3.5. Образцы испытывают сжатием вплоть до разрушения плавно нарастающей нагрузкой (общая длительность нагружения 0,6— 1,5 мин). При этом центрирование нагружающего усилия производят с помощью легкоподвижных шаровых опор, располагаемых над верхним торцом образца (диаметр шара в опоре равен 0,4—0,6 диаметра образца).
Предел прочности образца при сжатии Rс, кгс/см2 рассчитывают по формуле
(5)
где Р—разрушающая нагрузка при сжатии, кгс;
d—диаметр образца, см;
h — высота образца, см.
При применении рифленых подкладок расчет ведут по формуле
Предел прочности породы b коэффициент его вариации рассчитывают по результатам испытания всех образцов, изготовленных из пробы, по обычным формулам математической статистики.
Рис. 5. Номограмма для определения Rc
Рис 6. Паспорт прочности пород
3.6. Метод соосных пуансонов—метод массовых испытаний пород прочностью 50—1200 кгс/см2 с нормальной надежностью. Применяется при наличии корневой пробы, недостаточной по размерам для испытании основным методом, либо при отсутствии мощных нагрузочных испытательных машин.
Испытаниям подрергают образцы и форме плоских цилиндрических дисков, изготовляемых поперечной разрезкой керна. Диаметры дисков (кернов) от 30 до 120 мм, толщина 11—12 мм, число образцов—по 8—10 шт. из каждой пробы породы, параллельность плоских сторон образцов — до 0,03 мм.
3.7. Предел прочности образца при сжатии Rс, кгс/см2, рассчитывают с помощью номограммы (рис 5) по формуле
(6)
где Р—разрушающая нагрузка при сжатии, кгс;
F—площадь поверхности разрушения, см2, определяемая на номограмме по диаметру образца d, мм.
Предел прочности породы и коэффициент вариации рассчитывают по результатам испытания всех образцов данной пробы по обычным формулам математической статистики.
3.8. Метод раскалывания— экспресс-метод упрощенных испытаний пониженной надежности (60—75??). Применяется для пород, пробы которых представляют собой обломки керна или маломерные куски неправильной формы, недостаточные или не поддающиеся выбуриванию для изготовления образцов правильной формы.
Метод основан на корреляционной связи предела прочности при сжатии пород с пределом их прочности при растяжении, определяемым с высокой надежностью путем раскалывания образцов пород.
Испытаниям подвергают образцы произвольной формы (обломки керна и т. п.), максимальные размеры которых ограничиваются габаритами испытательного устройства (80х80 мм) и предельными величинами нагрузок, развиваемых испытательным устройством. Минимальны» размеры образцов 40х40 мм.
Для испытания применяется нагрузочный прибор, разработанный ВНИМИ.
3.9. Предел прочности образца при сжатии Rс, кгс/см2, вычисляют по формуле
(7)
где Р—разрушающая нагрузка при раскалывании, кгс;
F—площадь поверхности раскола образца, см2;
m — коэффициент, равный 14,5 при P:F??67 и 20,4 при P:F>67. Предел прочности породы и коэффициент вариации рассчитывают по результатам испытания всех образцов, изготовленных из пробы, по обычным формулам математической статистики.
3.10. Одноосное сжатие образцов полуправильной формы—метод пониженной надежности (60—75??). Применяется в порядке исключения для пород, пробы которых разрушаются в результате воздействия технологических условий выбуривания и изготовления образцов правильной формы.
Испытаниям подвергают образны, изготовляемые из обломков породы осторожной подшлифовкой двух параллельных плоских граней. Размеры образна должны отличаться друг от друга не более чем в 3 раза. Допустимые значения размеров должны быть в пределах 20—200 мм, при этом отношение высоты образца (в направлении, перпендикулярном к подшлифовке) к наименьшему из остальных двух размеров должно быть в пределах 0,5—3. Площади подшлифованных граней не должны различаться более чем в 1,5 раза. Плоскость подшлифованных граней соблюдают с точностью ±0,03 мм, а их параллельность—с точностью ±0,5 мм. Испытание необходимо производить на 4—5 образцах.
3.11. Предел прочности образца при сжатии Rс, кгс/см2, рассчитывают по формуле
(8)
где Р— разрушающая нагрузка при сжатии, кгс;
aср—среднеарифметическое наименьшего габаритного поперечного размера, подсчитанное по размерам подшлифованных граней, см;
Ьср—то же, наибольшего габаритного поперечного размера, см;
h — высота образца, см.
Предел прочности породы и коэффициент вариации рассчитывают по результатам испытания всех образцов данной пробы по обычным формулам математической статистики.
Методы лабораторных испытаний предела прочности пород при растяжении
3.12. «Бразильский» метод—основной метод для массовых испытаний с нормальной надежностью 95—98??.
Испытаниям подвергают цилиндрические образцы диаметром 30—60 мм, высотой (не считая скоса торцов) от 0,6 до 1,1 диаметра, по 8—10 образцов из каждой пробы породы. К качеству торцовых поверхностей образцов особых требований не предъявляют, они могут представлять собой даже поверхности разлома. Разницу в длине образующих образца допускают в пределах 10—15% средней длины образца. Две противоположные образующие образца подготовляют к приложению распределенной вдоль них испытательной нагрузки, для чего вдоль этих образующих зашлифовывают на плоской шлифовальной план-шайбе две фаски шириной 3—5 мм.
Образец испытывают с использованием устройства типа раскалывающих клиньев.
3.13. Предел прочности образца при растяжении Rр, кгс/см2, рассчитывают по формуле
(9)
где Р—разрушающая нагрузка при раскалывании, кгс;
F—площадь поверхности раскола образца, см2, Предел прочности породы b коэффициент вариации рассчитывают по результатам испытания всех образцов данной пробы по общеизвестным формулам математической статистики.
3.14. Раскалывание сферическими инденторами — упрощенный экспресс-метод для массовых испытаний с нормальной надежностью 95—98??.
Содержание метода изложено в п. 3.8.
Предел прочности образца при растяжении Rр, кгс/см2, рассчитывают по формуле
(10)
где Р—разрушающая нагрузка при раскалывании, кгс;
F — площадь поверхности раскола образца, см2.
3.15. Поперечное раскалывание керна— полевой упрощенный метод пониженной надежности (60—75??), применяющийся, главным образом, для расслаивающихся пород.
Испытаниям подвергают керны диаметром до 160 мм и длиной не менее диаметра. Дополнительная обработка кернов не требуется.
Образец испытывают с использованием устройства типа раскалывающих клиньев.
3.16. Предел прочности образца при растяжении Rр, кгс/см2, рассчитывают но формуле
(11)
где Р—разрушающая нагрузка при раскалывании, кгс;
F — площадь поверхности раскола, равная площади поперечного сечения керна, см2.
Предел прочности пород и коэффициент вариации рассчитывают по результатам 5—6 испытаний, для чего используют как отдельные образцы, так и их остатки после раскола, если они по длине удовлетворяют требованию п. 3.16.
Методы лабораторных испытаний показателей объемной
прочности
Объемное сжатие в стабилометре—основной метод испытаний с нормальной надежностью 95—98%, применяемый при наличии соответствующего лабораторного оборудования.
Испытаниям подвергают цилиндрические образцы диаметром от 30 до 43 мм (в отдельных случаях до 50 мм), высотой 60—80 мм, по 18—12 образцов из каждой пробы породы.
Образцы испытывают сжатием между нагрузочными плитами стабилометра.
В результате испытания определяют предельные значения двух главных напряжении.
Паспорт объемной прочности породы строят графически (рис. 6), как огибающую предельных кругов Мора всех испытанных образцов, причем различные образцы данной пробы испытывают при различающихся значениях гидростатического давления в рабочей камере стабилометра, Удельное сцепление породы определяют как отрезок, отсекаемый огибающей па оси касательных напряжений, а угол внутреннего трения как угол наклона огибающей к оси нормальных напряжении.
3.18. Метод косого среза— метод испытаний с пониженной надежностью (70—75??), применяемый при наличии соответствующего лабораторного оборудования.
Испытаниям подвергают цилиндрические образцы диаметром 42—43 мм, высотой 65—70 мм, по 6—8 образцов из каждой пробы породы.
Для получения данных, необходимых для построения паспорта прочности, половину образцов подвергают срезу при угле наклона к направлению нагружения, равном 45°, а половину—при угле наклона 30°. Полное разрушающее образец напряжение ??а рассчитывают по формуле
(12)
где Р—разрушающая нагрузка при срезе, кгс;
d—диаметр образца, см;
h — высота образца, см.
Для каждого угла наклона усредняются величины полного разрушающего напряжения.
3.19. Паспорт прочности пород строят графически (рис. 7). Параметры его С — удельное сцепление, кгс/см2, и tg?? — коэффициент внутреннего трения вычисляют по формулам:
(13)
(14)
где ??45??—полное разрушающее напряжение при срезе под углом 45°,
кгс/см2
??30?? — то же, при срезе под углом 30°, кгс/см2.
3.20. Расчетный метод по М. М. Протодьяконову — метод приближенной оценки удельного сцепления и угла внутреннего трения, применяемый при отсутствии оборудования для лабораторных испытаний объемной прочности.
Рис. 7. Паспорт прочности пород
Метод основан на использовании установленного М. М. Прото-дьяконовым общего вида аналитического выражения паспорта прочности горных пород
(15)
где ??макс—максимальное сдвигающее напряжение, кгс/см2;
а—параметр выполаживания огибающей кривой, кгс/см2. ??макс и а принимаются в зависимости от величины отношения Rс/Rр для данной породы. Использование этой зависимости позволяет приближенно определять удельное сцепление и коэффициент внутреннего трения по результатам лабораторных испытаний пределов прочности при сжатии Ib растяжении, приведенным в следующей таблице:
|
Rс/Rр |
1/Rpco,75 |
1/Rpco |
tg??0.75 |
tg??0 |
|
4 |
1,60 |
1,05 |
0,27 |
0,75 |
|
5 |
1,85 |
1,19 |
0,37 |
0,87 |
|
6 |
2,11 |
1,32 |
0,47 |
0,98 |
|
7 |
2,36 |
1,45 |
0,55 |
1,08 |
|
8 |
2,62 |
1,57 |
0,63 |
1,18 |
|
9 |
2,87 |
1,69 |
0,69 |
1,27 |
|
10 |
3,15 |
1,80 |
0,74 |
1,35 |
|
11 |
3,41 |
1,91 |
0,78 |
1,43 |
|
12 |
3,69 |
1,01 |
0,81 |
1,50 |
|
13 |
3,96 |
2,10 |
0,84 |
1,57 |
|
14 |
4,23 |
2,19 |
0,87 |
1,63 |
|
15 |
4,25 |
2,27 |
0,89 |
1,69 |
|
16 |
4,83 |
2,35 |
0,91 |
1,75 |
|
17 |
5,16 |
2,42 |
0,93 |
1,82 |
|
18 |
5,48 |
2,49 |
0,95 |
1,87 |
|
19 |
5,80 |
2,57 |
0,97 |
1,93 |
|
20 |
6,14 |
2,63 |
0,99 |
1,98 |
|
21 |
6,47 |
2,71 |
1,01 |
2,03 |
|
22 |
6,80 |
2,78 |
1,03 |
2,09 |
|
23 |
7,14 |
2,85 |
1,04 |
2,14 |
|
24 |
7,47 |
2,91 |
1,06 |
2,19 |
|
25 |
7,80 |
2,98 |
1,07 |
2,24 |
|
26 |
8,13 |
3,05 |
1,08 |
2,29 |
|
27 |
8,46 |
3,12 |
1,09 |
2,34 |
|
28 |
8,79 |
3,18 |
1,10 |
2,39 |
|
29 |
9,14 |
3,25 |
1,11 |
2,44 |
|
30 |
9,52 |
3,31 |
1,12 |
2,48 |
В таблице приведены расчетные величины для наиболее характерных напряжений: среднего на участке 0,5 Rс<??<Rc (показатели C0,75 и tg??о,75) и в точке ??=0 (показатели Со и tg??о).
Объемное сжатие в гидравлической установке сложного
нагружения (ГУСН)
3.21. Испытаниям подвергают образцы диаметром 30 мм и длиной в рабочей части не менее 60 мм при общей длине образца 80 мм. В камере установки ГУСН образцы подвергают одновременно осевому ??1 боковому ??2, ??3 сжатию. Боковое да1вленне во время опыта поддерживают постоянным.
В процессе опыта измеряют главные относительные деформации ??1=??2-==??3 и главные нормальные напряжения ??1, ??2=??3. Измерение деформаций производят тензодзтчнками, наклеенными на поверхность образца вдоль и перпендикулярно к его оси, т. е. по направлениям главных осей. Регистрацию деформаций и нагрузки ведут на многоканальном шлейфовом осциллографе. Предел прочности образца Rс, кгс/см2 определяют по формуле
