Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИ) Е 21 С 39/00 ОБ ТЕН ЛЬСТВ(54) С СОСТОЯ относи тения зможно(57) Иделу.Функциоценкикомпонрод вскважинаковы зобретениЦель изобональных тс орному ение счет расш тей 3 ризон вертикальнои и нт напряженног ных остояния поразведочной ас з ке и образца в ечных дефорации остояествл(нагрузрузок иформацииружения лизн ют н-раизЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ПНТ СССР ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СЕИД(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики имаркшейдерского дела(56) Авторское свидетельство СССРй 548712, кл. Е 21 С 39/00, 1974. СОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГЯ ГОРНЫХ ПОРОД В МАССИВЕизготавливают несколько о образцов. Половину образцо 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 6 - продольная деформация с, при цйкличном одноосном сжатии образца на фиг.2- график зависимости осевое давление- коэФфициент Пуассона р при 1580003 А испытывают на прессе с цикличным при ложением нагрузок и измерением продольных деформаций при одноосном сжа тии с увеличением величин нагрузок 6 в каждом последующем цикле. Определяют 6 , = В, 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 циклеДважды в каждом цикле (при нагрузке и разгрузке) измеряют вели= чину коэффициента Пуассона и фиксируют минимальную величину нагрузки= А, после которой разгрузка приводит к увеличению коэффициента Пуассона, Величины действующих в мас" сиве напряжений определяют иэ выра" жений: вертикальное напряжение 6 = = А, горизонтальные напряжения (, = Ь = А-В. 2 ил., 1 табл. ци клич нам объемном сжа режиме запрещенных поп об определения напряженноия горных пород в массивеют следующим образом. азведочнои скважины и есколько (6-10 шт) об цов. Половину образцо прессе с цикличным грузка) приложением на ерением продольных де образцов. Условия наг оосное сжатие (Фиг1с увеличением величины нагрузки 5в каждом последующем цикле,По результатам испытаний (по гра"фику осевая нагрузка 6 - продольнаядеформация 6) определяют величинуосевой нагрузки ,", = В, соответствующей начальному моменту уменьшениямодуля деформации образца. Эта вели.-,чина нагрузки соответствует разницемежду вертикальными и горизонтальными напряжениями, действовавшими наобразец породы в массиве.Затем проводят испытания остальныхобразцов при объемном сжатии в стабилометре (Фиг. 2). Режим испытанийцикличное (нагрузка-разгрузка) нагружение образца породы одновременноосевыми 5, и боковыми =нагрузками, при запрещенных поперечных. деформациях образца, с увеличениемвеличины нагрузки в каждом последую-.щем цикле. В каждом цикле испытаний(при нагрузке и разгрузке) определяют коэфФициент Пуассона А:Ья;+Данное выражение коэффициентаПуассона относится строго только дляупругих деформаций образцов, для упрощения в дальнейшем принимается этовыражение и при пластических деформа-.циях образца.После каждого цикла нагрузка-разгрузка производят сопоставление вели- З 5цин коэффициентов Пуассона, соответствующих максимальной нагрузке цикла,с и минимальной р , после разгруз"ки. Если разница ( - р ) положительна, то производят следующее нагружение образца до .большего знацения(р. Так (Фиг. 2) для пятого цикла. нагружения величина коэффициентаПуассона, соответствующая максимальной осевой нагрузке у, равна р( 45а соответствующая разгрузке - р(,При этом р"р, т.е. разницар"- р( положительна,Для шестого цикла нагружения ве"личина коэффициента Пуассона, соответствующая максимальной осевой нагрузке цикла ф равна р", а со"1 юответствующая. разгрузке. - р . Изграфика (фиг. 2) видно, цто сф рхт. е. разница ( 1 с " - р ф ) отрицательна.В шестом цикле нагружения образца коэффициент Пуассона после разгрузки образца по величине больше коэфФициента Пуассона, соответствующего предшествующему циклу нагружения.Нагрузка 6= А является миниимальной при данных испытаниях осевой нагрузкой, при уменьшении которой коэффициент Пуассона начинает увели" циваться. При нагрузках, превышающих величину 6 = А коэффициент Пуассона при разгрузке образца также увелицивается.Напряжения, действовавшие на данный образец в массиве, определяются из следующих выражений: вертикальные напряжения .6,действовавшие на образец породы в массиве:горизонтальные напряжение 6 = 6 д, действовавшие на образец породы в массивеТаким 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.1Точность способа обусловлена величинами ступеней нагрузки как при одноосном, так и при объемном нагружении, Вполне удовлетворительная для расчетов точность количественного определения величин напряжений достигается при ступенях нагружения, равных 0,1 от прочности породы на одноосное сжатие.П р и м е р. Испытания проводят на образцах каменной соли.Размеры образцов; диаметр 42 мм, высота 90 мм. Количество образцов для испытаний 12 шт.Предел прочности при одноосном сжатии 24, 2 ИПа.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 остатоцных напряжений).1580003 Как видно иэ таблицы, расхождение между действовавшими на образец напряжениями (Ь,6 бэ ) и напряжения ми, определенными по предлагаемому способу (6 С", 6", 6"). не превышают 5-83 как для вертикальных 6 так и для горизонтальных ( 6 = 6 э ) напряжений. 35 6,=А величина минимальной осевойнагрузки на образец приобъемном сжатии, уменьшениекоторой вызывает увеличениекоэффициента Пуассона,величина осевой нагрузкина образец при одноосномсжатии, соответствующая на"чальному моменту уменьшениямодуля деформации. гдеАВ Напряжения, определяемые попредложенному способу, мПа Предварительно задаваемыеуровни напряжения, мПа с спсп.: А- э(6 = В) ю те и18,416,014,612,59,6 а ш ш ев18.8 18,3 20 5 19,4 19,9ш19,219,2 19,2 192 19,2 0 19,2 2,5. 16,7 5, О 142 7 5 11,7 10,0 9,2 0,4 2 3 5,9 6,9 10,3 М Разность главных напряжений, определенная одноосным сжатием,Вначале образцы породы помещаютв установку длительного объемного сжатия и выдерживаются там при определенном уровне напряжений в течение 1,5-2 мес. Затем образцы вынимают иэ 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 нап-. ряжений, заданных образцам каменной соли в процессе предварительного нагружения в условиях объемного напряженного 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. Формула изобретения Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве, включающий цикличное одноосное нагружение выбуренного из массива образца породы с увеличением величинынагрузки в каждом последующем цикле, измерение деформации образца вкаждом цикле нагружения и определе-,ние величины нагрузки, соответствующей начальному моменту уменьшениямодуля деформации образца, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения Функциональных возможностей за счет оценки вертикальной игоризонтальных компонент напряженного состояния пород в массиве, дополнительно проводят цикличное нагружение второго образца породы при объемном сжатии в режиме запрещенных поперечных деформаций образца с увели"чением величины нагрузки в каждомпоследующем цикле измеряют величину 20 коэффициента Пуассона породы принагруЗке и разгрузке в каждом цикле,фиксируют минимальную осевую нагрузку, при снятии которой наблюдаетсяувеличение коэффициента Пуассона, а 25 величины действовавших в массиве вертикальных 6 и горизонтальных= 5 напряжений определяют из выразжений:1580003 а 2 Составитель В.ТальвойРедактор М.Бланар, Техред л.Олийнык тор М.Пожо изводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина,дР цНФи Заказ 1995 ТиРаж 391 ВНИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ ССаушская наб., д. 4/5