Способ определения механических свойств горного массива

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИ .ЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНОГО МАССИВА, включающий циклическое сжатие образца породы из исследуемого горного мае-. сива в жестком режиме нагружсния, измерение напряжения, продольной и поперечной деформаций и определение после каждого цикла нагружения коэффициента разрьпагения образца, по которым судят о механических свойствах горного массива, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерений и снижения трудоемкости , измеряют коэффициент разш СЛ рыхления породы в массиве и при равенстве коэффициентов разрыхления образца и горного массива определяют упругие, деформационные и прочностные модули образца, которые считают равными соответствующим модулям массива.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

I (04 Е 21 С 39/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1,d

/dd

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛЯМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ (21) 3743860/22-03 (22) 22.05.84 (46) 07. 1О. 85. Бюл. Ф 37 (72) Н. К. Звонарев (71) Якутский научно-исследовательский и проектно-конструкторский инсти тут алмазодобывающей промышленности

"Якутнипроалмаз" (53) 622.35(088.8) (56) Иетодичесхие указания по определению механических свойств горных пород геологическими и изыскательскими организациями Министерства угольной промышленности СССР. 1977, с. 41-42, 71-72.

Рекомендации по методам определения запредельных характеристик горных пород при одноосном и трехосном сжатии. ВНИИИ, 1981, с. 11-14, 20.

„„SU„„ I 183676 А (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНОГО ИАССИВА, включающий циклическое сжатие образца породы из исследуемого горного массива в жестком режиме нагружсния, измерение напряжения, продольной и поперечной деформаций и определение после каждого цикла нагружения коэффициента разрыхления образца, по которым судят о механических войствах горного массива, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения измерений и снижения трудоемкости, измеряют коэффициент раэрыхления породы в массиве и при равенстве коэффициентов разрыхления образца и горного массива определяют упругие, деформационные и прочностные модули образца, которые считают равными соответствующим модулям массива.

К = 1-f +2 р где „- продольная деформация; — поперечная деформация.

2.

За-.ем определяется коэффициент разрыхления массива по отношению к образцу.

"о

К п = 1 45 где Р— плотность образца, определяемого лабораторными методами; — плотность массива, определяемая, например, радиоизотопным методом.

По достижении предела прочности и с началом записи нисходящей ветви производят разгрузку образца с последующим нагружеыием несколько раз (3-5), что регистрируется в виде петель гйстерезиса (фиг. 1с и 2).

По найденному значению коэффициента разрыхления массива К на диаграм1 11836

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения прочностных и деформационных свойств горного массива.

Цель изобретения — упрощение измерений и снижение трудоемкости.

На фиг. 1 представлено: y — зависимость напряжения от продольной деформации, 5 — - зависимость продоль- 10 .ной деформации от поперечной деформации; на фиг. 2 — зависимость продольной деформации от коэффициента разрыхления образца; на фнг. 3 — зависимость направления от продольной деформаций при коэффициенте разрыхления образца, равном коэффициенту разрыхления породы в массиве.

Способ осуществляется следующим образом. 20

Изготовляется цилиндрический образец из исследуемого горного массива. Помещают образец в жесткую .испытательную машину, жесткость которой в 2-3 раза выше жесткости образ25 ца. Деформируют его путем нагру- жения до предела прочности с одновременной регистрацией двухкоординатным самописцем диаграмм, характеризующих процессы деформации при нагружении и разгружении (фиг.1 и

2). Строится зависимость продольная деформация — коэффициент разрыхления образца, который определяется на основании формулы

76 2 ме продольная деформация — коэффициент разрыхления образца определяется значение продольной деформации (E ), соответствующее коэффициенту разрыхления массива (К ) и выбирается соответствующая нагрузочная кривая

АВС, характеризующая горный массив (фиг.3).Значения 6, E и М опре-: деляются по диаграмме напряжение— продольная деформация (фиг. 3).

ffl д ск»

1Ф 1Н Е1Ф Е10

Iq Ф где f,й- соответственно модули упругости и спада при значении коэффициента разрыхления образца, равного коэффициенту разрыхления породы в массиве;

b — предел прочности породы на сжатие при значении коэффициента разрыхления образца, равном коэффициенту разрыхления породы в массиве, определяется как максимальная величины напряжения на диаграмме напряжение — деформация;

b1н — минимальное значение напряжения, при котором восходящая и ниспадающая ветви диаграммы напряжение деформация линейны;, „,Г„„- величины деформации, соответствующие напряжениям и 61„ fff на восходящей и нисходящей ветвях циаграммы напряжение — деформация.

При жестком нагружении образца за пределом прочности трещиноватость образца развивается постепенно и на какой-то стадии деформирования она достигает уровня трещиноватости массива, затем превосходит . ее и,наконец, образец разрушается. Рост степени трещиноватости образца за пределом прочности сопровождается

Увеличением его объема, поэтому трещиноватость может характеризоваться коэффициентом разрыхления, а диаграмма продольная деформация — коэффициент разрыхления позволяет регистрировать изменение степени трещиноватости в процессе неоднократного разгружения с последующей нагрузкой в запредельной области деформирования и фиксировать изменение наклона нагрузочных кривых с ростом трещиноватости, тем самым становится возможным определить модуль упругости и модуль спада для горного массива в лабораторных условиях.

Определение коэффициента разрыхления массива по отношению к образцу — 1,4 ГПа) Точка g 10

0,2

0,974

0,956

0,3

0,5

0,950

0,984

6,8

2,6

5 0

7,1

1,029

1,065

7,5

7,0

82 10 г в -,™

5 6 7 з 11836 позволяет привязать механические характеристики образца к механическим характеристикам горного массива.

Пример, Образец глинистого известняка d - =70 мм и Ъ = 140 мм помещают между плитами пресса. Для повышения жесткости пресса параллельно с образцом устанавливаются и деформируются три стальных стержня— компенсаторы. Регистрация деформаций 10 образца в виде диаграмм напряжение— продольная деформация (фиг. 1а), продольная деформация — .поперечная деформация (фиг. 2) ведется двухкоординатными самописцами. По записи на диаграмме (фиг. 1а) видно, что предел прочности достигнут при 6„ =

= 80 ИПа (точка О), дальнейшее деформирование ведется в запредельной области. На нисходящей ветви показа- 20 но четыре цикла разгрузка — нагружение (кривые К „— К фиг. 1 а и 2) .

Результаты определения коэффициента разрыхления образца К представР лены в таблице. 25

По данным таблицы построена диаграмма продольная деформация — коэффициент разрыхления образца (фиг.1б).

76 4

Коэффициент разрыхления массива по отношению к образцу К = 1,03.

Этому значению коэффициента разрыхления массива Кщ на фиг. la соответствует диаграмма АВС (фиг.3), а механические характеристики равны: бс = 60 МПа.

О 1н 60-10

= 8„.,„1/-1 5 ем о1н 60-10

 — — — — - — = 5 ГПа.

1183676

Б 7

Составитель С. Потапов

Техред С.Мигунова Корректор М. Самборская

Редактор А. Шандор

Филиал ППЛ "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6244/34 Тираж 481 Подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5