Способ определения структурных связей глинистых пород при испытании на прочность Советский патент 1983 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к испытател ной технике и может быть использовано в строительстве при оценке состояния оснований сооружений, а также в тех отраслях промышленности, где требуется оценить прочность и тип структурных связей глинистых пород. Известен способ определения стру турных связей глинистых пород при испытании на прочность, заключающийся в том, что образец породы нагружают сдвигом и определяют его прочность Р, по которой судят о структу ных связях породы., используя формулу Р , где Р - прочность индивидуального (точечного контакта, Х- число контактов, определяемое по формуле ,где г - средний радиус частиц материала, п- па раметр, зависящий от пористости пор ды. При P jClO H связи относят к коагуляционнОму типу, а.при к конденсационно-кристаллизационном типу (фазовый контакт Г11. Недостатком этого способа являет ся низкая точность, что объясняется отсутствием однозначной зависимости между пористостью, числом контактов и прочностью, а также пренебрежением площадью индивидуального контакта. Вследствие этого расчетная величина Р может принимать значения большие, меньшие или равные Н практически при любом типе структурных связей. Между тем, прочность породы в основном определяется такими факторами, как. структура, текстура, природа связей и другими,т.е. обуславливается качественными показателями, а не количественными. Цель изоб етения - повышение -точности определения структурных связей. Эта цель достигается тем, что в способе определения структурных связей глинистых пород при испытании на прочность, заключающемся в том, что образец породы нагру)хают и определяют его прочность, по которой судят о структурных связях породы, используют несколько одинаковых образцов породы, которые нагружают в средах с различной диэлектрической проницаемостью, а о типе структурных связей породы судят по коэффициенту К, который рассчитывают по формуле наименьшая прочность образгде Р цов при нагружении в средах Рр- прочность образцов при нагру жении на воздухе; g - диэлектрическая проницаемост среды, в которой образец обладает наименьшей прочностью;EQ - диэлектрическая проницаемост При К 1 -структурные связи породы относят к крагуляционному типу, а при К 1 - к конденсацианно-кристаллизационному типу. Из соотношения (.1) видно, что величина коэффициента К характеризует степень воздействия среды на струк.турные связи породы. При K- -oop- Po « 3-t- Это условие х Е актеризует твердые породы, прочность которых не изменяется при их взаимодействии с различными средами Такими породами могут быть лиофобные кристаллические породы. При 1 К)Сс 0 Р Р -Это. условие характеризует породы, прочность которых снижается под воздействием той или иной среды Таковыми являются практически все твердые породы. Для глинистых пород конденсационно-кристаллизационной структуры по мере снижения доли крис таллизационных свйзей величина К должна снижаться до К 1. Условие К 1 характеризует глинистую породу конденсационной структуры, прочность которой снижается по мере увеличения диэлектрической проницаемости, воздействующей на нее, среды (жидкости до нуля в пресной воде. При К 1 про ность породы падает до нуля уже в ср де с более низкой диэлектрической проницаемостью, чем вода () . Это условие характеризует породы коагуляционной структуры, связность которых обусловлена неустойчивыми связями вандерваальсовского ( молекулярного) взаимодействия. На чертеже изображен график зависимости прочности от диэлектрической проницаемости среды. Способ осуществляется следующим образом. Несколько образцов породы нагружают, например, при сдвиге в средах с различной диэлектрической проницаемостью (воздух, керосин, глицерин, пресная вода и т.д. и определяют их прочность в этих средах. Затем по формуле (1) рассчитывают коэффициент К и в зависимости от его величины оценивают тип структурных связей породы. Пример . Были проведены испытания двух видов образцов глинистых пород. Образцы первого вида получали прессованием воздушно-сухого глинистого порошка под давлением 100 МН/н, а второго - уплотнением глинистой пасты (на пресной воде) под давлением 5 МН/м и последующим высушиванием до воздушно-сухого состояния. Изготовленные таким образом цилиндрические образцы размером ЗОх хЗО мм имели пористость 22%. По известному способу 1 были проведены на воздухе измерения прочности Р образцов на срез. Затем были рассчитаны прочности индивидуальных контактов при значениях параметров мкм и-д 4. Те же образцы бьали испытаны пЬ предлагаемому способу. Измеряли прочность образцов на срез после их трехдневного выдерживания в средах с различной диэлектрической проницаемостью. Данные испытаний сведены в таблицу,

1,00 1 0,42 2 О О 7

11,8

1-10

1 -10-14,

4-10

2,1-ГОО О .

,-т

1-10Как видно из таблицы, расчетная величина контактной прочности на воз духе для обоих видов образцов имеет одинаковые значения, равные 1-1СГ%. Так как по известному способу 1 ,при ( структурные связи относят к конденсационно-кристаллизацион ному типу, то и для обоих видов образцов структурные связи будут от носиться согласно этому способу к да данному типу. При определении же типов структу ных связей по предлагаемому способу для разных видов образцов получены разные по характеру зависимости про ности от диэлектрической проницаемо ти среды. Если прочность образцов, полученных из высушенной пасты, помере увеличения диэлектрической про ницаемости среды снижается плавно (кривая lJH достигает нулевого зна чения в воде ), то прочность образцов из прессованного порошка снижается более резко (кривая 2) и достигает нулевого значения в слабо полярной среде анилина (g 7). Коэффициент К, характеризующий-, тип структурных связей, определяетс по формуле (1 1 и равен котангенсу угла наклона прямой, соединяющей точки, соответствующие наибольшему и наименьшему (нулевому) значениям прочности, к оси абсцисс. Для ббраз цов из высушенной пасты К 1, а дл образцов из прессованного порошка К 0,075. Таким образом, при использовании йредлагаёмого способа структурные связи образцов из высушенной пасты относятся к конденсационному тийу, для которого К 1, а образцов из прессованного порошка - к коагуляционному типу, для которого . Изобретение позволяет более точно характеризовать тип структурных связей глинистых пород, что создает

I Продолжение таблицы предпосылки для выявления зон залегания неустойчивых пород на стенках разбуриваемых скважин и обоснованного подбора типов и рецептур буровых растворов, предупреждающих разупрочнение и осыпание пород со стенок скважины. Формула изобретения Способ определения структурных связей глинистых пород при испытании на прочность, заключающийся в том, что образец породы нагружают и определяют его Прочность, по которой судят о структурных связях породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, используют несколько одинаковых образцов породы, которые нагружают в средах с различной диэлектрической проницаемостью, а о типе структурных связей судят по коэффициенту К, который рассчитывают по формуле €-1 где Р наименьшая прочность образцов при нагружении в средах;PQ - прочность образцов при нагружении на воздухе; Е - диэлектрическая проницаемость среды, в которой..образец обладает наименьшей прочностью; - диэлектрическая проницаеiMOCTb воды. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Осипов В.И. Природа прочностных и деформационных свойств глинистых пород, М., МГУ, 1979, с.179-214 (прототип).