Определение предела прочности горных пород на сжатиеПредел прочности породы (σ сж.) определяется отношением разрушающей силы (Fmax) к начальной площади сечения (S) образца, Па: σ сж = Fmax / S. Скорость нагружения при испытаниях выбирают в зависимости от прочности породы в пределах 0, 1 ¸ 5 МПа в секунду. Для испытаний необходимо использовать образцы цилиндрической формы диаметром 40¸ 50мм, высотой равной 0, 9¸ 1, 1 диаметра. Допускается испытание кубических образцов с длиной ребра 40¸ 50мм. Торцы образцов должны быть параллельны друг другу и перпендикулярны к боковой поверхности. Если образец имеет иное отношение высоты к диаметру, необходимо произвести пересчет результатов испытаний по формуле:
где s ¢ - показатель прочности образца с нестандартными размерами; d - диаметр нестандартного образца; h - высота нестандартного образца. При испытании образцов, диаметры которых не соответствуют требованиям методики, результат уточняется расчетом по формуле:
где s ¢ ¢ - показатель прочности образца нестандартного диаметра; d" - диаметр нестандартного образца. Показатель прочности при сжатии часто используется, как относительная характеристика, позволяющая сопоставить различные породы. Он используется, в частности, для определения коэффициента крепости (f) пород по Протодьяконову М.М., представляющего выражение: f = σ сж· 10-7 2.3 где sсж - предел прочности породы при сжатии, Па. Коэффициент крепости является величиной безразмерной и служит характеристикой сопротивляемости горных пород при любых видах разрушения. Классификация пород М.М. Протодьяконова по величине коэффициента крепости приведена в табл. 5 приложения. Оборудование и материалы. Пресс с силоизмерительным устройством, штангенциркуль, образцы испытуемой породы. Порядок выполнения испытаний. Подготавливают к работе пресс, установив стрелку силоизмерительного устройства в нулевое положение. Измеряют диаметр образца и устанавливают его торцом в центре опорной плиты пресса без каких-либо прокладок и смазки. Пресс приводят в действие и образец нагружают со скоростью в пределах от 0, 1 до 5МПа в секунду. После разрушения образца пресс выключают. По шкале силоизмерителя определяют разрушающее усилие. Эксперимент повторяют для каждого из образцов. Обработка полученных результатов. Предел прочности породы на сжатие определяется по формуле, Па: σ сж = 4 Fmax/ ( При необходимости результат уточняется по формулам (2.1) и (2.2). По формуле (2.3.) определяется коэффициент крепости породы. Порядок оформления работы. Приводится схема нагружения образцов и краткое описание эксперимента. Результаты измерений и расчетов представляются в виде таблицы (форма 6). Результаты исследований подвергаются аналитической обработке с целью определения среднего значения параметров, доверительного интервала и коэффициента вариации. Форма 6
2.2. Определение прочностных характеристик горных пород Массовое определение прочностных характеристик горных пород на образцах правильной геометрической формы отличается относительно высокой трудоемкостью их подготовки к испытаниям. В связи с этим разработан ряд упрощенных (косвенных) методов, не требующих специальной подготовки породных проб. Среди них известен способ испытаний образцов произвольной формы. Сущность его заключается в определении разрушающих напряжений при раздавливании образцов нагружением вдоль наибольшей оси. При этом в вертикальной плоскости образца формируются разрывающие напряжения, величина которых определяется из выражения: s р ¢ = F/ S, где F - нагрузка на образец, Н; S - площадь сечения образца м2, определяемая произведением средней высоты на среднюю ширину плоскости разрушения. Установлено, что площадь плоскости разрыва образца пропорциональна его объему: S Многочисленными экспериментами определено, что между пределом прочности на разрыв при испытании образцов произвольной формы и пределом прочности на сжатие цилиндрических образцов существует корреляционная зависимость, характеризуемая выражением: s р ¢ Оборудование и материалы: пресс с силоизмерительным устройством, штангенциркуль, образцы испытуемой породы, лабораторные весы. Порядок проведения испытаний. Отбирают один из образцов породы и методом гидростатического взвешивания или волюменометрическим методом определяют его объемную плотность. При определении плотности прочных, малопористых пород парафинирование образца необязательно. Оставшиеся образцы взвешивают и последовательно подвергают испытаниям на прессе. Для этого пресс подготавливают к работе, установив стрелку силоизмерительного устройства в нулевое положение. Образец породы помещают в центре опорной плиты таким образом, чтобы действие нагружающего усилия совпадало с его наибольшей осью. Пресс приводят в действие со скоростью нагружения, рекомендуемой в работе 2.1. После разрушения образца пресс выключают. По шкале силоизмерителя определяют разрушающее усилие. Эксперимент повторяют для каждого образца.
Обработка полученных результатов. Предел прочности породы на разрыв определяется по формуле, Па: s р ¢ = Fmax.· (rо/m) 0, 67, где F max - разрушающее усилие, Н; rо - плотность, кг/м3; m - масса образца, кг. Предел прочности породы на сжатие определяют по формуле, Па: sсж. Порядок оформления работы. Приводится схема нагружения образцов и краткое описание методики испытаний. Результаты измерений и расчетов заносятся в таблицу (форма 7). Форма 7
|
2.1
2.2
·d2 ), где Fmax - разрушающее усилие, Н; d - диаметр образца, м.
V2/3 
