Способ определения показателей длительной прочности горных пород

 

Изобретение относится к способам определения показателей длительной прочности горных пород. Целью изобретения является упрощение при определении зависимости параметров длительной прочности от бокового давления путем сокращения количества образцов. Образец горной породы нагружают увеличивающимся осевым и постоянным боковым давлениями при постоянной скорости его осевой деформации до момента начала развития в образце деформации ползучести, после чего ступенчато увеличивают боковое давление на образец на определенную величину и поддерживают его постоянным, увеличивая при этом осевое давление, до следующего момента начала развития в образце деформации ползучести. Циклы нагружения повторяют, пока нагрузка на образец достигнет определяемой условиями решаемой горнотехнической задачи. Предельные длительные парные значения главных напряжений для данного случая принимают равными осевому и боковому давлениям, которые измеряют в процессе нагружения, во время которого также измеряют деформации, соответствующие этим давлениям. По измеряемым величинам судят о длительной прочности образца горной породы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

„„SU„„1479846 (51)4 G 01 N 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

„й Ж ,,) Ф :,, СОЮЗ СОВЕТСНИХ

===, Я„" ;-"" СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ вЂ” — РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4222233/25-28 (22) 06.04.87 (46) 15.05.89. Бюл. М - 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) 10.М. Карташов, В.А. Коршунов и Е.С. Оксенкруг (53) 622.23.02.002.54 (088.8) (56) Карташов 10.Г1. и др. Прочность и деформируемость горных пород.

M. Недра, 1979, с. 171 — 174. (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к способам определения показателей длительной прочности горных пород. Целью изобретения является упрощение при определении зависимости параметров длительной прочности от бокового давления путем сокращения количества образцов. Образец горной породы нагружают увеличивающимся осевым и

Изобретение относится к способам определения физико-механических свойств горных пород, а именно к способам определения показателей длительной прочности горных пород при объемном напряженном состоянии.

Целью изобретения является упрощение при определении зависимости параметров длительной прочности от бокового давления путем сокращения количества образцов.

На фиг.1 представлен график изменения объемных деформаций образца постоянным боковым давлениями при постоянной скорости его осевой деформации до момента начала развития в образце деформации ползучести,пос— ле чего ступенчато увеличивают боковое давление на образец на определенную величину и поддерживают его постоянным, увеличивая при этом осевое давление, до следующего момента начала развития в образце деформации ползучести. Циклы нагружения повторяют, пока нагрузка на образец достигнет определяемой условиями решаемой горнотехнической задачи. Предельные длительные парные значения главных напряжений для данного случая принимают равными осевому и боковому давлениям, которые измеряют в процессе нагружения,.во время которого также измеряют деформации, соответствующие этим давлениям. По измеряемым величинам судят о длительной прочности образца горной породы.

1 з.п.ф-лы, 5 ил., 1 табл. при одно ос ком сжатии; на фи г . 2 — гр афик изменения объемных деформаций образца при одноосном сжатии и ступенчатом увеличении бокового давления на образец; на фиг.3 — результаты испытаний образца горной породы; на фиг.4 — определение показателей длительной объемной прочности горных пород — сцепления и угла внутреннего трения, на фиг.5 — результаты определения оптимальной скорости осевой деформации для образцов различных пород.

1479S46

Способ определения показателей длительной прочности горных пород осуществляется следующим образом.

Экспериментально установлено, что при нагружении образца горной породы одноосным сжатием объем образца вначале уменьшается при увеличении осевого давления А, (фиг. 1) . Точка А кривой изменения объема соответствует максимальной объемной деформации уплотнения при одноосном сжатии. После дальнейшего увеличения осевого давления объем образца будет увеличиваться и разрушение образца произойдет в точке В кривой изменения объемных деформаций. Чагрузка, соответствующая точке В, равна пределу кратковременной прочности породы при однооаном сжатии; нагрузка, соответствующая точке Л (момент начала развития в образце деформации незатухающей ползучести), равна по величине пределу длительной прочности породы при одноосном сжатии

При достижении момента начала развития в образце деформации незатухающей ползучести (фиг.2, точка А) ступенчато увеличивают боковое дав— ление на образец на определенную веI личину (6<) и поддерживают его постоянным, увеличивая при этом осевое давление. Величина максимального уплотнения материалов при объемном сжатии зависит от величины бокового давления, поэтому объем образца продолжает уменьшаться, пока не достигнет максимальной объемной деформации уплотнения при заданном значении бокового давления (фиг.2, точка В).

Предельные длительные парные значения главных напряжений для данного случая принимают равными осевому и боковому давлениям (6, D, ), соответствующим моменту достижения максимальной объемной деформации уплотнения образца, который является и моментом начала развития в образце деформации незатухающей ползучести.

Затем боковое давление увеличивают на следующую ступень Д,", Циклы нагружения повторяют, пока нагрузка на образец не будет равна определяемой условиями решаемой горнотехнической задачи нагрузке °

Способ реализуют на автоматической установке, позволяющей управлять режимом испытаний и фиксировать момент начала развития в образце деформации незатухающей палзучести, с помощью тензометрической схемы измерения продольных и поперечных деформаций образца.

Определение минимального объема образца возможно только после:увеличения объема образца на величину

48 : от точки А, соответствующей минимальному объему (максимальной объемной деформации уплотнения) до

1 точки А (фиг.4), — так как без регистрации начала увеличения объема образца нет оснований принимать точку А за точку, соответствующую минимальному объему образца при данном боковом давлении.

Тензометрическая схема автоматической установки обеспечивает минимальные отклонения ЛЕ„ от величины максимальных объемных деформаций уплотнения образца (dEv = (5-10) r

x10 ) и, соответственно, минимальные величины ДД„ которые составляют

0,001-0,005 от прочности породы на одноосное сжатие.

Ступени бокового давления d 6, возвращающие тензометрическую схему в нулевое (начальное) положение,не превышают 0,001-0,002 от прочности породы при одноосном сжатии.

Такой режим испытаний обеспечивает практически монотонное одновременное возрастание осевых и боковых давлений на образец.

Таким образом, увеличение бокового давления на образец происходит в момент увеличения объема образца, т.е. тогда, когда объем образца будет соответствовать положению в точке А на фиг.2. При увеличении давления тензометрическая схема Во3Вращается в нулевое положение (первоначальный уровень минимального объема образца); при этом положении, соответствующем максимальной объемной деформации уплотнения, фиксируют величины осевых и боковых давлений на образец (точка А на фиг.2).

Автома тич ес кая установка с набжена управляющим устройством, обеспечивающим постоянство скорости осевой деформации образца, и регистрирующими самописцами для записи кривых

6 и Я (фиг.3, ступени бокового давления и объемных деформаций для наглядности увеличены, 6 и Е монотонны) .

5 1 /

Определение показателей длительной объемнс и проч ности горных пород сцепления и угла внутреннего трения производят следующим образом (фиг . 4 ) .

Выбирают величины осевых давлений б,,с учетом которых необходимо определять показатели длительной объемной прочности (й,, 6,, с.", и т.д.)

Определяют по графику (фиг.3) для и каждого значения Д, соответствующие значения боковых давлений (I z, 6", Н!

6 и т.д.). Каждая пара осевых и боковых давлений (б,, д ; б", " и т.д.) соответствует MBKcHMRJIbHQH объемной деформации уплотнения (мини— мальному объему) образца (точки а, в и с) при боковом давлении 6

Предельные длительные парные значения главных напряжений принимают равными осевым (6,) и боковым (Д") давлениям, соответствующим максимальной объемной деформации уплотнения образца при достигнутых значениях бокового давления.

По найденным значениям предельных длительных главных напряжений оценивают показатели длительной объемной сп прочности пород — сцепление С и угол внутреннего трения М с" (фиг.4 ) .

Экспериментально определена оптимальная скорость осевой деформации образцов породы, при которой отклонения результатов ускоренных испьпаний от результатов длительных испытаний были бы минимальными (на фиг.5 представлены результаты таких исследований для пяти типов горных пород).

Результаты испытаний показали,что максимальная скорость деформирования образца в осевом направлении Е (при испьггании по предложенному способу) не должна превышать величин, больших

3 10 сек (1g Е = -5,5) . При этом погрешность определения показателей длительной объемной прочности (С, и сг,) не превышает + 10K.

При большей скорости деформирования результаты испытаний оказываются завышенными; так, например, для мергеля при скорости осевой, деформации образца 40 10 ь с (18 Е = -4,4) величина сцепления С, в 1,5 раза сп больше, чем величина сцепления С, определенная известным методом.

Минимальная скорость осевого деформирования образцов (= 1 ° 10 с

1g Е = -6,0) выбрана из практических соображений .

Влияние скорости деформирования на угол внутреннего трения аналогично влиянию скорocти деформирования на величину сцепления (при тех же величинах скоростей)..

Результаты сопоставительных испытаний горных пород представлены в таблице и на фиг.5, где кривая 1 — каменная соль 2 — мергель13 †мрам,4— глина; 5 — песчаник.

Как видно из таблицы, показатели длительной объемной прочности ropных пород (С и цг, ) могут бьггь с достаточной степенью точности определены предлагаемым способом.

25

Предлага емый спос об обесп ечива ет значитель ное сокращение времени на проведение. испытаний (вместо 3040 дней, необходимьгх для проведения испьгганий по известному способу, требуется не более 6 ч, а также сни— жение трудоемкости в 3-5 раз эа счет получения необходимой гаммы парных величин осевых и боковых дав40 лений по результатам испытания одного породного образца при оптимальной заданной скорости его деформирования.

45Формулаиз обретения

1. Способ определения показателей длительной прочности горных пород, . заключающийся в том, что образец породы нагружают постоянным боковым и ступенчато увеличивающимся осевым давлениями при постоянной скорости его осевой деформации до момента начала развития в образец деформации ползучести, при котором осуществляют очередное увеличение осевого давления, и измеряют величины напряжений образца, по которым судят о параметрах его длительной прочности, о т79846

Как показали результаты испытаний, скорость осевого деЬ рмпрования ниже величины E = 3 10 с - практнчес— ки не влияет на определяемые .пока5 затели С и р, . 1ижций предел скорости поэтому выбран Н3 условия нспы тания одного образца породы в течение одного рабочего дня с учетом времени на подготовку образца к испьгганию. Общая длительность испытаний составляет при этом (в зависимости от типа горной породы и ее характера дефо мирования) 0,5-6 ч.

14 79846 щей ползучести ступенчато увеличиваюз боковое давление на образец.

2.Способпоп,!,отличаюшийся тем, что скорость осевого деформирования образна поддерживают в пределах (1-3) ° 10 с . личающийс я тем,что,с целью упрощения при определении зависимости параметров длительной прочности от бокового давления, используют один образец, а в момент начала развития в нем деформации незатухаюсп с

Сцепление, ИПА Угол внутреннего трения, Порода

cCff

С. С

Каменная

20,5 9,5 9,7 24,0 15,0 16,0

1,02, 1,06 соль

Глина кембрийская

Meprель

Мрамор

Песчаник

1,7 1,2 1,15

0,8 0,45 0,42

28 0 224 24 О

42,5 39,5 36,5

19,0

11,О

29,0

32,0 град

18,0 18, О

8,0 7,0

23,0 21, О

30,0 28,0

0,96 1,00

О, 94 0,87 l,07 . 0,92

0,92 0,93

1479846

14 79846

Фиа. 9

Редактор Л. Веселовская

Заказ 2536/42 Тираж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 ñc

СИ

Сов

Составитель Б. Грабов

Техред И.Верес Корректор И. Муска