Способ определения контактной прочности пород по керну колонкового бурения и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение точности определения прочности пород в массиве путем создания напряженно-деформированных условий, близких к реальным, в обводненных зонах активных разломов и оползней. Осуществляют предварительную цементацию керна и горизонтальный сдвиг при различных вертикальных нагрузках. Вычисляют площадь сдвига частей керна и определяют величину вертикальных нагрузок. Затем помещают керн в воду, осуществляют сдвиг многократно и разнонаправленно с созданием горизонтальной противодействующей силы. Измеряют усилия сдвигов, по которым определяют установившуюся контактную прочность. Устр-во для реализации способа содержит механизм для создания вертикальных и горизонтальных нагрузок, выполненный в виде встречно направленных приводов со штоками, предназначенных для взаимодействия с торцами керна, элемент, противодействующий сдвигу стен, выполненный в виде пружины попеременно установленной на одном из штоков. Определение площади сдвига по трещине на образцах цилиндрической формы до начала эксперимента на сдвиг аналитически в зависимости до диаметра образца и угла наклона трещин позволяет целенаправленно с учетом реальных условий деформирования задавать вертикальные нагрузки. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si) s Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОЫУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4652044/03 (22) 20.02.89 (46) 15.08.91. Бюл. M 30 (71) Государственный научно-исследовательский институт горнохимического сырья (72) А.Я.Егоров, А.В.Мозжухин, В.В.Кононов и T.T.Åãîðîeà (53) 620.173 (088.8) (56) Маслов Н.H., Котов М.Ф. и др. Инженерная геология, М.: Стройиздат, 1971.

Карташев Ю.M., Матвеев Б.М. и др.

Прочность и,геформируемость горных пород. М.. Недра, 1979. (54) СПОСОЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ПРОЧНOCTVI ПОРОД ПО КЕ-РНУ КО

ЛОНКОБОГО hYPI- НИЯ И УСТРОИСTRO

ДЛЯ ЕГО OCYI!IÅÑÒÂËÅ IÈß (57) Изобретг:ние относится к горному делу

Цель - повышение точности определения прочности пород в массиРе путем создания наг ряженно-д формированных условий, близких. к реальным, в обводненных зонах активных разломов и оползней. Осуществляю1 г редп;IПL1òåëьную цементациlo керна и горизонтальныи сдвиг при различных верИзобретение относится к горному делу и строительству и наиболее эффективно может быть использовано при оценке устойчивости откосов в глубоких карьерах по данным изучения контактной прочности по тектоническим трещинам и поверхностям ослабления на образцах цилиндрической формы. отобранных из разведочных скважин, с учетом напряженно-деформированного состояния обводненных массивов в натурных условиях, Целью изобретения является повышение точности определения прочности пород

„,50„„1670123 А1 тикальных нагрузках, Вычисляют площадь сдвига частей керна и определяют величину вертикальных нагрузок. Затем помещают керн в воду, осуществляют сдвиг многократно и разнонаправленно с созданием горизонтальной противодействующей силы.

Измеряют усилия сдвигов, по которым определяют установишуюся контактную прочность. Устр-во для реализации способа содержит механизм для создания вертикальных и горизонтальных нагрузок, выполненный в виде встречно направленных приводов со штоками, прсдназначенных для взаимодействия с торцами керна элемент, противодействующий сдвигу стен, выполненный в виде пружины, попеременно ус1ановлен ной на одном из штоков. Определение площади сдвига по трещине на образцах цилиндрической формы до начала эксперимента на сдвиг аналитически в зависимости до диаметра образца и угла наклона трещин позволяет целенаправленно с учетом реальных условий деформирования задавать вертикальные нагрузки. 2 с.п.ф-лы, 4 ил. в массиве путем создания напряженно-деформированных условий, близких к реальным, в обводненных зонах активных разломов и оползней.

На фиг. 1 изображен общий вид зацементированного образца в прямоугольных формах; на фиг. 2 — схема устройства с образцом; на фиг. 3 — номе Грамма для определения площади сдвига; на фиг. 4 — графики зависимости сдвигающих усилий от вертикальных нагрузок, Устройство содержит столик приборный 1, нишу 2 для помещения эацементиро1670123 ванного керна 3 с зазором 4 в зоне трещины, измерительное устройство 5, роликовый подшипник 6, упорную раму 7, приводы 8 для создания усилий, нормальных к полости трещины и сдвигающих сальники 9 в отверстиях бортиков 10, съемную пружину 11 противодействующей нагрузки.

Способ определения контактной прочности пород по керну колонкового бурения осуществляется следующим образом.

Измеряют угол наклона трещины транспортиром и диаметр керна штангенциркулем. По этим данным по номограмме определяют площадь сдвига, имеющую форму эллипса (в см), В зависимости от пробы назначают величины удельных вертикальных нагрузок, Цементируют керн водостойким портландцементом (марки

500) в прямоугольных формах с фиксацией горизонтального зазора в зоне сдвига шириной до 1 см, Для свободного отделения полуформ от цемента после его схватывания последние изнутри смазываются техническим маслом, Зацементированный керн помещают в нишу 2 с бортиком 10 вокруг нее. Заполняют нишу 2 водой выше уровня верхней границы зоны сдвига по трещине или поверхности скольжения, ориентированных горизонтально. Первичный сдвиг производят с той стороны, где в сечении торца преобладает порода, с противоположной стороны укладывают противодействующую пружину. Сдвигающее усилие фиксируют по разнице показаний сдвигающей и противодействующей силы. Второй и последующие сдвиги сопровождаются перестановкой съемной пружины.

Цементации и испытанию подвергаются образцы (керны) цилиндрической формы с трещинами (залеченными и открытыми) беэ предварительной обработки их поверхности и торцов. Это позволяет использовать обширный керновый материал разведочного бурения по породам вскрыши, полученный при разведке месторождений полезных ископаемых с целью изучения прочности трещиноватых скальных пород в массиве, Помещение зацементированного в прямоугольные формы керна с оставлением зазора в нишу позволяет зафиксировать неподвижную (нижнюю) часть керна при сдвиге, а бортик вокруг этой ниши с отверстиями и сальниками в них для прохождения штоков в торцовых частях позволяет одновременно замочить зону сдвига и передать горизонтальное усилие на верхнюю часть образца беэ утечки воды. Помещение эоны сдвига в воде моделирует условия обводнения разломов и оползней.

Повторяемость сдвига достигается получением установившейся прочности, которая фиксируется на вспомогательных графиках зависимости сопротивления сдвигу от количества повторных сдвигов.

Применение съемной противодействующей пружины и сдвиги эа счет разницы сдвигающей и противодействующей нагрузки позволяет более полно отражать напряженно-деформированное состояние в зоне разломов или в зоне основного деформирующегося горизонта в оползне.

Перемена направления сдвига позволяет установить влияние его на контактную прочность по трещине, а в совокупности с повторяемостью сдвигов моделируется реальная динамика разнонаправленных и многократных подвижек на современном этапе развития разломов и на ополэневых участках.

Осуществление первого сдвига со стороны того торца керна, где выше зоны сдвига в поперечном сечении преобладает порода, обеспечивает в наименьшей степени включение в работу наиболее слабой части системы целик образца — цемент, приуроченный к их контакту при определении первичной (максимальной) контактной прочности (без нарушения естественных структурных связей), особенно существенной при испытаниях по залеченным трещинам или по напластованию.

Определение площади сдвига по трещине на образцах цилиндрической формы до начала эксперимента на сдвиг аналитически (по номограмме) в зависимости от диаметра образца и угла нак lot а трещины позволяет целенаправленно с учетом реальных условий деформиоования задавать вертикальные нагрузки

Формула изобретения

1. Способ определ.ния контактной прочности пород по керну колонкового бурения, включающий предварительную цементацию керна и горизонтальный сдвиг при различных вертикальных нагрузках, о т л ич а ю шийся тем, что. с целью повышения точности определения прочности пород е массиве путем создания напряженно-деформированных условий, близких к реальHblM, в обводненных зонах активных разломов и оползней, вычисляют площадь сдвига частей керна, определяют величину верти альных нагрузок, помещают керн в воду, осуществляют сдвиг многократно и разнонаправлено с созданием горизонтальной противодействующей силы, измеряют усилия сдвигов, по которым определяют установившуюся контактную прочность.

1670123

2. Устройство для определения контактной прочности пород по керну колонкового бурения, содержащее механизмы для создания вертикальных и горизонтальных нагрузок. измерительные приборы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения прочности пород в массиве путем создания напряженно-деформированных условий, близких к реальным, в обводненных зонах активных разломов и оползней, механизм гори""онтальных нагрузок выполнен в виде встречно направленных приводов со штоками, пред5 назначенных для взаимодействия с торцами керна, устройство снабжено элементом, противодействующим сдвигу стен, выполненным в виде пружины, попеременно устанавливаемой на одном из штоков.

1670123

5,пу

15 30 45

1гюл наклсна п рещии

Фиг 3 бО а,град

f, Pg/ Ht

Перечная контантная прочность

9 = Ю

C"= У, &г/с

ЯСФ

V6eMb

10 ГО

Редактор M.áàíäóðâ

Заказ 2724 Тираж 287 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

1N

1Ю

Ь и

Ъ 80 ф 1Р ь О ф 50

Составитель Ю.Лупичева

Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая