Способ определения прочности горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 G01N3/08 

Изобретение относится к области физико-механических испытаний материалов и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях.

Цель изобретения - снижение -трудоемкости испытаний.

На чертеде представлена схема испытаний.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают плоский (высотой не более диаметра) образец горной породы с двумя параллельными сторонами и помещают его между парой те- лескопических пуансонов, позволяющих пригружать образец по торцам в двух коаксиальных областях.

На первом этапе (О-) испытаний пригружают образец равномерно рас пределенной по всей поверхности торцов нагрузкой, не доводя его до разрушения. Затем поддерживают давление q на внешнюю сжимаемую область торцов образца от внешних пуансонов постоянным на достигнутом, уровне q , а давление р на внутреннюю вжимаемую область торцов от внутренних пуансонов увеличивают до наступле- Нин предельного напряженного сортоя- НИН породы во внутренней области образ да при ,. Момент наступления ука- занного состояния t, фиксируют по выпо, таживанию графика нагрузка на внутреннюю сжимаемую область образца Р продольная деформация . При дости- жении предельного напряженного состояния снижают давление на внешнюю сжимаемую область до величины q чт приостанавливает процесс разрушения образца. После этого пригружают внутреннюю область внутренними пуансона ми при постоянном давлении q до наступления предельного напряженного состояния при в момент Времени t. Число реализуемых при испытаниях образца предельных состояний определяется количеством ступеней сншсения величины нагрузки q внешней области образца. На послед- нем этапе () испытаний давление на внешнюю область снижают до нуля и .пригружением внутренней области доводят образец до разрушения при в момент времени t. Необходи-п мые и достаточные для определения паспорта прочности породы величины нормального и радиального напряжений определяют из выражений:

Р,

а, .()-(p-q)/(2-D,

гдеб„,б - соответственно нормальное и радиальное напряжения;

р, q - соответственно давления на внутреннюю и внешнюю сжимаемые области торцов образца;

D, d - соответственно диаметры образца и внутренней сжимаемой области торцо образца;

V - коэффициент Пуассона породы (определяется на первом этапе испытаний по измеренным величинам продольной , и поперечной fj деформаций). Пример. Горная порода - мелкозернистый песчаник, диаметр образца 40 мм, высота 20 мм.

Образец нагружают телескопическими пуансонами. Диаметр внешнего пуансона D 40 мм, диаметрвнутреннего пуансона d 10 мм. Пуансоны являются одновременно жесткими динамометрами (для. этого на их боковой поверхности закреплены тензосопротив ления, регистрирующие нагрузки по изменению электрического сопротивления при деформировании пуансона в процесе испытаний). Измерение продольной и поперечной деформаций образца породы производится упругими зкстензомет рами сопротивления, укрепленными вдоль (деформометр продольной деформации) и поперек (деформомеТр поперечной деформации) оси образца. Образец испытьшают на прессе

ЦЦ100.

i .

Непрерывная регистрация продольной и поперечной деформаций и давлений пуансонов производится двухкоор- динатными пишущими потенциометрами ЦЦП-0„4 в виде двух графиков: нагрузка на .внутреннюю область образца р - продольная деформация 6, и нагрузка на внешнюю область образца q - поперечная деформация fj.

На первом этапе образец песчаника пригружают одинаковой по всей поверхности торцов нагрузкой, равной 50 МПа. При этом измеряют поперечную и продольную деформации образца. Затем поддерживают давление внешних пуансонов постоянным и равным 50 МПа а давление внутренних пуансонов увеличив аю до выполаживания кривой нагрузка на внутреннюю область - продольная деформация, которое имело место при МПа, В этот момент снижают давление на образец от внепших пуансонов до q « 25 МПа. При продолжении нагружения образца внутренними пуансонами при постоянном давлении внешних пуансонов МПа следующее вьтолаживание кривой деформирования имеет место при р 254 МПа. Затем давление внешних пуансонов уменьшают до q 1 МПа, и образец разрушается при давлении внутренних пуансонов МПа.

Величины нормальных и радиальных Gf напряжений, соответствующих предельным напряженньш состояниям, определяются через величины давлений внутреннего (р) и внешнего (q) пуансонов,, коэффициент Пуассона и размеры пуансонов D и d из выражений:

С.

()(p-q)/(2D).

С учетом размеров пуансонов и замеренной величины коэффициента Пуассона - 0,08

6„ р

Jr (p-q)/26,7.

) По определенным значениям G и (5 вычисляют величины сцепления С и угла внутреннего трения q породы. Результаты испытаний сведены в таблицу.

Формула изобретения

Способ определения прочности горных пород, включающий пригружение образца горных пород, равномерно распределенной по заданным поверхностям нагрузкой, затем пригружение одной- области поверхности образца непрерьшно изменяемой нагрузкой, а другой области поверхности образца - ступенчато изменяемой нагрузкой по достижении предельного напряженного ( состояния образца и фиксацию в процессе испытаний величин деформаций и напряжений, по которым определяют прочности горной породы, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости испытаний, выбирают плоский образец, пригружа- ют внутреннюю и внешнюю коаксиальные области равномерно распределенной нагрузкой, затем непрерьшно увеличивают нагрузку на внутреннюю коаксиальную область поверхности торцов и по достижении образцом предельного напряженного состояния уменьшают ступенями нагрузку на внешнюю коаксиальную область поверхности торцов .

Изобретение относится к физико- механическим испытаниям материалов и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях. Цель изобретения - снижение трудоемкости : испытаний. Выбирают плоский образец горной породы, нагружают его по торцам в двух коаксиальных областях. Вначале нагружают образец равномерно распределенной по всей поверхности торцов нагрузкой, не доводя его до разрзппения. Затем поддерживают давление на внешнюю сжимаемую область торцов постоянным. Давление на внутреннюю вжимаемую область торцов увеличивают до наступления напряженного состояния породы во внутренней области образца. Затем снижают давление на внешшою область образца, что приос-. танавливает процесс разрушения образца.После этого пригружают внутреннюю область п ри постоянном давлении до наступления предельного напряжения состояния при равном давлении на внешней и внутренней областях в момент I времени. Число реализуемых при испытаниях образца предельных состояний определяется количеством ступеней снижения величины нагрузки внешней области. 1 ил., I табл. е (Л

1 2 3

4

0,08

155

52

3 #