Способ испытания слоистых образцов горных пород на одноосное сжатие

 

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение точности испытания за счет обеспечения равномерности поперечного деформирования по всей высоте испытуемого образца (ИО). Предварительно определяют модули упругости каждого из породных слаев. Затем изготавливают из нескольких породных слоев образец цилиндрической формы с равнодеформируемыми образующими путем выполнения поперечных сечений породных слоев обратно пропорциональных их модулям упругости. Торцы ИО размещают между предварительно нагруженными прокладками из низкомодульного материала. Осуществляют осевое нагружение ИО вплоть до его разрушения. Определяют прочностные и деформационные характеристики ИО. Использование прокладок иа низкомодульного материала обеспечивает равномерность передачи нагрузки на ИО. Предварительное нагруже1ше прокладок приводит к отсутствию растягиваюЕ их напряжений на торцах ИО при его сжатии. Равномерность поперечного деформирования по всей высоте ИО приводит к тому, что в диапазоне упругих деформаций контакты между слоями не нарушаются. 2 ил. i СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ)(РЕСПУБЛИК

А1 (19) (ll) (5))4 Е 21 С 39 00 С О! И 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4042518/22-03 (22) 26.03,86 (46) 07,10.87. Бюл, 11- 37 (71) Донецкий политехнический институт (72) О. Ю. Кузмич, И. Н. Селезнев и В. И. Пилюгин (53) 622.23.02(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 256699, кл. Е 21 С 39/00, 1968, (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ СЛОИСТЫХ ОБРАЗЦОВ 1 ОРНЫХ ПОРОД НА ОДНООСНОЕ

СЖАТИЕ (57) Изобретение относится к горному делу, Пель изобретения — повышение точности испытания за счет обеспечения равномерности поперечного деформированил по всей высоте испытуемого образца (ИО). Предварительно определяют модули упругости каждого из породных слоев. Затем изготавливают из нескольких породных слоев образец цилиндрической формы с равнодеформи-. руемыми образующими путем выполнения поперечных сечений породных слоев обратно пропорциональных их модулям упругости. Торцы ИО размещают между предварительно нагруженными прокладками из низкомодульного материала.

Осуществляют осевое нагружение ИО вплоть до его разрушения, Определяют прочностные и деформационные характеристики ИО, Использование прокладок из низкомодульного материала обеспечивает равномерность передачи нагрузки на ИО, Предварительное нагружение прокладок приводит к отсутствию растягивающих напряжений на торцах

ИО при его сжатии. Равномерность поперечного деформирования по всей высоте ИО приводит к тому, что в диапа— зоне упругих деформаций контакты между слоями не нарушаются. 2 ил.

1 34 3013

Е

D = = 0 042 м;

35

M

Г з — D;

Изобретение относится к горному делу, в частности, к методам определения прочностных и деформационных характеристик слоистых образцов горных пород при одноосном сжатии, и может быть использовано при оценке механических свойств горных пород.

Цель изобретения — повышение точности испытания за счет обеспечения равномерности поперечного деформирования по всей высоте образца.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг, 2 — схема для определения модулей упругости слоев образца.

Устройство для испытания образца горной породы, состоящего из несколь— ких породных слоев 1-3 цилиндрической формы, содержит тензометры 4 для закрепления на боковых поверхностях каждого из слоев 1-3, предварительно нагруженные прокладки 5 из низкомодульного материала для установки на торцах образца, пресс и индикатор продольной деформации (не показаны) . Применение прокладок 5 из низкомодульного материала обеспечивает равномерность передачи нагрузки на торцы образца, а предварительное нагружение (сжатие) прокладок 5 приводит к отсутствию растягивающих напряжений на торцах образца при его сжатии.

Пример, Испытаниям подвергались образцы горной породы, состоящие из трех слоев 1-3 песчаника различной степени метаморфизованности и вследствие этого обладающие рлзличными деформационными свойствами. Высота слоев 1-3 соответственно равна 1

40 мм; 1 =- 60 мм; 1., = 20 мм

Предварительно определялись модули упругости каждого из слоев 1-3. Для этого использовался образец с указанными слоями цилиндрической формы диаметром с1 = 46 мм, полученный в результате кернового бурения горных пород нормально его слоистости. К серединам каждого слоя 1-3 этого образца (фиг ° 2) прикрепили тензометры 4 и разместили торцы образца между прокладками 5 из эпоксидно-диановой смолы, предварительно нагруженными усилием 4.10 H. Затем образец начали

4 плавно нагружать с помощью пресса, одновременно фиксируя тензометрлми

4 поперечные деформации каждого слоя

1-3. По построенным графикам зависимоcTEH поперечных слоевых деформаций от напряжений определили модули упругости слоев I 3: F. = 4 2 10з Г!а;

° 1

Е = 5 10 Па; Е = 3,5 10 Па, На основании этих данных изготовили образец, состоящий из указанных слоев 1-3 с равнодеформируемыми образующими (фиг. 1), выполнив площади поперечных сечений слоев 1-3 обратно пропорциональными их модулям упругости. При этом исходили из того, что при нагружении каждый породный слой должен испытывать напряжения, про15 порциональные его модулю упругости, т,е, должно выполняться соотношение где Б,, S, S — площади поперечных

20 сечений природных слоев 1-3.

Исходя из приведенного соотношения и приняв диаметр поперечного сечения

25 слоев 3 с наименьшим модулем упругости равным D = 0,046м, рассчитали диааметры Df u D поперечных сечений 1 и 2

D„= D — = О 038 м. (Ез

1Е

Переходы от одного к другому, с целью избежания больших концентраций напряжений, выполнили плавными. Радиусы переходов рассчитали следуюшим

40 образом:

Н1 — — — 0,001 и;

50 Затем изготовленный образец испытали на одноосное осевое сжатие, используя прокладки 5 и пресс устройсT вл. Постепенно нагружали образец до потери прочности, Прочность образца определяли отношением разрушаюшей нлгрузки (Р = 1365 10 Н) к эквивалент2 ной плошади его поперечного сечения

Б„,, которую рассчитали следуюшим образом:! 114801 4

+, + 1„

««/4(>,, + 1, „;" +

+ 3. +

Г1О мере п агру-,кения Ос>раз цл определяли попер еч«я lå дефор.-? t t t»1(к<)жгсо го породно(о c:?оя —.3 с и<> . «:)III?>f(> тс. .н «о— метров 4 и ltponoJI? «(ые деформл;(ии Об- уО разц(3 н це (Ом: помощ«,ю и« .диклторл члсово о тица, 1!О нос t po e«tfto ty г р<«ф(?ку tt p<>;gott!> ных деформаций обрлзцл От апряжен((й с>прс дeляли с I <> модул«, упруl Ос. ги пр 1<)JII .» . ного деформировлпия, котс>рый составил

Е = 4, 8 I О !1л, 1lëïðÿæ»ния Определя—

Ф, 9 ли отношспис-м уси (ия, рл»1«ивлемого прессом, к

»ка

)IJI5(< .рлнн»ния Определили проч?(о сть 30 нл одноосное сжл гие ци?!и«(дрическс гп

Обр l «I(2. с иДE. HTè ÷1è !"1 р л Гl!(.) IО>t е t(H с . и порс>дных < J(оен Ь, = 9 >О 1?) Il;«и его модуль упругoc TH прод 5??>ного д»вЂ” формирования (1. = 3> 9 О9 )!л j.,85

Унелич f(tfe моду;151 у(«р:1 Ости «(рс)дольного г(ефор? (ирс)1»:»f!1»t нл >07 и прочности пл 9i; OF)pl««цл < р:«ннодеформиру»мьи и(otip;«зу?(>«((?((11 и((.рлв«(еьз(ю с. цилиндричс .ски. ? c««идс тeJI> с:T вуеT o I«JIH- 40 янии рлнномс pll(>(.ти по. с>ре !ногo де 1>Ормирования каждо! (> (tr)p.» ttt(. <> (>(to>t на дефс>рмлцис>нные и прочност?«ь«е снойствл обр<1 «цi! н ц»лом. Гс)г< «! »: с>р««> сть поперечного деформировлния по всей 45 высоте Об1>;1«цл приводит к тому, что по «cps!(«?»!I "(epe н дис«па «Оне упругих деформаций f;(>нтлк (ы мс жду слоями не нару!?«лк) (ся. !1е.!с стность контактов влияет «(а пр >цесс длл« нейшего дефор- 5р миронлния и рл «руш»ние с брлзца. В

1 печения равномерности поперечного д»фор>(иров л«и(51 цо I» c»t t Hl? co T<1 (б р л»11

1 предварительно определяют модули упругости каждого из породных слоев, л образец изготавлинают с равнодеформ«»руемыми обраэуюисими путем выполнения поперечных сечений породных слоев обратно пропорциональными их модулям упругости, О, ОО1 (t

11рочность обра.»ц;1 с рлвнодефс рми- 1О руемыми об раз укицими ft = вЂ, — = !ОЙДО 10 Па. с, Э к?1

l5 с:1 ч лс» I? рОII Ор1 (И() lt 1в прочп<>сти к,«ж;( го (topoptlol>o слоя (данная связь плF)Jнндлется для слоев од <Ого класса п >род) при достиже«и(и рлзру!илю!ие«! илгрузки, все породив!е слои будут р,«зруп!аться одновременно, что обу»ловлинлет повышение прочности Обрлз— цл с равнодеформируемой образую(пей.

Обеспечение равномерности попереч— ного деформирования по всей высоте фигурного образца повышает точность испытания горных пород на одноосцо» сжлтие, что приближает условия испытаний к реальным условиям деформьро— влепя массива слоистых горных пород н сторону подземных обнажений.

11зобретение может быть использонлнс для выявления оптимальных форм H() перечных сечений выработок, целиков, камер, сооружаемь!х в слоистом массиве, с целью повьпиения их устойчивости, л также для определения прочности слоистых горных пород на одноосное растяжение.

Ф()рмуллизобретеиtl я

Способ испытания слоистых oбр;!»ц н горных пород на од«(оосное сжатие, включа«с>щи«1 изготовление образца, с )стоящего из нескольких породных слос н цилиндрической формы, размещение торцов образца между предварительно ((лгружен«и(ми прокллдклми Н3 ни»ком(ду.tt— ного млтериала, осевое нлгруженис Об— рлзцл вплоть до рлзруше«п(я и Опр»дс— лс «?ис em прочностных 11 деформлци— ных храктеристик, о т л и ч а ю шийся тем, чтс>, с цел«,ю по««ьи«?<— ния точности исп(lтания з л счс т (F>i (—

13430! 3

Составитель В. Т.:льн >и и

Редактор А. Козориз Техред M.Дидык К . рр ктор С. Черни

Заказ 4613/29

Тираж 454 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж-35, Раунская наб, „д, 4/5

Производственно-полиграфическс е предприятие, г, Ужгород, у;<, Проектная, 4