Методы определения прочностных свойств.

Наибольшее использование в задачах геомеханики имеют характеристики прочности при одноосных сжатии [s_сж] и растяжении [s_р], а также при срезе (сдвиге) [t_ср].

В своё время был разработан ГОСТ 21153.2-84, в соответствии с которым определение прочности пород при одноосном сжатии производится на цилиндрических образцах диаметром 40-50 мм с отношением высоты к диаметру, равным 0,9-1,1. Допускается также проводить испытания на кубических образцах со стороной размером 45±5 мм. Торцовые поверхности образцов шлифуют, их выпуклость (вогнутость) после шлифования не должна быть более 0,05 мм. Торцовые поверхности должны быть параллельны друг другу (отклонение не более 0,1 мм) и перпендикулярны к образующим цилиндра (отклонение 1,0 мм).

Испытания проводят на прессе (рис. 6.4).

Рис.6.4. Определение прочности горных пород при одноосном сжатии.

1 - образец; 2 - калёные прокладки; 3 - центрирующее устройство; 4 - плиты пресса.

Для строго центрированного нагружения образца между ним и одной из плит пресса помещают шариковое центрирующее устройство. Нагружение образца производят с равномерной скоростью в пределах 1-30 кгс/(см^2.с), повышая нагрузку вплоть до разрушения образца и фиксируя значение разрушающей нагрузки.

Цилиндрические образцы пород стандартных размеров могут быть использованы и для определения предела прочности при растяжении. Определение производят методом диаметрального сжатия (рис. 6.5), так называемым “бразильским методом”.

Рис. 6.5. Определение прочности пород при растяжении методом диаметрального сжатия.

1 - испытуемый образец породы; 2 - плиты пресса.

В результате диаметрального сжатия в образцах возникают растягивающие напряжения.

При массовых определениях прочностных свойств горных пород весьма удобен метод комплексного определения пределов прочности при многократном раскалывании и сжатии.

Из проб изготавливают породные пластины толщиной 20 мм со строго параллельными шлифованными гранями. Одну из граней расчерчивают на квадраты со стороной, равной толщине пластины. Затем пластину раскалывают по прочерченным линиям стальными клиньями, определяя прочность породы на растяжение (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Определение прочности при растяжении методом раскалывания породных пластин клиньями.

1 - образец породы; 2 - клинья; 3 - соосник; 4 - плиты пресса.

Получаемые в результате раскалывания кубовидные образцы используют для определения предела прочности на сжатие. При этом образцы нагружают по двум параллельным шлифованным граням.

Прочность на срез (сдвиг) определяют в специальных стальных матрицах (рис. 6.7). Образец находится в условиях среза со сжатием. При испытаниях важно обеспечить равномерное распределение усилия пресса по сечению испытуемого образца. Испытания проводят на цилиндрических образцах указанных выше стандартных размеров. Зазор между разъемными половинами матрицы при вложенном в нее образце должен иметь постоянную ширину не более 2 мм.

Рис. 6.7. Схема определения прочности пород при срезе.

а - общий вид установки; б - схема испытаний.1 - пли-ты пресса; 2 - центрирую-щее приспособление; 3 - испытуемый образец; 4 - срезная матрица; 5 - роликовая опора.