Определение прочности горных пород в приборах трехосного сжатия

Горные породы в условиях естественного залегания обычно находятся в сложном объемном напряженном состоянии, развивающемся под влиянием веса вышележащих масс (гравитационных сил) и тектонических сил, в меньшей мере – перепада температурных градиентов и др. При ведении горных работ напряженное состояние пород может уменьшаться или увеличиваться за счет перераспределения масс горных пород и воздействия внешних нагрузок. При этом если касательные усилия превысят внутренние силы сопротивления пород сдвигу, породы начинают разрушаться, наступает потеря их прочности.

При изучении прочности горных пород, т.е. сопротивления их разрушению, важно испытания пород производить в условиях силовых воздействий, аналогичных или близких к природным. Этим условиям в известной мере удовлетворяет метод испытания пород в приборах трехосного сжатия, называемых стабилометрами (измеритель прочности). Испытания пород на трехосное сжатие правильнее моделируют их напряженное состояние в естественных условиях залегания и дают достаточно надежные данные о сопротивлении сдвигу, но они более сложны, чем испытания в срезных приборах. Поэтому они не могут быть массовыми в условиях производственных исследований.

В стабилометрах образец породы цилиндрической формы в тонкой резиновой оболочке помещают в камеру прибора между верхним и нижним штампами (рисунок 4.50). Всестороннее (в стабилометрах типа А) или только боковое (в стабилометрах типа Б) давление на образец передается при помощи воды, глицерина или другой жидкости, нагнетаемой в камеру. В стабилометрах типа А помимо всестороннего давления (равного боковому) через шток при помощи пресса на образец передается осевое давление . Следовательно, в таких стабилометрах осевое давление не может быть меньше бокового. В стабилометрах типа Б, в отличие от типа А, боковое давление не является одновременно и всесторонним. Осевое давление на образец здесь передается непосредственно через поршень независимо от бокового и, в частности, может быть меньше бокового.

Если в стабилометрах всестороннее или боковое давление поддерживать постоянным, а осевое постепенно увеличивать, то образец породы можно довести до разрушения. Этого же можно достичь, если осевое давление сохранять постоянным, а всестороннее уменьшать.

По данным испытаний образцов исследуемой породы (одного для песчаных пород и двух-трех для глинистых) при различных значениях всестороннего или бокового давления строят диаграммы Мора.

Касательные к предельным кругам напряжений на этих диаграммах удовлетворяют уравнениям и . Параметры касательной к этим кругам с, , являются количественными показателями прочности пород.

Испытаниям в приборах трехосного сжатия для определения прочности могут подвергаться скальные, полускальные, песчаные и другие несвязные и глинистые породы. Особенно целесообразно применять такие испытания для пород слабых глинистых, мягких водонасыщенных, неустойчивой консистенции, так как испытывать такие породы в срезных приборах затруднительно – они легко раздавливаются и выдавливаются в зазоры прибора.

Рисунок 4.50 – Схема конструкций стабилометров: а – типа А; б – типа Б: 1, 2 – краны; 3 – верхний и нижний поршни; 4 – камера; 5 – резиновая оболочка; 6 – шток; 7 – образец

Поиск по сайту: