Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве

 

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет оценки вертикальной и горизонтальных компонент напряженного состояния пород в массиве. Из керна разведочной скважины изготавливают несколько одинаковых образцов. Половину образцов испытывают на прессе с цикличным приложением нагрузок и измерением продольных деформаций при одноосном сжатии с увеличением величины нагрузок @ в каждом последующем цикле. Определяют @ = B, соответствующую начальному моменту уменьшения модуля деформации образца. Затем проводят испытания остальных образцов при объемном сжатии в стабилометре и цикличном нагружении с увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле. Дважды в каждом цикле (при нагрузке и разгрузке) измеряют величину коэффициента Пуассона и фиксируют минимальную величину нагрузки @ = A, после которой разгрузка приводит к увеличению коэффициента Пуассона. Величины действующих в массиве напряжений определяют из выражений: вертикальное напряжение @ = A, горизонтальные напряжения @ = @ = A - B. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (1) Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ fKHT СССР! (21) 448 7789/23- 03 (22) 29.08.88 (46) 23 ° 07 90, Бюл. N 27 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) Ю.М.Карташов, М.Д.Ильинов и И.А.Малык (53) 622.831 3(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР 548712, кл. E 21 С 39/00, 1974. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В МАССИВЕ (57) Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения — расширение

Функциональных возможностей за счет оценки вертикальной и горизонтальных компонент напряженного состояния пород в массиве, Из керна разведочной скважины изготавливают несколько одинаковых образцов. Половину образцов

Изобретение относится к горному делу, в частности к методам определения напряженного состояния горных пород в массиве.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет оценки вертикальной и горизонтальных компонент напряженного состояния пород в массиве.

На фиг. 1 показан график зависимости осевая нагрузка 5 - -продольная деформация Е, при цйкличном одноосном сжатии образца на фиг.2график зависимости осевое давление

- коэффициент Пуассона р при

„„Я0„„15800ОЗ А 1

2 испытывают на прессе с цикличным приложением нагрузок и измерением продольных деформаций при одноосном сжатии с увеличением величин нагрузок (в каждом последующем цикле. Определяют, = В, соответствующую начальному моменту уменьшения модуля деформации образца. Затем проводят испытания остальных образцов при объемном сжатии в стабилометре и цикличном нагружении с увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле. Дважды в каждом цикле (при нагрузке и разгрузке) измеряют вели= чину коэффициента Пуассона и фикси. руют минимальную величину нагрузки

= А, после которой разгрузка приводит к увеличению коэффициента

Пуассона. Величины действующих в мас" сиве напряжений определяют из выра" жений: вертикальное напряжение (,» =

= A, горизонтальные напряжения (, = 6 = А-В. 2 ил., 1 табл. цикличном объемном сжатии образца в режиме запрещенных поперечных деформаций.

Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве осуществляют следующим образом..Из керна разведочной скважины изготавливают несколько (6-10 шт) образцов-близнецов. Половину образцов испытывают на прессе с цикличным (нагрузка-разгрузка) приложением нагрузок и с измерением продольных деформаций Е» образцов. Условия нагружения - одноосное сжатие (Фиг ° 1) 1580003

r. увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле.

По результатам испытаний (по графику осевая нагрузка 6 - продольная деформация 8„) определяют величину осевой нагрузки,", = В, соответствующей начальному моменту уменьшения модуля деформации образца. Эта вели.-, чина нагрузки соответствует разнице между вертикальными и горизонтальными напряжениями, действовавшими на образец породы в массиве.

Затем проводят испытания остальных образцов при объемном сжатии в стабилометре (Фиг. 2). Режим испытаний цикличное (нагрузка-разгрузка) нагружение образца породы одновременно осевыми 4, и боковыми - = нагрузками, при запрещенных поперечных . деформациях образца, с увеличением величины нагрузки в каждом последую-. щем цикле. В каждом цикле испытаний (при нагрузке и разгрузке) определяют коэффициент Пуассона л:

Ья;

Р=

Данное выражение коэффициента

Пуассона относится строго только для упругих деформаций образцов, для упрощения в дальнейшем принимается это выражение и при пластических деформа-. циях образца.

После каждого цикла нагрузка-разгрузка производят сопоставление вели- З5 чин коэффициентов Пуассона, соответствующих максимальной нагрузке цикла р и минимальной р, после разгруз" ки. Если разница (р„- ) положительна, то производят следующее нагружение образца до .большего значения (р . Так (Фиг. 2) для пятого цикла

1 . нагружения величина коэффициента

Пуассона, соответствующая максимальной осевой нагрузке, равна р! 45 а соответствующая разгруэкеПри этом р" о р, т.е. разница р" - р положительна, Для шестого цикла нагружения ве" личина коэффициента Пуассона, соответствующая максимальной осевой нагрузке цикла $1t равна р", а со1 ч ответствующая. разгрузке. - . Из графика (фиг. 2) видно, что р r pш т,е. разница (р - р х ) отрицательна.

В шестом цикле нагружения образца коэффициент Пуассона после разгрузки образца по величине больше коэфФициента Пуассона, соответствующего предшествующему циклу нагружения.

Нагрузка 6, = А является минин мальной при данных испытаниях осевой нагрузкой, при уменьшении которой коэффициент Пуассона начинает увеличиваться. При нагрузках, превышающих величину 6", = А коэффициент Пуассона при разгрузке образца также увеличивается.

Напряжения, действовавшие на данный образец в массиве, определяются из следующих выражений: вертикальные напряжения .6,, действовавшие на. образец породы в массиве:

6= 6 =А (1 (Ф горизонтальные напряжение действовавшие на образец породы в массиве

Таким образом, по результатам объемных испытаний в стабилометре определяют величину вертикальных напряжений, а по результатам испытаний на одноосное сжатие - разницу между вертикальными и горизонтальными напряжениями, действовавшими на образец породы в массиве.

Точность способа обусловлена величинами ступеней нагрузки как при одноосном, так и при объемном нагружении. Вполне удовлетворительная для расчетов точность количественного определения величин напряжений достигается при ступенях нагружения, равных. 0,1 от прочности породы на одноосное сжатие.

Пример. Испытания проводят на образцах каменной соли.

Размеры образцов: диаметр 42 мм, высота $0 мм. Количество образцов для испытаний 12 шт.

Предел прочности при одноосном сжатии 24,2 ИПа.

Образцы пород изготовляют из блока каменной соли, через два года после его извлечения из массива (как показали исследования, за такой промежуток времени полностью стирается память горных пород о действующих ранее напряжениях ввиду релаксации остаточных напряжений), 1580003

Как видно иэ таблицы, расхождение между действовавшими на образец напряжениями (Ь,, 6, 6з ) и напряжениями, определенными по предлагаемому способу (6С", бсср, 6 "). не превышают

5-8ь как для вертикальных 6,, так и для горизонтальных (6< = 6> ) напряжений. 35

6,=A а =А-В, величина минимальной осевой нагрузки на образец при объемном сжатии, уменьшение которой вызывает увеличение коэффициента Пуассона, величина осевой нагрузки на образец при одноосном сжатии, соответствующая на" чальному моменту уменьшения модуля деформации. где АНапряжения, определяемые по предложенному способу, мПа

Предварительно задаваемые уровни напряжения, мПа с сп асл.= A 6 = 3 (6," = В) 18,4

l6,0

14,6

9,6

18. 8

18,3

20 5

19,4

19,9

19,2

19,2

19,2

19 2 l9,2

0 19,2

2,5. 16,7

5,0 14.2

75 117

10,0 9,2

0,4

2 3

5,9

6,9

10 3

М

Разность главных напряжений, определенная одноосным сжатием.

Вначале образцы породы помещают в установку длительного объемного сжатия и выдерживаются там при определенном уровне напряжений в течение

1,5-2 мес. Затем образцы вынимают иэ установки и подвергаются одноосным и объемным испытаниям по предлагаемому способу.

Ступени нагружения на каждом цикле нагрузка-разгрузка, составляют

0,07-0,10 от предела прочности при одноосном сжатии.

B таблице приведены значения нап-. ряжений, заданных образцам каменной соли в процессе предварительного нагружения в условиях объемного напряженного состояния и определенные по предложенному способу при последующих их испытаниях в условиях одноосного и объемного (с запрещенными поперечными деформациями) сжатия.

Результаты проверки предлагаемого способа определения напряженного . состояния горных пород представлены в таблице.

Формула изобретения

Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве, включающий цикличное одноосное нагружение выбуренного из массива образца породы с увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле, измерение деформации образца в каждом цикле нагружения и определе-, ние величины нагрузки, соответствующей начальному моменту уменьшения модуля деформации образца, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет оценки вертикальной и горизонтальных компонент напряженного состояния пород в массиве, дополнительно проводят цикличное нагружение второго образца породы при объемном сжатии в режиме запрещенных поперечных деформаций образца с увели" чением величины нагрузки в каждом последующем цикле, измеряют величину

20 коэффициента Пуассона породы при нагрузке и разгрузке в каждом цикле, фиксируют минимальную осевую нагрузку, при снятии которой наблюдается увеличение коэффициента Пуассона, а

25 величины действовавших в массиве вертикальных, и горизонтальных ! — напряжений определяют из выраз» жений:

1580003 !И 0 р) у у й!

ФАР

Составитель В.Тальвойш

Редактор И.Бланар. Техред Л.Олиянык Корректор М.Пожо

Заказ 1995 Тираж 391 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