Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве Советский патент 1990 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к методам определения напряженного состояния горных пород в массиве.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет оценки вертикальной и горизонтальных компонент напряженного состояния пород в массиве.

На фиг. 1 показан график зависимости осевая нагрузка Ь продольная деформация Ј, при цикличном одноосном сжатии образцаj на фиг.2 - график зависимости осевое давление Ь - коэффициент Пуассона ц при

цикличном объемном сжатии образца в режиме запрещенных поперечных деформаций.

Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве осуществляют следующим образом.

Из керна разведочной скважины изготавливают несколько (6-10 шт) образцов-близнецов. Половину образцов испытывают на прессе с цикличным (нагрузка-разгрузка) приложением нагрузок и с измерением продольных деформаций Б, образцов. Условия наг- ружения - одноосное сжатие (фиг. 1)

Ј3

СЛ

00

со

с увеличением величины нагрузки Ј f в каждом последующем цикле. °

По результатам испытаний (по графику осевая нагрузка 6 - продольная деформаций Б,) определяют величину осевой нагрузки 6 В, соответствующей начальному моменту уменьшения модуля деформации образца. Эта вели-. чина нагрузки соответствует разнице между вертикальными и горизонтальными напряжениями, действовавшими на образец породы в массиве.

Затем проводят испытания остальных образцов при объемном сжатии в ста- билометре (фиг. 2). Режим испытаний цикличное (нагрузка-разгрузка) нагру жение образца породы одновременно осевыми (э и боковыми (у &э нарузками, при запрещенных поперечных деформациях образца, с увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле. В каждом цикле испытаний (при нагрузке и разгрузке) определяют коэффициент Пуассона р :

6а Р 6,+6,

Данное выражение коэффициента Пуассона относится строго только для упругих деформаций образцов, для упрощения в дальнейшем принимается это выражение и при пластических деформациях образца.

После каждого цикла нагрузка-разгрузка производят сопоставление величин коэффициентов Пуассона, соответствующих максимальной нагрузке цикла ни минимальной р , после разгрузки. Если разница ( ун- f/p) положительна, то производят следующее наг ружение образца до большего значения С/1. Так (фиг. 2) для пятого цикла нагружения величина коэффициента Пуассона, соответствующая максимальной осевой нагрузке 6 равна ju( а соответствующая разгрузке - к , При этом |Ц л1 , т.е. разница UB- (U1 положительна,

Для шестого цикла нагружения величина коэффициента Пуассона, соответствующая максимальной осевой на| рузке цикла Ј, равна р, а соответствующая разгрузке - (М

Из

графика (фиг. 2) видно, что т.е. разница ( р) отрицательна.

В шестом цикле нагружения образца коэффициент Пуассона после разгру

ки образца по величине больше коэффициента Пуассона, соответствующего предшествующему циклу нагружения.

Нагрузка д является минимальной при данных испытаниях осевой нагрузкой, при уменьшении которой коэффициент Пуассона начинает увеличиваться. При нагрузках, превышающих величину А коэффициент Пуассона при разгрузке образца также увеличивается.

Напряжения, действовавшие на данный образец в массиве, определяются из следующих выражений: вертикальные напряжения 6, , действовавшие на- образец породы в массиве:

VI

6, б /- А,

горизонтальные напряжение 62 63 действовавшие на образец породы в массиве

- Ь« -6

v о

А - В.

0

5

0

5

0

5

Таким образом, по результатам объемных испытаний в стабилометре определяют величину вертикальных напряжений, а по результатам испытаний на одноосное сжатие - разницу между вертикальными и горизонтальными напряжениями, действовавшими на образец породы в массиве.

I

Точность способа обусловлена величинами ступеней нагрузки как при одноосном, так и при объемном наг- ружении. Вполне удовлетворительная для расчетов точность количественного определения величин напряжений достигается при ступенях нагружения, равных 0,1 от прочности породы на одноосное сжатие.

Пример. Испытания проводят на образцах каменной соли.

Размеры образцов: диаметр (2 мм, высота 90 мм. Количество образцов для испытаний 12 шт.

Предел прочности при одноосном сжатии 2,2 МПа,

Образцы пород изготовляют из блока каменной соли, через два года после его извлечения из массива (как показали исследования, за такой промежуток времени полностью стирается память горных пород о действующих ранее напряжениях ввиду релаксации остаточных напряжений).

Вначале образцы породы помещают в установку длительного объемного сжатия и выдерживаются там при определенном уровне напряжений в течение 1, мес. Затем образцы вынимают из установки и подвергаются одноосным и объемным испытаниям по предлагаемому способу.

Ступени нагружения на каждом цикле нагрузка-разгрузка, составляют 0,07-0,10 от предела прочности при одноосном сжатии.

В таблице приведены значения напряжений, заданных образцам каменной соли в процессе предварительного нагружения в условиях объемного нап- ряженхого состояния и определенные по предложенному способу при последующих их испытаниях в условиях одноосного и объемного (с запрещенными поперечными деформациями) сжатия.

Результаты проверки предлагаемого способа определения напряженного состояния горных пород представлены в таблице.

Как видно из таблицы, расхождение между действовавшими на образец напряжениями (6, , 62, 63 ) и напряжениями, определенными по предлагаемому способу (6е/1 , 6 j , 63), не превышают 5-8% как для вертикальных 6,, так и для горизонтальных ( 62 63 ) напряжений.

Формула изобретения

Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве, включающий цикличное одноосное на|- ружение выбуренного из массива об0

разца породы с увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле, измерение деформаций образца в каждом цикле нагружения и определе- , ние величины нагрузки, соответствующей начальному моменту уменьшения модуля деформации образца, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет оценки вертикальной и горизонтальных компонент напряженного состояния пород в массиве, дополнительно проводят цикличное нагруже5 ние второго образца породы при объемном сжатии в режиме запрещенных поперечных деформаций образца с увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле, измеряют величину

коэффициента Пуассона породы при нагрузке и разгрузке в каждом цикле, фиксируют минимальную осевую нагрузку, при снятии которой наблюдается увеличение коэффициента Пуассона, а величины действовавших в массиве вертикальных 6, и горизонтальных &2 63 напряжений определяют из выражений :

5

30 6, А

62 6а А - В,

где А - величина минимальной осевой нагрузки на образец при

объемном сжатии, уменьшение которой вызывает увеличение коэффициента Пуассона , В - величина осевой нагрузки на образец при одноосном

сжатии, соответствующая начальному моменту уменьшения модуля деформа ции.

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет оценки вертикальной и горизонтальных компонент напряженного состояния пород в массиве. Из керна разведочной скважины изготавливают несколько одинаковых образцов. Половину образцов испытывают на прессе с цикличным приложением нагрузок и измерением продольных деформаций при одноосном сжатии с увеличением величины нагрузок @ в каждом последующем цикле. Определяют @ = B, соответствующую начальному моменту уменьшения модуля деформации образца. Затем проводят испытания остальных образцов при объемном сжатии в стабилометре и цикличном нагружении с увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле. Дважды в каждом цикле (при нагрузке и разгрузке) измеряют величину коэффициента Пуассона и фиксируют минимальную величину нагрузки @ = A, после которой разгрузка приводит к увеличению коэффициента Пуассона. Величины действующих в массиве напряжений определяют из выражений: вертикальное напряжение @ = A, горизонтальные напряжения @ = @ = A - B. 2 ил., 1 табл.

Разность главных напряжений, определенная одноосным сжатием.

Фиг.1

i

п ,/

1У

ju

Фиг. 2