Способ определения показателей длительной прочности горных пород Советский патент 1989 года по МПК G01N3/12 

3 1479846

определения показателей

ма мо ни ци

длительной прочности горных пород осуществляется следующим образом.

Экспериментально установлено, что при нагружении образца горной породы одноосным сжатием объем образца вначале уменьшается при увеличении осевого давления с1-., (фиг.1). Точка А кривой изменения объема соответствует максимальной объемной деформаци уплотнения при одноосном сжатии. После дальнейшего увеличения осевого давления объем образца будет увеличиваться и разрушение образца произойдет в точке В кривой изменения объемных деформаций. Нагрузка, соответствующая точке В, равна пределу кратковременной прочности породы при одноосном сжатии; нагрузка, соответствующая точке Л (момент начала развития в образце деформации незатухающей ползучести), равна по величине пределу длительной прочности породы при одноосном сжатии Ј«,При достижении момента начала развития в образце деформации незатухающей ползучести (фиг.2, точка А) ступенчато увеличивают боковое давление на образец на определенную величину (6) и поддерживают его постоянным, увеличивая при этом осевое давление. Величина максимального уплотнения материалов при объемном сжатии зависит от величины бокового давления, поэтому объем образца продолжает уменьшаться, пока не достигнет максимальной объемной деформации уплотнения при заданном значении бокового давления (фиг.2, точка В). Предельные длительные парные значения главных напряжений для данного случая принимают равными осевому и боковому давлениям (, &г ), соответствующим моменту достижения максимальной объемной деформации уплотнения образца, который является и моментом начала развития в образце деформации незатухающей ползучести. Затем боковое давление увеличивают на следующую ступень & Ј. на- гружения повторяют, пока нагрузка на образец не будет равна определяемой условиями решаемой горнотехнической задачи нагрузке.

Способ реализуют на автоматической установке, позволяющей управлять режимом испытаний и фиксировать момент начала развития в образце деформации незатухающей ползучести, с помощью тензометрической схемы измерения продольных и поперечных деформаций образца.

Определение минимального объема образца возможно только после увеличения объема образца на величину dЈv : от точки А, соответствующей

минимальному объему (максимальной объемной деформации уплотнения) до точки А (фиг.4), - так как без регистрации начала увеличения объема образца нет оснований принимать точ5 КУ А за точку, соответствующую минимальному объему образца -при данном боковом давлении.

Тензометрическая схема автоматической установки обеспечивает мини0 мальные отклонения от величины максимальных объемных деформаций уплотнения образца (,dЈv(5-10) ) и, соответственно, минимальные величины которые составляют

5 0,001-0,005 от прочности породы на одноосное сжатие.

Ступени бокового давления Лб, возвращающие тензометрическую схему в нулевое (начальное) положение,не

0 превышают 0,001-0,002 от прочности породы при одноосном сжатии.

Такой режим испытаний обеспечивает практически монотонное одновременное возрастание осевых и боковых давлений на образец.

Таким образом, увеличение бокового давления на образец происходит в момент увеличения объема образца, т.е. тогда, когда объем образца будет соответствовать положению в точке А на фиг.2. При увеличении давления тензометрическая схема возвращается в нулевое положение (первона- г чальный уровень минимального объема образца); при этом положении, соответствующем максимальной объемной деформации уплотнения, фиксируют величины осевых и боковых давлений на образец (точка А на фиг.2).

Автоматическая установка снабжена управляющим устройством, обеспечивающим постоянство скорости осевой деформации образца, и регистрирую- 5 щими самописцами для записи кривых 6,, и Јv (фиг.З, ступени бокового давления и объемных деформаций для наглядности увеличены, Ј4и Јv мо- , нотонны).

5

5

Определение показателей длительно объемной прочности горных пород - сцепления и угла внутреннего трения производят следующим образом (фиг-.4)

Выбирают величины осевых давлений 6, с учетом которых необходимо определять показатели длительной объемной прочности ( 6, 6, 6 и т.д.)

Определяют по графику (фиг.З) для каждого значения Ј соответствующие значения боковых давлений ( 6;, с, 6 l и т.д.). Каждая пара осевых и боковых давлений (6 , ; , & и т.д.) соответствует максимальной объемной деформации уплотнения (минимальному объему) образца (точки а, в и с) при боковом давлении Ј.

Предельные длительные парные значения главных напряжений принимают равными осевым (6.,) и боковым ($Ј) давлениям, соответствующим максимальной объемной деформации уплотнения образца при достигнутых значениях бокового давления.

По найденным значениям предельных длительных главных напряжений оценивают показатели длительной объемной прочности пород - сцепление С CJ и угол внутреннего трения -(фиг.4).

Экспериментально определена оптимальная скорость осевой деформации образцов породы, при которой отклонения результатов ускоренных испытаний от результатов длительных испытаний были бы минимальными (на фиг.5 представлены результаты таких исследований для пяти типов горных пород)

Результаты испытаний показали,что максимальная скорость деформирования образца в осевом направлении Ј(при испытании по предложенному способу) не должна превышать величин, больших 3 КГ6 сек 1 (lg Ј -5,5). При этом погрешность определения показателей длительной объемной прочности (С& и ) не превышает 110%.

При большей скорости деформирования результаты испытаний оказываются завышенными; так, например, для мергеля при скорости осевой.деформации образца 40-10- с (lg t -4,4) величина сцепления в 1,5 раза больше, чем величина сцепления Сл, определенная известным методом.

Минимальная скорость осевого деформирования образцов ( t 1 -10 с } lgt -6,0) выбрана из практических соображений.

46.6

Как показали результаты испытании, скорость осевого деформирования ниже величины Ј 3 с практически не влияет на определяемые показатели С да и i/M. Нижний предел скорости поэтому выбран из условия испытания одного образца породы в течение одного рабочего дня с учетом времени на подготовку образца к испытанию. Общая длительность испытаний составляет при этом (в зависимости от типа горной породы и ее характера деформирования) 0,5-6 ч.

Влияние скорости деформирования

на внутреннего трения аналогично влиянию скорости деформирования на величину сцепления (при тех же величинах скоростей).

Результаты сопоставительных испытаний горных пород представлены в таблицей на фиг. 5, где кривая 1 - каменная сольj2 - мергель $ 3 - мрамор$4 - глина; 5 - песчаник.

Как видно из таблицы, показатели длительной объемной прочности горных пород (С со и Lf могут быть с доста- точной степенью точности определены предлагаемым способом.

|

Предлагаемый способ обеспечивает значителгное сокращение времени на проведение, испытаний (вместо 30- 40 дней, необходимых для проведения

испытаний по известному способу,

требуется не более 6 ч, а также снижение трудоемкости в 3-5 раз за счет получения необходимой гаммы парных величин осевых и боковых давлений по результатам испытания одного породного образца при оптимальной з аданной скорости его деформирования.

Формула изобретения

1. Способ определения показателей длительной прочности горных пород, заключающийся в том, что образец породы нагружают постоянным боковым и ступенчато увеличивающимся осевым давлениями при постоянной скорости его осевой деформации до момента начала развития в образец деформации

ползучести, при котором осуществляют очередное увеличение осевого давления, и измеряют величины напряжений образца, по которым судят о параметрах его длительной прочности, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения при определении зависимости параметров длительной прочности от бокового давления, испопь- зуют один образец, а в момент начала развития в нем деформации незатухающей ползучести ступенчато увеличиваю боковое давление на образец.

2. Способ по п. 1 , о t л и ч а щ и и с я тем, что скорость осевого деформирования образца поддерживают в пределах (1-3)-10

-А

Изобретение относится к способам определения показателей длительной прочности горных пород. Целью изобретения является упрощение при определении зависимости параметров длительной прочности от бокового давления путем сокращения количества образцов. Образец горной породы нагружают увеличивающимся осевым и постоянным боковым давлениями при постоянной скорости его осевой деформации до момента начала развития в образце деформации ползучести, после чего ступенчато увеличивают боковое давление на образец на определенную величину и поддерживают его постоянным, увеличивая при этом осевое давление, до следующего момента начала развития в образце деформации ползучести. Циклы нагружения повторяют, пока нагрузка на образец достигнет определяемой условиями решаемой горнотехнической задачи. Предельные длительные парные значения главных напряжений для данного случая принимают равными осевому и боковому давлениям, которые измеряют в процессе нагружения, во время которого также измеряют деформации, соответствующие этим давлениям. По измеряемым величинам судят о длительной прочности образца горной породы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Разрушение

в

Физ.1

t i б l

Фа9.Ч

C}l,C