Способ испытания слоистых образцов горных пород на одноосное сжатие Советский патент 1987 года по МПК E21C39/00 G01N3/08 

Изобретение относится к горному делу, в частности, к методам онреде- ления нрочностных и деформационных характеристик слоистых образцов г ор- ных пород при одноосном сжатии, и может быть использовано при оценке механических свойств горных пород.

Цель изобретения - повышение точности испытания за счет обеспечения равномерности поперечного деформирования по всей высоте образца.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема для определения модулей упругости слоев образца.

Устройство для испытания образца горной породы, состоящего из нескольких породных слоев 1-3 цилиндрической формы, содержит тензометры 4 для закрепления на боковых поверхностях каждого из слоев 1-3, предварительно нагруженные прокладки 5 из низкомодульного материала для установки на торцах образца, пресс и индикатор продольной деформации (не по- казаны) . Применение прокладок 5 из низкомодульного материала обеспечивает равномерность передачи нагрузки на торцы образца, а предварительное нагружение (сжатие) прокладок 5 приводит к отсутствию растягивающих напряжений на торцах образца при его сжатии.

Пример. Испытаниям подвергались образцы горной породы, состоящи из трех слоев 1-3 песчаника различно степени метаморфизованности и вследствие этого обладающие различными деформационными свойствами. Высота слоев 1-3 соответственно равна 1 40 мм; 1 - 60 мм; 1, 20 мм.

Предварительно определялись модул упругости каждого из слоев 1-3. Для этого использовался образец с указанными слоями цилиндрической формы диаметром d 46 мм, полученный в результате кернового бурения горных пород нормально его слоистости. К серединам каждого слоя 1-3 этого образца (фиг. 2) прикрепили тензометры 4 и разместили торцы образца между прокладками 5 из эпоксидно-диановой смолы, предварительно нагруженными усилием 4-10 Н. Затем образец начали плавно нагружать с помощью пресса, одновременно фиксируя тензометрами 4 поперечные деформации каждого слоя 1-3. По построенным графикам зависимостей поперечных слоевых деформаций от напряжений определили модули ун- ругости сл15ев 1-3: Е,, 4,2 10 Па; Е 5 -10 Па; Е 3,5-105 Па.

На основании этих данных изготовили образец, состоящий из указанных слоев 1-3 с равнодеформируемыми обра- зующими (фиг. 1), выполнив площади

поперечных сечений слоев 1-3 обратно пропорциональными их модулям упругости. При этом исходили из того, что при нагр ткении каждый породный слой должен испытывать напряжения, пропорциональные его модулю упругости, т.е. должно выполняться соотнощение

Si Е,

Q zr F

1 - ъ

20

где S , Sj 3 нлощади поперечных сечений природных слоев 1-3.

Исходя из приведенного соотношения и приняв диаметр поперечного сечения 25 слоев 3 с наименьшим модулем упругости равным Dj - 0,046м, рассчитали диааметры D, и D поперечных сечений 1 и 2

30

0,042 м;

DJ D - 0,038 м.

40

Переходы от одного к другому, с целью избежания больших концентраций напряжений, выполнили плавными. Радиусы переходов рассчитали следующим образом:

1 - 0,001 м;

-- 0,002 м.

Затем изготовленный образец испытали на одноосное осевое сжатие, используя прокладки 5 и,пресс устройства. Постепенно нагружали образец до потери прочности. Прочность образца

определяли отношением разрущающей нагрузки (Р 1365 10 П) к эквивалентной площади его поперечного сечения

Jk6

, которую рассчитали следующим

образом:

i1J43013

- - + 1 2 ГЬ + .

1, + т, + 1, l/AiiLl:LjLJjLLL±JjJiLl

1, + 1. + 1д

0,001 3 м-.

Прочность обраяца г, равиодеформи- уемыми образующими на п;1ноос:нг)е сжаие равна

5

сл ун го бл по на ра ло

10 па

но фи ис

,t

1050

10 Па

ЭКВ

По мере агру ь:ения образна определяли поперечные деформации каждшч) породного слоя i-3 с ггомощью тензометров 4 и нродольР ые деформации образца в це. юм с HOMOiuiiHi индикатора часового тина.

По ностроенному г рафику продольны деформаци образца от напряжений определяли его модуль унругости нр( до1Н кого деформирования, который состави Е 4,810 Па, Панряжения определяли отношени(:М ycHJHiH , развиваемого прессом, к -..

Для сравн(ния определили прочност на одноосное сжатие цилиндрического образца с идентичн1|м расположением породных слоев i, 950 И)- Па и его модуль унругости нр Одсх-гнног о деформирования (к 3,9 103 Па),

Увеличение модуля унругости продольного деформирования на 20% и прочности на 97, образна с рав юдеформи- руемыми образуи) но срав1;е({ню с цилиндрическим о илетел .ствует о влиянии равномерности поперечного деформирования )ждо1 о HiTpi)/(ио (1 с;лоя на дефс рмационные и прочностные свойства образн,; . в целом, Рав :1омерность ноперечно1 о деформирования по всей высоте образца нриводит к тому, что но KpaiiHoff мере в диапазоне упругих деформаций контакты между слоями не нару иаются , Пелост гость контактов влияет на процесс дал; нейшего деформирования и разрушение образца. В

случае нронорционалыюсти пределов унругости и пределов прочности каждого нородного слоя (данная связь наблюдается для слоев одного класса пород) при достижении разрушающе ; нагрузки, все породн1,1е слои будут разрушаться одновременно, что обусловливает гювьпиение прочности образпа с равнодеформируемой образующей.

Обеспечение равномерности поперечного дефор№1рования по всей высоте фигурного образца повышает точнос1ь испытания горных пород на одноосное

сжатии, что приближает условия испытаний к реальным условиям деформирования массива слоистых горных пород в сторону подземных обнажений,

11зобретер{ие может быть использовано для выявления оптимальных форм поперечных сечений выработок, целиков, камер, сооружаемых в слоистом массиве, с целью повьпиенля их устойчивости, а также для определения прочности

слоистых горных пород на одноосное растяжение,

Ф (-1 р м у л а изобретения

Способ испытания слоистых образц1 1в горных пород на одноосноз сжатие, включающий изготовление образца, со- стоящег о из нескольких породных слоев 1У :шндрической формы, размещение тор- цов образца между предварительно на- гр окенными rIpoклaдкa и из низкомс Ду.лг.- но го материала, осевое агружение образца вплоть до разрушения и определение его прочностных и деформаццонных характерис 1 ик, о т л и ч а ю - щ и 11 с я тем, что, с целыо повышения точности исп,1тания за счет обеспечения равномерности поперечного лТе- формироваштя по всей высоте сбрази-:,

предварительно определяют модули упругости каждого из породных слоев, а образец изготавливают с paвнoдeфop п - руемыми образгтогцими путем выполнения поперечных сечений породньгх слоев

обратно пропорциональными их модулям упругости,.

Фиг. i

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение точности испытания за счет обеспечения равномерности поперечного деформирования по всей высоте испытуемого образца (ИО). Предварительно определяют модули упругости каждого из породных слаев. Затем изготавливают из нескольких породных слоев образец цилиндрической формы с равнодеформи- руемыми образующими путем выполнения поперечных сечений породных слоев обратно пропорциональных их модулям упругости. Торцы ИО размещают между предварительно нагруженными прокладками из низкомодульного материала. Осуществляют осевое нагружение ИО вплоть до его разрушения. Определяют прочностные и деформационные характеристики ИО. Использование прокладок иа низкомодульного материала обеспечивает равномерность передачи нагрузки на ИО. Предварительное нагру- же1ше прокладок приводит к отсутствию растягиваюЕ их напряжений на торцах ИО при его сжатии. Равномерность поперечного деформирования по всей высоте ИО приводит к тому, что в диапазоне упругих деформаций контакты между слоями не нарушаются. 2 ил. i СЛ

Составитель В. Тдльи-иЧш Редактор А. Козориз Техред М.ДнцыкКорректоре, Черни

4613/29

Тираж А54Подписное

ВНИИПИ Государствен}1ого , комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, /К-35, Рауъчская наб.., д. 4/5

Производственно-полиграфическре предприятие, г, Ужгород, ул. Просчсгная, 4