Способ определения прочности горных пород

 

Изобретение относится к физикомеханическим испытаниям материалов и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях. Цель изобретения - снижение трудоемкости : испытаний. Выбирают плоский образец горной породы, нагружают его по торцам в двух коаксиальных областях. Вначале нагружают образец равномерно распределенной по всей поверхности торцов нагрузкой, не доводя его до разрзппения. Затем поддерживают давление на внешнюю сжимаемую область торцов постоянным. Давление на внутреннюю вжимаемую область торцов увеличивают до наступления напряженного состояния породы во внутренней области образца. Затем снижают давление на внешшою область образца, что приос-. танавливает процесс разрушения образца .После этого пригружают внутреннюю область п ри постоянном давлении до наступления предельного напряжения состояния при равном давлении на внешней и внутренней областях в момент I времени. Число реализуемых при испытаниях образца предельных состояний определяется количеством ступеней снижения величины нагрузки внешней области. 1 ил., I табл. е (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1446302 А 1

gg 4 Е 21 С 39/00, G 01 N 3/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГНКТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, " "-",Н АВТОРСКОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ, (2I) 4197306/22-03 (22) 18.02.87 (46) 23.12.88. Бюл. 1Ф 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского цела (72) N.M.Êàðòàøîâ и В.А.Коршунов (53) 622.023 (088.8) (56) Pock Mechanics, 1975, В 7, с.)7-33. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ

1 ОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к фиэикомеханическим испытаниям материалов и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях. Цель изобретения — снижение трудоемкости испытаний. Выбирают плоский образец горной породы, нагружают его ло торцам в двух коаксиальных областях.

Вначале нагружают образец равномерно распределенной по всей поверхности .торцов нагрузкой, не доводя его до разрушения. Затем поддерживают давление на внешнюю сжимаемую область торцов постоянным. Давление на внутреннюю вжимаемую область торцов увеличивают до наступления напряженного состояния породы во внутренней области образца. Затем снижают давление на внешнюю область образца, что приос-. танавливает процесс разрушения образца.После этого пригружают внутреннюю область при постоянном давлении до наступления предельного напряжения состояния при равном давлении на внешней и внутренней областях в момент 1 времени. Число реализуемых при испытаниях образца предельных состояний определяется количеством ступеней снижения величины нагрузки внешней области. 1 ил., 1 табл.

1446302

Изобретение относится к области физико-механических испытаний материалов и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях.

Цель изобретения — снижение -трудоемкости испытаний.

На чертеде представлена схема испытаний.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают плоский (высотой не более диаметра) образец горной породы с двумя параллельными сторонами.и помещают его между парой те- 15 лескопических пуансонов, позволяющих пригружать образец по торцам в двух коаксиальных областях.

На первом этапе (О-t,) испытаний пригружают образец равномерно рас - 20 пределенной по всей поверхности торцов нагрузкой, не доводя его до разрушения. Затем поддерживают давление q на внешнюю сжимаемую область торцов образца от внешних пуансонов 25 постоянным на достигнутом. уровне q,, а давление р на внутреннюю вжимаемую область торцов от внутренних пуансонов увеличивают до наступления предельного напряженного состоя-, 39

9е ния породы во внутренней области образ ца при рр<. Момент наступления указанного состояния t, фиксируют по выпо-", лаживанию графика "нагрузка на внутреннюю сжимаемую область образца р— продольная деформация Е, . При достижении предельного напряженного состояния снижают давление на внешнюю сжимаемую область до величины q, что приостанавливает процесс разрушения 40 образца.. После этого пригружают внутреннюю область внутренними пуансона ми при постоянном давлении q до наступления предельного напряженного состояния при р=р в момент времени t . Число реализуемых при испытаниях образца предельных состояний определяется количеством ступеней снижения величины нагрузки q внешней области образца. На последнем этапе (tq-tq) испытаний давление на внешнюю область снижают до нуля и .пригружением внутренней области доводят образец до разрушения при р р> в момент времени t< Необходи-ч мые и достаточные для определения паспорта прочности породы величины нормального и радиального напряжений определяют из выражений: где б„, G„ — соответственно нормальное и радиальное напряжения; р, q — соответственно давления на внутреннюю и внешнюю сжимаемые области торцов образца;

D, d — соответственно диаметры образца и внутренней сжимаемой области торцов. образца; — коэффициент Пуассона породы (определяется на первом этапе испытаний по измеренным величинам продольной Е, и поперечной E деформаций).

Пример. Горная порода — мелкозернистый песчаник, диаметр образца 40 мм, высота 20 мм.

Образец нагружают телескопическими пуансонами. Диаметр внешнего пуансона D 40 мм, диаметр внутреннего пуансона d 10 мм. Пуансоны являются одновременно жесткими динамометрами (для этого на их боковой поверхности закреплены тензосопротивления, регистрирующие нагрузки по изменению электрического сопротивления при деформировании пуансона в процессе испытаний) . Измерение продольной и поперечной деформаций образца породы производится упругими экстензометрами сопротивления, укрепленными вдоль (деформометр продольной деформации) и поперек (деформометр поперечной деформации) оси образца.

Образец испытывают на прессе

ПД100.

Непрерывная регистрация продольной и поперечной деформаций и давлений пуансонов производится двухкоординатными пишущими потенциометрами

ЦЦП-.O 4 в виде двух графиков: "нагрузка на внутреннюю область образца р — продольная деформация Г, " и "нагрузка на внешнюю область образца

q — поперечная деформация ".

На первом этапе образец песчаника пригружают одинаковой по всей поверхности торцов нагрузкой, равной

50 МПа. При этом измеряют поперечную и продольную деформации образца. За1446302

По определенным значениям Б„и б„ вычисляют величины сцепления С и угла внутреннего трения ср породы.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Формула и э о б р е т е н и я

Способ определения прочности горных пород, включающий пригружение образца горных пород, равномерно распределенной по заданным поверхностям нагрузкой, затем пригружение одной области поверхности образца непрерывно изменяемой нагрузкой, а другой области поверхности образца— ступенчато изменяемой нагрузкой по достижении предельного напряженного с состояния образца и фиксацию в процессе испытаний величин деформаций и напряжений, по которым определяют прочности горной породы, о т л и—

25 ч а ю шийся тем что с целью снижения трудоемкости испытаний, выбирают плоский образец, пригружают внутреннюю и внешнюю коаксиальные области равномерно распределенной нагрузкой, затем непрерывно уйеличивают нагрузку на внутреннюю коаксиальную область поверхности торцов и по достижении образцом предельного напряженного состояния уменьшают ступенями нагрузку на внешнюю коаксиальную область поверхности тор" цов. и= р

О;, = (р-q)/26,7.

Чэ I » б т Бгэ

Ступень

ИПа МПа Mila MIIà пригруже ния

1 0,08 50 50 50 0

50 244 244 7,5

25 254 254 8,6 155

1 278 278 10,4

52 тем поддерживают давление внешних пуансонов постоянным и равным 50 МПа, а давление внутренних пуансонов уве-. личивают до выполаживания кривой

"нагрузка на внутреннюю область— продольная деформация", которое имело место при р=244 ИПа. В этот момент снижают давление на образец от внешних пуансонов до q 25 MIla. При продолжении нагружения образца внутренними пуансонами при постоянйом давлении внешних пуансонов q=25 Mila следующее выполаживание кривой деформирования имеет место при р =

254 ИПа. Затем давление внешних пуансонов уменьшают до q 1 MIla, и образец разрушается при давлении внутренних пуансонов р278 МПа.

Величины нормальных 6„ и радиальных 6„ напряжений, соответствующих предельным напряженным состояниям, определяются через величины давлений внутреннего (р) и внешнего (q) пуансонов,,коэффициент Пуассона и размеры пуансонов D u d из выражений: (и г г а„= Р -а ) (р-q)/(2П ).

С учетом размеров пуансонов и за. меренной величины коэффициента Пуассона = 0,08

Сцепление Угол внутС, МПа реннего трения ср, град

1446302

Составитель И.Фомичева

Редактор Н.Туп па Техред Л.Сердюкова Корректор,Л.Пилипенко

Заказ 6726/37 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ !о yvapiтвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Пронзводс;я .и:.; llëørðàôè÷åñêîå предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4