Способ определения длительной прочности горных пород при объемном сжатии Советский патент 1993 года по МПК E21C39/00 G01N3/12 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения прочностных показателей горных пород.

Известен способ определения длительной прочности горных пород при объемном сжатии, включающий нагружение серии образцов осевой и боковой нагрузками, их выдержку при заданных соотношениях нагрузок до разрушения и определение по ним предела длительной прочности, за который принимается разность осевой и боковой нагрузок при их заданной сумме.

Недостатком данного способа является его значительная трудоемкость, обусловленная необходимостью проведения долговременных испытаний.

Известен способ определения длительной прочности горных пород при объемном сжатии, включающий нагружение образца горной породы боковым и ступенчато увеличивающимся осевым давлениями, измерение

деформаций в процессе нагружения, определение объемной деформации уплотнения, выделение момента достижения ее максимального значения и регистрацию осевого и бокового давлений в данный момент, по которым определяют предел длительной прочности.

Недостатком данного способа является его низкая оперативность, обусловленная необходимостью проведения нескольких циклов (не менее 4-х) испытаний при различных боковых давлениях и построения пасVI

00

00

ю Jb.

OJ

порта длительной прочности породы, по которому затем выбирают соотношение напряжений, действующих на конкретной глубине залегания пород в массиве.

Целью изобретения является повыше- ние оперативности определения длительной прочности пород для конкретных глубин их залегания в массиве.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающим нагружение образ- ца горной породы боковым и ступенчато увеличивающимся осевым давлениями, измерение деформаций в процессе нагруже- ния, определение объемной деформации уплотнения, выделение момента достиже- ния ее максимального значения и регистрацию осевого и бокового давлений в данный момент, по которым определяют предел длительной прочности, предварительно нагружают образец равными осевыми и боко- выми давлениями, а затем одновременно увеличивают .осевое и уменьшают боковое давления с постоянным сохранением их суммы, задаваемой для каждой глубины залегания из условия

о 4 сл+ О2+ дН,

где (71 - осевое давление, МПа;

02, Оз- боковые давления, МПа;

р- плотность пород, кг/м3;

Н - глубина залегания пород в массиве, м,

С целью повышения информативности измерений, за счет определения пределов длительной прочности породы на разных глубинах, измерения осуществляют на одном образце для последовательно увеличивающихся глубин залегания.

На фиг.1 представлен график измене- ния объемных деформаций образца при ступенчатом изменении осевого и бокового давлений на образец при сумме главных напряжений, соответствующей одной выбранной глубине горной породы; на фиг.2 - изменение объемных деформаций образца при ступенчатом изменении осевого и бокового давлений при различных значениях сумм главных напряжений, соответствующих различным глубинам.

Способ определения длительной прочности горных пород при объемном сжатии осуществляется следующим образом.

К образцу горной породы прикладывают нагрузку гидростатического сжатия, равной величине суммы главных напряжений 3 pgH действующей на данной глубине. Затем с заданной скоростью деформирования ступенчато увеличивают

осевое давление и соответственно уменьшают боковое давление, сохраняя величину постоянной в процессе всего эксперимента. Величина максимального уплотнения испытуемых материалов зависит при объемном сжатии от величины разности главных напряжений (сл-оз), поэтому объем образца продолжает уменьшаться, пока не достигнет максимальной объемной деформации уплотнения (фиг.1,а; точка А). Предельное значение разности главных напряжений ( оз) для. данной суммы главных напряжений , соответствующее моменту достижения максимальной объемной деформации уплотнения образца (фиг.1 точка А), который является одновременно и моментом начала развития в образце деформации незатухающей ползучести, есть предел длительной прочности образца при трехосном сжатии для данной глубины залегания породы (о),

Способ реализуется на гидростатической установке трехосного долговременного сжатия, позволяющей автоматически управлять режимом испытаний и определять 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 на величину Aev от точки А, соответствующей минимальному объему (максимальной объемной деформации уплотнения) до точки AI (фиг.1), так как без регистрации начала увеличения объема образца нет оснований принимать точку А за точку, соответствующую минимальному объему образца при данной разности главных напряжений (сп-оз).

Предлагаемый способ осуществляется на одном образце испытуемой породы и для определения длительной прочности на различных глубинах залегания горных пород. После определения длительной прочности для одной минимальной глубины залегания (минимальное значение ) на образец прикладывают новую, большую нагрузку гидростатического сжатия, действующую на большей глубине, и тем же методом повторяют испытание, определяя длительную прочность горной породы ДЛя нескольких глубин ее залегания (фиг.2; точки А,В,С).

Пример. Определение предела длительной прочности горных пород при объемном сжатии проводилось на образцах каменной соли одной литологической разновидности двумя способами; способом

прототипа и предлагаемым способом. Прочность испытуемой каменной соли при одноосном сжатии в режиме быстрого на- гружения ,8 Mfla. Всего было испытано восемь цилиндрических образцов размерами d (диаметр) х h (высота) 35x70 мм. Тензометрическая схема гидравлической установки трехосного долговременного сжатия, на которой проводились испытания, обеспечивала минимальные отклонения Деу от величины максимальных объемных деформаций уплотнения образца (Aev «(б+Ю) -1СГ6) и, соответственно, минимальные величиныЛ(71-оэ), которые составляли (0,003-0,005) оь. Скорость осевого деформирования образцов поддерживалась в пределах (1+3) .

Результаты испытаний по способу прототипа сведены в табл,1, где в числителе левой части таблицы указаны значения длительной прочности, dc°, а в знаменателе г величина суммы главных напряжений oV при которых определены значения с. Методом интерполяции определены значения оь°для трех сумм главных напряжений tfd.

Для тех же значений предлагаемым способом были проведены испытания еще четырех образцов каменной соли, результаты которых представлены в табл.2.

Как показали результаты определения сгсГобоими способами, средние значения оь примерно равны, однако следует учесть, что определение значения а Гпредлагаемым способом для конкретной глубины заложения подземной выработки проведено в несколько раз быстрее (1-1,5 ч), чем при испытаниях способом прототипа (4-5,5 ч).

Кроме того предлагаемый метод позволяет без интерполяции, прямым способом на одном и том же образце горной породы

0

5

0

5

получить значение Ос для различных глубин заложения подземных горных выработок. Формула изобретения 1. Способ определения длительной прочности горных пород при объемном сжатии, включающий нагружение образца горной породы боковым и ступенчато увеличивающимся осевым давлениями, измерение деформаций в процессе нагруже- ния, определение объемной деформации уплотнения, выделение момента достижения её максимального значения и регистрацию осевого и бокового давлений в данный момент, по которым определяют предел длительной прочности, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности определения длительной прочности пород для конкретных глубин их залегания в массиве, предварительно нагружают образец равными осевыми и боковыми давлениями, а затем одновременно увеличивают осевое и уменьшают боковые давление с постоянным с охранением их суммы, задаваемой для каждой глубины залегания из условия:

tfj 01+ 02+ р gH,

где 7i - осевое давление, МПа;

сп, аз - боковые давления, МПа;

р- плотность пород, кг/м3;

Н - глубина залегания пород в массиве, м..

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью повышения информативности измерений путем определения пределов длительной прочности породы на разных глубинах, измерения осуществляют на одном образце для последовательно увеличивающихся глубин залегания.

.. блица 1

Таблица 2

Использование: изучение физико-механических свойств горных пород. Сущность изобретения: образец горной породы на гру- жают гидростатически давлением. Величину давления принимают равной сумме главных напряжений на исследуемой глубине залегания породы, Ступенчато увеличивают осевое давление и одновременно уменьшают боковое давление. Сумму бокового и осевого давлений поддерживают постоянной. Измеряют деформации образца в процессе нагружения. Определяют объемную деформацию уплотнения образца. Измеряют осевое и боковое давления в момент максимального уплотнения. По полученным значениям давлений определяют предел длительной прочности образца. 1 з.п.ф-лы. 2 ил., 2 табл. Ё

фиг.1

.

со

а

V

фиг.1

А(Мз) . 42(У, Д3(Нз)

0g/ / m / 0yj /