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 σсж, растяжению σр, срезу τм, 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 Pmax- 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 σpопределяется 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.