Методы определения прочности горных пород при одноосном растяжении

Метод определения прочности горных пород при одноосном сжатии

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД

Свойство материала воспринимать, не разрушаясь, в определенных условиях, те или иные нагрузки характеризуется прочностью. Основными показателями прочности являются показатели предельного сопротивления одноосному сжатию σ_сж, растяжению σ_р, срезу τ_м, а также показатели сопротивления сдвигу - угол внутреннего трения φ, сила сцепления С. Показатель прочности при одноосном сжатии является наиболее широко применяемой характеристикой механических свойств и часто используется как сравнительный показатель крепости горных пород при решении ряда инженерных задач.

Под прочностью при одноосном сжатии обычно понимается постоянная характеристика. Опытами установлено, что прочность зависит от ряда факторов: от размеров испытуемого образца, от отношения его высоты к диаметру (к поперечному размеру), от скорости нaгpyжения, от жесткости давильной установки и т.д. Поэтому важно обеспечить постоянство условий испытания. Только при испытаниях в одинаковых условиях можно получить сопоставимые результаты для разных горных пород, т.е. необходимо строго выполнять требования ГОСТа.

Для изучаемых горных пород прочность при одноосном сжатии необходимо определять стандартным методом (например, ГОСТ 2II53.2-84) – по результатам испытания цилиндрических образцов с диаметром 42 мм, высотой 84 мм. Испытание образца при этом осуществлялось встречным давлением на его плоские торцы, создаваемым при помощи стальных плит гидравлического пресса(например, ЦДМ-100) в постоянных условиях соответствующих требованиям стандарта.

Форма испытуемых образцов и качество их торцевых поверхностей отвечают следующим требованиям: разность диаметров поперечного сечения не более 1,0 мм; торцевые поверхности параллельны друг другу и перпендикулярны к боковой поверхности; стрелка кривизны после шлифования торцевой поверхности (не параллельность торцевых поверхностей) не более ±0,05мм. Скорость нагружения образцов при испытании в соответствии с требованием ГОСТа в пределах 0,1 - 0,5 МПа·с^-1 и поддерживается постоянной вплоть до разрушения образца.

Предел прочности горной породы при одноосном сжатии для каждого испытуемого образца, определялся по формуле:

(1),

где P_max- максимальное разрушающее усилие, зафиксированное на силоизмерителе пресса при одноосном сжатии, кГ;

S - площадь поперечного сечения образца, см².

Для расчетов как характеристика горной породы принимается среднеарифметическое значение прочности при одноосном сжатии из не менее пяти результатов испытания образцов данной породы.

В настоящее время для определения прочности образцов при одноосном растяжении применяется большое число методов, прямых и косвенных:

- непосредственный разрыв образцов различных форм и размеров

- центральный изгиб кольцевым штампом круглых пластинок

- разрушение полых образцов давлением изнутри

- разрушение цилиндрических образцов силами, сосредоточенными по диаметрально противоположным образующим (Бразильский метод)

- разрушение образцов - плит и дисков - соосно расположенными клиньями.

Метод прямого определения - это непосредственный разрыв образцов при одноосном растяжении. Однако этот метод трудоёмок как нa стадии непосредственной подготовки к испытаниям (скрепление образцов с захватами), так и на стадии изготовления цилиндрических образцов, длина которых должна составлять от 2,5 до 3 диаметров. На практике последнее условие зачастую невозможно выполнить из-за ограниченности размеров породных проб или их трещиноватости.

Среди косвенных методов определения предела прочности горных пород при растяжении в отечественной лабораторной практике и за рубежом наиболее широко применяются методы раскалывания цилиндрических образцов линейно распределенными по образующим нагрузками (Бразильский метод).

Сущность метода, заключается в определении максимальной разрушающей силы, приложенной перпендикулярно к образующей цилиндрического образца породы, в результате чего в образце возникают растягивающие напряжения, приводящие к его разрушению в плоскости продольного сечения. Нагружениепри раздавливании образцов производится по образующей образца между плоскими шлифованными стальными плитами испытательной машины (пресса). Скорость выбирается в зависимости от прочности породы в пределах 0,1-0,3 МПа/с и поддерживается постоянной до разрушения образца. После разрушения образца фиксируется нагрузка, соответствующая разрушению; штангенциркулем производится замер поверхности разрушения в двух направлениях; по образующей l и диметру d. Затем предел прочности при растяжении σ_p определяется по известной формуле:

(2),

где F - максимальное разрушающее усилие при раскалывании;

S - площадь поверхности раскола, см²

Для расчетов как характеристика горной породы принимается среднеарифметическое значение прочности при одноосном сжатии из не менее пяти результатов испытания образцов данной породы.