

соответствующее

 

этим

 

значе

-

Рис

. 6.1. 

Зависимость

 

относительной

 

ва

-

риации

 

прочности

 

породного

 

массива

 

от

 

расстояния

 

между

 

трещинами

 (

для

 

случая

 

кососекущих

 

трещин

 

с

 

α

=45

0

): 1, 2 , 3, 4, 5 

– 

при

 

вариации

 

прочности

 

породных

 

образ

-

цов

 

η

=0,3; 0,45; 0,55; 0,65; 0,7  

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/15175