Способ определения механических свойств горного массива Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

1 . 1 Изобретение относится к горной промьшшенности и может быть использовано для определения прочностных и деформационных свойств горного массива. Цель изобретения - упрощение изн рений и снижение трудоемкости. На фиг. 1 представлено: у - зави симость напряжения от продольной деформации, Б - зависимость продоль ной деформации от поперечной деформации; на фиг. 2 - зависимость продольной деформации от коэффициента разрыхления образца; на фиг. 3 - за висимость направления от продольной деформаций при коэффициенте разрыхления образца, равном коэффициенту разрыхления породы в массиве. Способ осуществляется следующим образом. Изготовляется цилиндрический образец из исследуемого горного мас сива. Помещают образец в жесткую испытательную машину, жесткость кот рой в 2-3 раза вьиие жесткости образ Деформируют его путем нагружения до предела прочности с одновременной регистрацией двухкоординатным самописцем диаграмм, характеризующих процессы деформации при нагружении и разгруженйи (фиг.1 и 2). Строится зависимость продольная деформация - коэффициент разрых ления образца, который определяется на основании формулы 1Ei+2g, где ,- продольная деформация; .- поперечная деформация. определяется коэффициент разрыхления массива по отношению к образцу. плотность образца, определя где р емого лабораторными методам плотность массива, определя тмая, например, радиоизотопн методом. По достижении предела прочности с началом записи нисходящей ветви производят разгрузку образца с посл дующим нагружением несколько раз (3-5), что регистрируется в виде пе тель гистерезиса (фиг. 1 (5 и 2). По найденному значению коэффицие та разрыхления массива К... на диагра 6 ме продольная деформация - коэффициент разрыхления образца определяется значение продольной деформации (), соответствующее коэффициенту разрыхления массива (К) и выбирается соответставующая нагрузочная кривая ABC, характеризующая горный массив (фиг.3).Значения 6j5p, М определяются по диаграмме напряжение продольная деформация (фиг. 3). ; . СУ с -в где ,М- соответственно модули упругости и спада при значении коэффициента разрыхления образца, равного коэффициенту разрыхления породы в массиве; & j, - предел прочности породы на сжатие при значении коэффициента разрыхления образца, равном коэффициенту разрыхления породы в массиве, определяется как максимальная величины напряжения на диаграмме напряжение - деформация; d - минимальное значение напряжения, при котором восходящая и ниспадающая ветви диаграммы напряжение деформация линейны; f) . величины деформации, соответствующие напряжениям & и ё ша восходящей и нисходящей ветвях диаграммы напряжение - деформация. При жестком нагружении образца за пределом прочности трещиноватость образца развивается постепенно -и на какой-то стадии деформирования она достигает уровня трещиноватости массива, затем превосходит ее и,наконец,образец разрушается,Рост степени трещиноватости образца за пределом прочности сопровождается увеличением его объема, поэтому трещиноватость может характеризоваться коэффициентом разрыхления, а диаграмма продольная деформация - коэффициент разрыхления позволяет регистрировать изменение степени трещиноватости в процессе неоднократного разгружения с последующей нагрузкой в запредельной области деформирования и фиксировать изменение наклона нагрузочных кривых с ростом трещиноватости, тем самым становится возможным определить модуль упругости и модуль спада для горного массива в лабораторных условиях. Определение коэффициента разрыхления массива по отношению к образцу

31

позволяет привязать механические характеристики образца к механическим характеристикам горного массива.

Пример, Образец глинистого известняка d 70 мм и 140 мм помещают между плитами пресса. Для повьшения жесткости пресса параллель но с образцом устанавливаются и деформируются три стальных стержня - компенсаторы. Регистрация деформаций образца в виде диаграмм напряжение продольная деформация (фиг. 1а), продольная деформация - поперечная деформация (фиг. .) ведется двухкоординатными самописцами. По записи на диаграмме (фиг. 1а) видно, что предел прочности достигнут при d 80 МПа (точка 0), дальйейшее деформирование ведется в запредельной области. На нисходящей ветви показано четыре цикла разгрузка. - нагружение (кривые R - R, фиг. 1 а и 2).

Результаты определения коэффициента разрыхления образца Кр представ лены в таблице.

По данным таблицы построена диаграмма продольная деформация - коэффициент разрыхления образца (фиг.16)

836764

Коэффициент разрыхления массива по отношению к образцу К 1,03. Этому значению коэффициента разрыхления массива К, на фиг. 1а 5 соответствует диаграмма ABC (фиг.З), а механические характеристики равны: 60 МПа.

р

60-10

С и -к

10

15

20

25

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИ.ЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНОГО МАССИВА, включающий циклическое сжатие образца породы из исследуемого горного мае-. сива в жестком режиме нагружсния, измерение напряжения, продольной и поперечной деформаций и определение после каждого цикла нагружения коэффициента разрьпагения образца, по которым судят о механических свойствах горного массива, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерений и снижения трудоемкости, измеряют коэффициент разш СЛ рыхления породы в массиве и при равенстве коэффициентов разрыхления образца и горного массива определяют упругие, деформационные и прочностные модули образца, которые считают равными соответствующим модулям массива.

t2-il

8-tfJO в f-rfO