Способ и устройство для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии

,Т Фл НИЯ / ВИДЕТЕЛЬСТВУФ Н АВТОРСКОМ с Ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБР 21 ) 3670928/29-33(56) Авторское свидетельство СССР Кф 280015, кл. 6 01 М 3/00, 1969. Авторское свидетельство СССР Ф 461333, кл. С 01 й 3/08, 1975. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД В ОБЪЕМНОМНАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к иссле-дованиям механических свойств горных пород. С целью повышения достоверности результатов и упрощения определения характеристик способ определения прочности и деформируемости включает боковое обжатие образца в обойме с упругостью стенок, равной упругости образца, и приложение вертикальной сжимающей нагрузки с последующим ее увеличением до момента разрушения, В устройстве для реализацииспособа жесткие боковые плиты, образующие рабочую камеру и установленныес возможностью горизонтального перемещения, соединены между собой шиповым соединением. Стержни для стягивания противоположных плит установленыв пазах, образованных в выступах шипового соединения и имеют модульупругости, равный модулю упругостипороды Использование изобретенияпозволяет получить характеристикипороды в объемном напряженном состоянии, соответствующем природному,2 с.п. ф-лы. 3 ил.Изобретение относится к исследованиям механических свойств горныхпород.Известен способ определения прочностных характеристик горных пород,включающий помещение в камеру испытуемого образца, боковое обжатие егодавлением жидкости и доведение об-,разца до разрушения путем увеличениявертикальной нагрузки при сохранении 10постоянной величины бокового обжатия(б = бз ) и устройство для его осуществления.Основным недостатком устройстваявляется ограниченность возможностейсоздания различных видов напряженногосостояния (так как 6 = б ), в товремя как горные породы находятся в,условиях более сложного напряженногосостояния. Это обстоятельство не поэволяет получить указанным способомдостоверные результаты,Наиболее близким к изобретениюявляется способ определения прочности и деформируемости образцовгорных пород в объемном напряженномсостоянии, включающий размещение образца в обойме, создание того илииного вида напряженного состоянияво всем диапазоне изменения парамет- ЗОра Лоде (-1,О, +1) путем независимого регулирования величин трех главных напряжений (бб ,б ) измерениеусилий и деформации в процессе испытаний и разрушение образца, В результате получают комбинацию из трехзначений напряжений, соответствующуюпределу прочности материала.Однако в реальных условиях нагружения материала соотношение напряжекий 6, , 6 , бэ неизвестны, поэтомусудить о прочности материала поодной и даже по нескольким комбинациям значений 6, , 6, , б не представляется возможным. 45Рассмотренный способ осуществляют устройством, содержащим жесткую зам" кнутую обойму для образца кубической формы с установленными на ней подвиж ными,нагрузочными плитами,гидродомкраты для нагружения образца по трем осям, смонтированные ка массивной металлической раме, и измерительные приборы. Однако конструктивное выполнение устройства отличается сложностью системы нагружения и приводит к значительным погрешностям в получаемых результатах, вследствие неравномерного распределения напряжений вобразце, возникающего за счет несоответствия размеров нагрузочных плити граней образца,Целью изобретения является повышение достоверности получаемых результатов и упрощение определенияхарактеристик механических свойствгорных пород.Цель достигается тем, что согласно способу определения прочностии деформируемости образцов горныхпород в объемном напряженном состоянии, включающему размещение образцав обойме,. боковое обжатие образца,приложение вертикальной сжимающейнагрузки, увеличение ее до моментаразрушения образца и измерение усилий и деформаций, определяют модульупругости породы, подбирают обойму,упругость стенок которой равна упругости образца. породы, а о прочностии деформируемости породы судят повертикальной нагрузке и усилиям,возникающим на. боковых гранях образца после ее приложения.В устройстве для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженномсостоянии, содержащем жесткие боковые плиты, установленные с возможностью горизонтального перемещения,стержни для объединения их в рабочуюкамеру и пресс для создания верти,кальной нагрузки, плиты соединенымежду собой "в шип", а стержни длястягивания противоположных плит установлены в пазах, образованных ввыступах шилового соединения и имеютмодуль упругости, равный модулю упругости породы.Способ определения прочности идеформируемости образцов горных пород осуществляют следующим образом.Из исследуемого массива вырезаютобразец кубической Формы размером,например, 20 20 20 см и тщательношлифуют его грани. В местах установки индикаторов перемещений в образце выполняют углубления, в которыхэаподлицо с поверхностью грани устанавливают металлические подставкина клеевой основе. Далее определяютмодуль упругости породы по результатам испытаний ка одноосное сжатие илипо классификационным таблицам физико-механических свойств горных пород.Определив модуль упругости породыи зная размеры образца иэ имеющегося3наб ор а ст ержн ейск п одбир аю-. стержнисоответствующей длины и площади по 1296897 4вая прочности, полученная при испытаниях образца долерита. перечного сечения, исходя из усло- , Устройство содержит боковые плиты вия равенства модулей упругости поро, образующие рабочую камеру для ды и материала стержней: образца 2 горной породы, стержни 3,стягивающие плиты 1, верхнюю 4 иЕо онижнюю 5 нагруэочные плиты, тензодат- где Е , Ео - модули упругости стерж- чики 6, индикаторы 7 перемещений,ня и образца; установленныена рамах 8. Стержни 3- длина стержня и.грани 1 О пропущены через пазы 9 в выступах 10образца; противоположных боковых плит, а рычаИ - суммарная площадь попе- ги индикаторов 7 через отверстияречного сечения стерж- в плитах контактируют непосредственней, работающих в осе- но с испытываемым образцом, Указанвом направлении; 15 ное выполнение средства для объедип - количество стержней нения плит в рабочую камеру позволяет,п = Ь). придать последней упругость, равнуюКроме того, на стержнях установ- упругости испытываемой породы, и лены тензорезисторы. тем самым создать условия, приближаЗатем испытуемый образец устанав ющиеся к естественным условиям наливают на нижнюю нагрузочную плиту, гружения породы, а соединение плитпосле чего окружают его боковыми ,"в шип" обеспечит равномерное распре"нагрузочными плитами, которые стяги- деление налряжений в образце. ваются стержнями подобранного сечениядо соприкосновения с гранями образца. 25 Использование предлагаемого техСверху на образец помещают верхнюю нического РешениЯ позволЯет полУчитьхарактеристики материала в объемном нагрузочную плиту и затем устанавлинапряженном состоянии, соответствующем его состоянию в природных условиперемещениями граней образца, причемрычаги индикаторов доводят до сопри ях, что обеспечивачто обеспечивает повышение достокосновения с ними. верности этих характеристик. ПриВ случаях, когда необходимо моде- этом для подтверждения прочности лирование природного напряженного материала требуется один образец, состояния исследуемой породы, к об- один цикл нагружения, одно нагружа-. разцу приклара цу прикладывают начальные усилия: ющее устройство, что позволяет сокра 35обжимающие - с помощью соответствующе- тить временные и материальные эатра" го натяжения стержней гайками резь- ты на испытания, упростить их. Ка бового соединения и в вертикальном . счет того, что образец контактируетс боковыми плитами всей поверхностьюВ момент разрушения испытываемого 40 боковых гРаней, происходит равномеробразца боковые обжимающие напряже- ное РаспРеделение напряжений в обраэнияи з увели 6 увеличиваются со скорос- це, что также способствует повышетью звука за счет дилаука за счет дилатансии материа- нию точности получаемых результатов, ла и упругой реакции рабочей камеры, При дальнейшем увеличении внеш ф о Р м у л а и з о б р е т е н и я ней нагрузки указанный процесс про-должается, прится при этом образец находит. Способ определения прочности ся в состоянии предельного равнове- ,и деформируемости образцов горных сия. По показаниям индикаторов пере- пород в объемном напряженномсостоямещений определяют модуль деформации 50 нии, включающий размещение образца и коэффициент Пуассона испытываемого в обойме, боковое обжатие образца,приложение вертикальной сжимающейнагрузки, увеличение ее до моментаНа фиг,1 изображено устройство для разрушения образца и измерениеусиосуществления способа определения 55 лий и деформаций, о т л и ч а юпрочности и деформируемости образ- щ и й с я тем, что, с целью повыцов горных пород в объемном напряжен- шения достоверйости получаемых реном состоянии, общий вид; на фиг.2 - зультатов и упрощения определенияразрез А-А на фиг.1; на фиг.З - кри- характеристик механических свойствгорных пород, определяют модуль упругости породы, подбирают обойму,унругость стенок которой равна упругости образца. породы, а о прочностии деформируемости породы судят повертикальной нагрузке и усилиям,возникающим на боковых гранях образцапосле ее приложения. 2. Устройство для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, содержащее жесткие боковые плиты, установленные с возможностью горизонтального перемещения,стержни для объединения их в рабочуюкамеру и пресс для создания вертикальной нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения достоверности получаемых результатов иупрощения определения характеристикмеханических свойств горных пород,ч 11 Иплиты соединены между собои в шип 10 а стержни для стягивания противоположных плит установлены в пазах,образованных в выступах шипового соединения, и имеют модуль упругости,равный модулю упругости породы.1296897 г ю аюЦЮг.У Составитель В.Врачевенко Техред И.Попович Корректор А. Зимокосо дак Заказ 768 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектна Тираж е 777ВНИИПИ Государств еннпо делам изобретени 113035, Москва, Ж, Рау Подписноео комитета СССРи открытийкая наб., д,4/5