RU2521116C1 - Determination of rock specimen mechanical properties - Google Patents

Determination of rock specimen mechanical properties Download PDF

Info

Publication number
RU2521116C1
RU2521116C1 RU2013103859/28A RU2013103859A RU2521116C1 RU 2521116 C1 RU2521116 C1 RU 2521116C1 RU 2013103859/28 A RU2013103859/28 A RU 2013103859/28A RU 2013103859 A RU2013103859 A RU 2013103859A RU 2521116 C1 RU2521116 C1 RU 2521116C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
specimen
destroyed
sample
indenters
zones
Prior art date
Application number
RU2013103859/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Алексеевич Коршунов
Дмитрий Николаевич Петров
Анатолий Николаевич Шоков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"
Priority to RU2013103859/28A priority Critical patent/RU2521116C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2521116C1 publication Critical patent/RU2521116C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: specimen is loaded by two spherical indenters directed in opposition till its cracking. Destructive force is registered to define cracking surface area in destructed specimen that extends through loading axis, geometrical parameters of destructed zones in areas of contact with spherical indenters, specimen rupture stretching stress and mean compressive stress at the boundary of the larger of destructed zones are calculated. Breaking point and shear resistance are defined as mechanical properties of the specimen. Debris of crushed specimen are used to compose a composite specimen for determination of geometrical parameters of crushed zones at the ends of said composite specimen. Diameter of residual marks of indenters and indent hole length along fracture surface are defined. Surface area of larger destructed zone at contact with indenters, breaking point at uniform stretching, maximum shear resistance and Poisson factor are defined by the formulas.
EFFECT: simplified tests, higher precision of determination of mechanical properties.
5 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к механическим испытаниям горных пород и материалов, имеющих хрупкий характер разрушения, и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях.The invention relates to mechanical testing of rocks and materials having a brittle nature of destruction, and can be used in engineering-geological surveys.

Известен способ определения напряженного состояния горных пород в массиве (авторское свидетельство СССР №1259005, кл. E21C 39/00, 1986), включающий вдавливание в горную породу (забой скважины) нагрузочного элемента в виде штампа до разрушения породы с образованием лунок выкола и определение глубин вдавливания штампа, равных глубинам лунок выкола.A known method for determining the stress state of rocks in the massif (USSR author's certificate No. 1259005, class E21C 39/00, 1986), including pressing a load element in the rock (bottom hole) in the form of a stamp until the rock breaks with the formation of puncture holes and determining the depths indentation of the stamp equal to the depths of the puncture holes.

Недостатками способа являются низкая точность относительного определения напряженного состояния породы без учета абсолютных значений предельной объемной прочности и действующих напряжений, а также сложность и трудоемкость испытаний из-за поэтапного бурения скважины и многократного вдавливания штампа.The disadvantages of the method are the low accuracy of the relative determination of the stress state of the rock without taking into account the absolute values of the ultimate volumetric strength and existing stresses, as well as the complexity and complexity of the tests due to the phased drilling of the well and repeated indentation of the stamp.

Известен способ определения контактной динамической прочности (авторское свидетельство СССР №1346785, кл. E21C 39/00, 1987), включающий ударное внедрение нагрузочного элемента (наконечника мерного стержня) в породу, определение напряжений в нагрузочном элементе и геометрических параметров лунки разрушения (глубины лунки разрушения и ее диаметра).A known method for determining contact dynamic strength (USSR author's certificate No. 1346785, class E21C 39/00, 1987), including the shock introduction of the load element (measuring rod tip) into the rock, determination of stresses in the load element and the geometric parameters of the fracture well (depth of the fracture well and its diameter).

Недостатками способа являются сложность испытательного и регистрирующего оборудования для определения максимальных напряжений в нагрузочном элементе и трудоемкость проведения испытаний, связанных с неоднократным ударным воздействием нагрузочного элемента и необходимостью его очистки от продуктов разрушения.The disadvantages of the method are the complexity of the test and recording equipment to determine the maximum stresses in the load element and the complexity of the tests associated with repeated impact of the load element and the need to clean it from the products of destruction.

Известен способ определения коэффициента внутреннего трения горных пород (авторское свидетельство СССР №970197, кл. G01N 19/02, 1982), включающий приложение к образцу сферической формы раскалывающего усилия и определение в плоскости, проходящей через ось нагружения, геометрических параметров (радиуса основания и высоты) зон разрушенной породы на контакте с нагрузочными поверхностями.There is a method of determining the coefficient of internal friction of rocks (USSR author's certificate No. 970197, class G01N 19/02, 1982), which includes applying to the sample a spherical shape of a cleaving force and determining in the plane passing through the loading axis geometrical parameters (base radius and height ) zones of destroyed rock in contact with loading surfaces.

Недостатками способа являются трудоемкость подготовки к испытаниям, связанная с изготовлением образца специальной сферической формы и низкая точность определения показателя прочности из-за сложности измерения размеров зон разрушенной породы в плоскости, проходящей через ось нагружения на неровных поверхностях обломков раздавленного образца.The disadvantages of the method are the complexity of the preparation for testing associated with the manufacture of a specimen of a special spherical shape and the low accuracy of determining the strength indicator due to the difficulty of measuring the dimensions of the zones of the destroyed rock in the plane passing through the loading axis on uneven surfaces of the fragments of the crushed sample.

Известен способ определения прочностных характеристик горных пород (авторское свидетельство СССР №473930, кл. G01N 3/12, E21C 39/00, 1975), включающий внедрение нагрузочного элемента (пуансона) в образец породы до разрушения с образованием сквозного отверстия и лунки выкола на противоположной свободной поверхности образца и определение геометрических параметров лунки выкола (диаметра и глубины лунки).There is a method of determining the strength characteristics of rocks (USSR author's certificate No. 473930, class G01N 3/12, E21C 39/00, 1975), which includes the introduction of a load element (punch) into the rock sample before destruction with the formation of a through hole and a hole punch on the opposite the free surface of the sample and the determination of the geometric parameters of the puncture hole (diameter and depth of the hole).

Недостатками способа являются низкая точность определения предельных прочностных характеристик с использованием обобщенных интегральных показателей по корреляционным зависимостям и трудоемкость испытаний из-за необходимости дополнительного определения одной из характеристик прочности (пределов прочности при растяжении, сжатии или сдвиге).The disadvantages of the method are the low accuracy of determining the ultimate strength characteristics using generalized integral indicators for correlation dependencies and the complexity of the tests due to the need to additionally determine one of the strength characteristics (tensile, compressive or shear strengths).

Известен способ определения механических свойств образцов горных пород (статья: Коршунов В.А. Определение показателей объемной прочности образцов горных пород при их нагружении сферическими инденторами. Горная геомеханика и маркшейдерское дело: Сборник научных трудов. - СПб.: ВНИМИ, 1999. - М-во топлива и энергетики РФ, РАН, - с.70-75), принимаемый за прототип и заключающийся в том, что образец нагружают двумя встречно направленными сферическими инденторами до его раскалывания, фиксируют разрушающую силу, определяют в разрушенном образце площадь поверхности трещины отрыва, проходящей через ось нагружения, и геометрические параметры разрушенных зон в областях контакта с обоими сферическими инденторами (глубину и максимальную ширину зон на поверхности трещины отрыва), вычисляют растягивающее напряжение разрыва образца и среднее сжимающее напряжение на границе большей из разрушенных зон и определяют в качестве механических свойств образца предел прочности (предел прочности при одноосном сжатии) и сопротивление срезу (предельное сопротивление срезу - сцепление).A known method for determining the mechanical properties of rock samples (article: Korshunov V.A. Determination of volumetric strength indicators of rock samples when loaded with spherical indenters. Mining geomechanics and surveying: Collection of scientific papers. - SPb .: VNIMI, 1999. - M- in fuel and energy of the Russian Federation, RAS, - p. 70-75), taken as a prototype and consisting in the fact that the sample is loaded with two counter-directed spherical indenters before it splits, the destructive force is fixed, the area is determined in the destroyed sample the tensile crack surface passing through the loading axis, and the geometric parameters of the fractured zones in the contact areas with both spherical indenters (the depth and maximum width of the zones on the fracture crack surface), the tensile stress of the fracture of the sample and the average compressive stress at the boundary of the largest of the fractured zones are calculated and determined as mechanical properties of the specimen, ultimate strength (ultimate strength under uniaxial compression) and shear resistance (ultimate shear resistance is adhesion).

Недостатком этого способа является трудоемкость и низкая точность определения механических свойств из-за значительной сложности и недостаточной точности определения геометрических параметров разрушенных зон на поверхности трещины отрыва расколотого образца, которая имеет, как правило, неудобную для измерений сложную рельефную форму. Другой недостаток способа заключается в его невысокой информативности. Возможности способа ограничены определением прочностных свойств в области «паспорта прочности», прилегающей к состоянию «чистого сдвига» и соответствующей разрушению от отрыва при действии растягивающих и сжимающих напряжений и разрушению сдвигом при действии неравномерных сжимающих невысокого уровня напряжений.The disadvantage of this method is the complexity and low accuracy of determining the mechanical properties due to the considerable complexity and insufficient accuracy of determining the geometric parameters of the fractured zones on the surface of the separation crack of a split sample, which usually has a complicated relief shape, inconvenient for measurements. Another disadvantage of this method is its low information content. The capabilities of the method are limited by the determination of strength properties in the area of the "strength certificate" adjacent to the state of "pure shear" and corresponding to failure from separation under the action of tensile and compressive stresses and fracture by shear under the action of uneven compressive low stress levels.

Технический результат изобретения заключается в упрощении испытаний и повышении точности определения механических свойств образцов за счет упрощения определения геометрических параметров разрушенных зон на торцах образцов в областях контакта с инденторами и повышении информативности испытаний за счет дополнительного определения прочностных характеристик «паспорта прочности» в областях растягивающих и сжимающих с высоким уровнем напряжений (предела прочности при всестороннем растяжении и максимального сопротивления срезу), а также коэффициента Пуассона.The technical result of the invention is to simplify testing and improve the accuracy of determining the mechanical properties of samples by simplifying the determination of the geometric parameters of the destroyed zones at the ends of the samples in the contact areas with indenters and increasing the information content of tests by additionally determining the strength characteristics of the "strength certificate" in the areas of tensile and compressive high level of stresses (ultimate tensile strength in all-round tension and maximum shear resistance), and that same Poisson's ratio.

Технический результат достигается тем, что в способе определения механических свойств образцов горных пород и материалов, включающем нагружение образца двумя встречно направленными сферическими инденторами до его раскалывания, фиксирование разрушающей силы, определение в разрушенном образце площади поверхности трещины отрыва, проходящей через ось нагружения, и геометрических параметров разрушенных зон в областях контакта с обоими сферическими инденторами, вычисление растягивающего напряжения разрыва образца и среднего сжимающего напряжения на границе большей из разрушенных зон и определение в качестве механических свойств образца предела прочности и сопротивления срезу, согласно изобретению, из обломков разрушенного образца собирают составной образец, на торцах которого определяют геометрические параметры разрушенных зон - диаметр остаточных отпечатков от инденторов и длину лунок выкола вдоль поверхности трещины отрыва, определяют площадь поверхности большей разрушенной зоны на контакте с инденторами по формуле:The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the mechanical properties of rock samples and materials, including loading the sample with two counter-directed spherical indenters before it splits, fixing the destructive force, determining in the destroyed sample the surface area of the separation crack passing through the loading axis, and geometric parameters destroyed zones in the contact areas with both spherical indenters, calculation of tensile tensile stress of the specimen and the average compressive stresses at the boundary of the largest of the destroyed zones and determining, as the mechanical properties of the sample, the ultimate strength and shear resistance, according to the invention, a composite sample is collected from the fragments of the destroyed sample, at the ends of which the geometric parameters of the destroyed zones are determined - the diameter of the residual fingerprints from the indenters and the length of the puncture holes along the surface of the separation crack, determine the surface area of the larger destroyed zone at the contact with the indenters by the formula:

F=π·Dотп·Lл,F = π · D otp · L l ,

где F - площадь поверхности большей разрушенной зоны;where F is the surface area of the larger destroyed zone;

Dотп - диаметр остаточного отпечатка от индентора;D OT - the diameter of the residual imprint from the indenter;

Lл - длина лунки выкола вдоль поверхности трещины отрыва;L l - the length of the hole puncture along the surface of the separation gap;

π=3,14,π = 3.14,

а в качестве механических свойств образца определяют предел прочности при всестороннем растяжении σ в р к

Figure 00000001
, максимальное сопротивление срезу τ max к
Figure 00000002
и коэффициент Пуассона µσ по формулам:and as the mechanical properties of the specimen, the ultimate tensile strength is determined σ at R to
Figure 00000001
maximum shear resistance τ max to
Figure 00000002
and Poisson's ratio µ σ by the formulas:

σ в р к = 2 σ t

Figure 00000003
; σ at R to = 2 σ t
Figure 00000003
;

τ max к = 3 2 p σ t + p σ t ( p 3 σ t ) 4

Figure 00000004
; τ max to = 3 2 p σ t + p σ t ( p - 3 σ t ) four
Figure 00000004
;

μ σ = 2 σ t p ( 2 + p / σ t ) ( 1 + p / σ t )

Figure 00000005
; μ σ = 2 σ t p ( 2 + p / σ t ) ( one + p / σ t )
Figure 00000005
;

где σt - растягивающее напряжение разрыва образца;where σ t is the tensile stress of the rupture of the sample;

p - среднее сжимающее напряжение на границе большей из разрушенных зон.p is the average compressive stress at the boundary of the largest of the destroyed zones.

Способ поясняется фиг.1, на которой представлена схема нагрузочного устройства для реализации способа, и фиг.2, на которой представлена схема определения в составном разрушенном образце геометрических параметров разрушенной зоны в области контакта со сферическим индентором, где 1 - корпус устройства, 2 - штоки, 3 - вкладыши, 4 - сферические инденторы, 5 - образец, 6 - трещина отрыва, 7 и 8 - обломки разрушенного образца, 9 - лунка выкола, 10 - остаточный отпечаток от индентора.The method is illustrated in FIG. 1, which shows a diagram of a loading device for implementing the method, and FIG. 2, which shows a diagram for determining in a composite destroyed sample the geometric parameters of the destroyed zone in the contact area with a spherical indenter, where 1 is the device’s body, 2 are rods , 3 — inserts, 4 — spherical indenters, 5 — specimen, 6 — detachment crack, 7 and 8 — fragments of the destroyed specimen, 9 — puncture hole, 10 — residual imprint from the indenter.

Нагрузочное устройство должно обеспечивать приложение к образцу сжимающей силы двумя соосными встречно направленными сферическими инденторами. Корпус 1 устройства представляет собой жесткую раму, внутри которой на оси нагружения 00 размещается подвижная пара штоков 2 с вкладышами 3, содержащими стальные сферические инденторы 4 для передачи нагрузки на образец 5.The loading device must ensure that a compressive force is applied to the sample by two coaxial counter directional spherical indenters. The housing 1 of the device is a rigid frame, inside of which on the axis of loading 00 there is a movable pair of rods 2 with inserts 3 containing steel spherical indenters 4 to transfer the load to the sample 5.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Образец устанавливают между сферическими инденторами и равномерно нагружают с регистрацией сжимающей силы Р. Допускается испытание образцов произвольной, в том числе неправильной, формы с необработанными поверхностями.The sample is installed between spherical indenters and uniformly loaded with registration of the compressive force P. Testing of samples of arbitrary, including irregular, shape with untreated surfaces is allowed.

С ростом нагрузки в образце в областях контакта со сферическими инденторами развиваются разрушенные зоны раздробленного, уплотняемого при сжатии материала. Зоны имеют форму усеченных эллипсоидов. Более интенсивно развивается зона в слабейшей по прочности области образца. При достижении предельного напряженного состояния на границе большей из разрушенных зон возникает трещина отрыва 6, которая, смыкаясь со второй зоной, раскалывает образец на обломки 7 и 8.With an increase in the load in the sample, in the contact areas with spherical indenters, the destroyed zones of crushed, compacted by compression material develop. The zones are in the form of truncated ellipsoids. The zone develops more intensively in the weakest region of the sample. When the ultimate stress state is reached, at the boundary of the largest of the destroyed zones, a separation crack 6 appears, which, merging with the second zone, breaks the sample into fragments 7 and 8.

Фиксируют максимальную (разрушающую) силу P. После этого в обломках образца измеряют (например, штангенциркулем) характерные линейные размеры поверхности трещины отрыва, по которым вычисляют ее площадь S.The maximum (destructive) force P is recorded. After that, the characteristic linear dimensions of the surface of the separation crack are measured (for example, with a caliper) in the debris of the sample, from which its area S.

Затем из обломков образца собирают составной образец. Для этого обломки прикладывают друг к другу, обеспечивая плотный контакт вдоль трещины отрыва. В составном образце определяют геометрические параметры разрушенных зон - диаметр остаточных отпечатков от инденторов Dотп и длину лунок выкола вдоль поверхности трещины отрыва Lл. При этом границы лунки выкола выделяют по большему раскрытию берегов трещины в пределах выкола, а диаметр остаточного отпечатка предпочтительнее измерять в направлении, перпендикулярном трещине отрыва. Для упрощения и повышения точности измерений геометрические параметры разрушенных зон рекомендуется определять путем фотографирования образца совместно с измерительной линейкой и последующей обработки увеличенного на мониторе компьютера изображения.Then, a composite sample is collected from the debris of the sample. To do this, the debris is applied to each other, providing tight contact along the separation gap. In the composite sample, the geometric parameters of the destroyed zones are determined — the diameter of the residual fingerprints from the indenters Dsp and the length of the puncture holes along the surface of the separation crack L L. In this case, the boundaries of the puncture hole are distinguished by the wider opening of the crack edges within the puncture, and the diameter of the residual fingerprint is preferable to measure in the direction perpendicular to the separation crack. To simplify and improve the accuracy of measurements, the geometric parameters of the destroyed zones are recommended to be determined by photographing the sample together with the measuring ruler and subsequent processing of the image enlarged on the computer monitor.

Вычисляют площадь поверхностей разрушенных зон на контакте с обоими инденторами F1 и F2 как поверхностей тела в форме эллипсоида, по формуле:The surface area of the destroyed zones at the contact with both indenters F 1 and F 2 is calculated as body surfaces in the form of an ellipsoid, according to the formula:

F=π·Dотп·Lл.F = π · D sap · L l .

Выбирают большее из двух значений F1 и F2-F.The larger of the two values of F 1 and F 2 -F is selected.

Рассчитывают растягивающее напряжение разрыва образца σt и среднее сжимающее напряжение р на границе большей из разрушенных зон по формулам:The tensile tensile stress of the specimen σ t and the average compressive stress p at the boundary of the largest of the destroyed zones are calculated by the formulas:

σ t = P S

Figure 00000006
; σ t = P S
Figure 00000006
;

p = P F . p = P F .

Определяют предел прочности при всестороннем растяжении σ в р к

Figure 00000008
, максимальное сопротивление срезу τ max к
Figure 00000009
и коэффициент Пуассона µσ по формулам:Comprehensive tensile strength σ at R to
Figure 00000008
maximum shear resistance τ max to
Figure 00000009
and Poisson's ratio µ σ by the formulas:

σ в р к = 2 σ t

Figure 00000010
; σ at R to = 2 σ t
Figure 00000010
;

τ max к = 3 2 p σ t + p σ t ( p 3 σ t ) 4

Figure 00000011
; τ max to = 3 2 p σ t + p σ t ( p - 3 σ t ) four
Figure 00000011
;

μ σ = 2 σ t p ( 2 + p / σ t ) ( 1 + p / σ t )

Figure 00000005
μ σ = 2 σ t p ( 2 + p / σ t ) ( one + p / σ t )
Figure 00000005

Экспериментальным обоснованием определения площади поверхности разрушенной зоны на контакте с индентором служат результаты сопоставления значений площади поверхности разрушенной зоны, определенной предлагаемым способом и в соответствии со способом-прототипом (через значения максимальной ширины D и глубины h зоны на поверхности трещины отрыва по формуле: F=π·D·h) для различных горных пород и хрупких материалов.The experimental justification for determining the surface area of the destroyed zone at the contact with the indenter is the results of comparing the values of the surface area of the destroyed zone determined by the proposed method and in accordance with the prototype method (through the values of the maximum width D and depth h of the zone on the surface of the separation crack according to the formula: F = π · D · h) for various rocks and brittle materials.

Установлено подобие формы и размеров зоны разрушения на поверхности трещины отрыва и на торце образца на контакте с индентором в расколотом образце. При этом геометрические параметры разрушенной зоны на торце образца (длина лунки выкола вдоль поверхности трещины отрыва Lл и диаметр остаточного отпечатка от индентора Dотп) весьма незначительно отличаются по величине от аналогичных параметров зоны на поверхности трещины отрыва (максимальной ширины D и глубины h зоны, соответственно).The similarity of the shape and size of the fracture zone on the surface of the separation crack and on the end of the sample at the contact with the indenter in the split sample is established. In this case, the geometrical parameters of the fractured zone at the end of the sample (the length of the puncture hole along the surface of the separation crack L L and the diameter of the residual indent from the indenter D sp ) differ insignificantly from the similar parameters of the zone on the surface of the separation crack (maximum width D and depth h of the zone, respectively).

В таблице 1 представлены примеры определения сравниваемыми способами геометрических параметров разрушенных зон и значений площади их поверхностей в образцах 22 проб горных пород и хрупких материалов. Отклонение результатов определений сравниваемыми способами колебалось в пределах от -8 до 11%, составило, в среднем, 6% и было связано со сложностью измерения нечетких границ зон на рельефных поверхностях трещины разрыва в расколотых образцах при использовании способа-прототипа. Определение предлагаемым способом параметров разрушенных зон на более ровной внешней поверхности образца существенно упрощает измерения и, соответственно, повышает точность определений. Положительный эффект еще более значителен в случае вдавливания инденторов в предварительно подготовленную поверхность (в отшлифованную плоскую поверхность образцов-дисков или боковую поверхность обломков кернов).Table 1 presents examples of the determination by comparative methods of the geometric parameters of the destroyed zones and the values of their surface area in samples of 22 samples of rocks and brittle materials. The deviation of the results of the determinations by the compared methods ranged from -8 to 11%, averaged 6% and was associated with the difficulty of measuring the fuzzy boundaries of the zones on the relief surfaces of the fracture cracks in split samples using the prototype method. The proposed method, the definition of the parameters of the destroyed zones on a more even external surface of the sample greatly simplifies the measurement and, accordingly, increases the accuracy of the determination. The positive effect is even more significant when indenters are pressed into a pre-prepared surface (into the polished flat surface of disk samples or the side surface of core fragments).

Теоретическим обоснованием определения величины предела прочности при всестороннем растяжении σ в р к

Figure 00000008
служат результаты анализа с использованием построения паспорта прочности горных пород (огибающей предельных кругов Мора) в области действия растягивающих напряжений.Theoretical basis for determining the tensile strength in all-round tension σ at R to
Figure 00000008
The results of the analysis are used using the construction of a rock strength certificate (envelope of the Mora limit circles) in the field of tensile stress.

Известно, что в момент раскола образца на поверхности трещины отрыва на границе разрушенной зоны действуют касательные напряжения, равные величине предельного сопротивления срезу (сцепления) τ 0 = σ t p

Figure 00000012
(статья: Коршунов В.А. Определение показателей объемной прочности образцов горных пород при их нагружении сферическими инденторами. Горная геомеханика и маркшейдерское дело: Сборник научных трудов. - СПб.: ВНИМИ, 1999. - М-во топлива и энергетики РФ, РАН. - с.70-75). Известно также, что этому предельному напряженному состоянию на «паспорте прочности» соответствует перелом огибающей кривой на два качественно различных участка. При этом огибающая предельных кругов Мора в области разрушения от отрыва при совместном действии растягивающих и сжимающих напряжений может быть приближенно принята прямолинейной, что не противоречит опытным данным по испытанию хрупких материалов (монография: Евдокимов П.Д., Сапегин Д.Д. Прочность, сопротивляемость сдвигу и деформируемость оснований сооружений на скальных породах. Изд-во «Энергия», М. - Л., 1964, 174 с.). При нагружении образца сферическими инденторами этот прямолинейный участок «паспорта прочности», соответствующий величине предельного сопротивления срезу (сцепления) τ 0 = σ t p
Figure 00000013
, будет характеризоваться наклоном на «паспорте прочности», равным углу внутреннего трения ϕ 0 = a r c t g ( p σ t 2 p σ t )
Figure 00000014
. Тогда величина максимально возможного (по абсолютной величине) растягивающего напряжения, соответствующего пределу прочности на отрыв, может быть вычислена как максимальный диаметр предельного круга растягивающих напряжений Мора - круга Мора с центром в точке -σt на оси нормальных напряжений и радиусом, равным σt. Таким образом, определяемая согласно предлагаемому способу величина прочности при всестороннем растяжении σ в р к
Figure 00000015
, равная 2·σt, по своему физическому смыслу соответствует максимальной возможной абсолютной величине прочности на разрыв хрупкого тела, обусловленной величиной главного растягивающего напряжения для конкретных условий нагружения образца сферическими инденторами.It is known that at the moment of specimen split, tangential stresses equal to the value of ultimate shear resistance (adhesion) act on the surface of the separation crack at the boundary of the destroyed zone τ 0 = σ t p
Figure 00000012
(article: VA Korshunov. Determination of volumetric strength indicators of rock samples when loaded with spherical indenters. Mining geomechanics and surveying: Collection of scientific papers. - St. Petersburg: VNIMI, 1999. - M-fuel and energy of the Russian Federation, RAS. - p. 70-75). It is also known that this extreme stress state on the "strength certificate" corresponds to a fracture of the envelope curve into two qualitatively different sections. In this case, the envelope of the Mora limit circles in the region of fracture from separation under the combined action of tensile and compressive stresses can be approximately assumed to be linear, which does not contradict the experimental data on the testing of brittle materials (monograph: Evdokimov PD, Sapegin DD Strength, resistance the shift and deformability of the foundations of structures on rocks. Publishing house "Energy", M. - L., 1964, 174 pp.). When loading a sample with spherical indenters, this straight-line section of the "strength certificate", corresponding to the value of the ultimate shear resistance (adhesion) τ 0 = σ t p
Figure 00000013
, will be characterized by a slope on the "strength certificate" equal to the angle of internal friction ϕ 0 = a r c t g ( p - σ t 2 p σ t )
Figure 00000014
. Then the value of the maximum possible (in absolute value) tensile stress corresponding to the tensile strength can be calculated as the maximum diameter of the limit circle of tensile stresses of Mohr - the Mohr circle centered at the point -σ t on the axis of normal stresses and a radius equal to σ t . Thus, determined according to the proposed method, the value of the tensile strength σ at R to
Figure 00000015
, equal to 2 · σ t , in its physical meaning corresponds to the maximum possible absolute value of the tensile strength of a brittle body, due to the magnitude of the main tensile stress for specific conditions of loading the sample with spherical indenters.

Экспериментальным обоснованием определения величины предела прочности при всестороннем растяжении σ в р к

Figure 00000016
служат результаты сопоставления значений предела прочности σ в р к
Figure 00000016
и σо, определенных предлагаемым способом и стандартным расчетным методом построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении (ГОСТ 21153.8-88 «Породы горные. Метод определения предела прочности при объемном сжатии. Приложение 2 обязательное. Методы построения паспорта прочности»). При этом в качестве исходных данных для расчетного метода были использованы значения предела прочности при одноосном сжатии, определенные в соответствии со способом-прототипом, и предела прочности при растяжении, вычисленные с использованием способа по патенту РФ №2435955, кл. E21C 39/00, G01N 3/08, 2011:Experimental justification for determining the tensile strength in all-round tension σ at R to
Figure 00000016
results of comparison of values of ultimate strength σ at R to
Figure 00000016
and σ о determined by the proposed method and standard calculation method for constructing a strength certificate based on the determination of tensile strengths under uniaxial compression and tension (GOST 21153.8-88 "Mountain rocks. Method for determining the tensile strength under volume compression. Appendix 2 is mandatory. Methods for constructing a strength certificate" ) In this case, as the initial data for the calculation method, the values of the uniaxial compression tensile strength determined in accordance with the prototype method and the tensile strength calculated using the method according to the RF patent No. 2435955, cl. E21C 39/00, G01N 3/08, 2011:

σ c = p + p σ t

Figure 00000017
; σ c = p + p σ t
Figure 00000017
;

σ p к = 2 σ t p σ t + p

Figure 00000018
. σ p to = 2 σ t p σ t + p
Figure 00000018
.

В таблице 2 представлены безразмерные значения прочности σ в р к

Figure 00000016
и σo (в долях от σt) для горных пород или хрупких материалов, характеризуемых показателем хрупкости Kxp (отношением пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении σcp) в широком диапазоне от 5 до 20, соответствующем реальным горным породам. Отклонение результатов определений сравниваемыми способами уменьшалось от 9 до 3% с увеличением показателя хрупкости и, в среднем, составило 5%, что соизмеримо с точностью методов.Table 2 presents dimensionless strength values σ at R to
Figure 00000016
and σ o (in fractions of σ t ) for rocks or brittle materials characterized by the fragility index K xp (ratio of tensile strengths under uniaxial compression and tension σ c / σ p ) in a wide range from 5 to 20, corresponding to real rocks. The deviation of the results of the determinations by the compared methods decreased from 9 to 3% with an increase in the fragility index and, on average, amounted to 5%, which is comparable with the accuracy of the methods.

Теоретическим обоснованием определения величины максимального сопротивления срезу τ max к

Figure 00000019
предложенным способом служит экспериментально установленная связь минимального главного нормального напряжения σ 3 М
Figure 00000020
, соответствующего достижению максимального сопротивления срезу τ max к
Figure 00000021
, с величинами предельного сопротивления срезу (сцепления) τ0 и параметрами предельного напряжения состояния, соответствующего минимальному главному нормальному напряжению, равному пределу прочности при одноосном сжатии σс.The theoretical justification for determining the maximum shear resistance τ max to
Figure 00000019
the proposed method is the experimentally established relationship of the minimum main normal voltage σ 3 M
Figure 00000020
corresponding to achieving maximum shear resistance τ max to
Figure 00000021
, with the values of the ultimate shear resistance (adhesion) τ 0 and the parameters of the ultimate state stress corresponding to the minimum principal normal stress equal to the ultimate strength under uniaxial compression σ s .

Если принять огибающую предельных кругов Мора в области разрушения сдвигом при действии неравномерных сжимающих невысокого уровня напряжений прямолинейной, что не противоречит опытным данным по испытанию хрупких горных пород и материалов, то установленная связь может быть выражена следующим образом:If we take the envelope of the Mora limit circles in the region of fracture by shear under the action of uneven compressive low-level stresses as straightforward, which does not contradict the experimental data on the testing of brittle rocks and materials, the established relationship can be expressed as follows:

σ 3 M = σ 1 σ c 2 2 τ 0

Figure 00000022
, σ 3 M = σ one - σ c 2 - 2 τ 0
Figure 00000022
,

где (σ1c)/2 - радиус предельного круга Мора, соответствующего минимальному главному нормальному напряжению, равному σc.where (σ 1c ) / 2 is the radius of the limit Mohr circle corresponding to the minimum principal normal stress equal to σ c .

После алгебраических преобразований σ 3 М

Figure 00000020
было выражено через величины σc и σ в р к
Figure 00000016
и отношение p/σt компонент предельного напряженного состояния на границе разрушенной зоны, соответствующего расколу образца:After algebraic transformations σ 3 M
Figure 00000020
was expressed in terms of σ c and σ at R to
Figure 00000016
and the ratio p / σ t of the components of the ultimate stress state at the boundary of the destroyed zone corresponding to the split of the sample:

σ 3 M = p / σ t ( σ c 2 σ в р к )

Figure 00000023
. σ 3 M = p / σ t ( σ c 2 - σ at R to )
Figure 00000023
.

Величина τ max к

Figure 00000021
вычислялась путем решения системы двух уравнений. Одним из которых является линейное уравнение τ=С+tφ·σn, описывающее прямолинейный участок «паспорта прочности» в области всестороннего неравномерного сжатия, характеризуемой величинами условного сцепления C и соответствуещего угла внутреннего трения φ. При этом C = σ t p 4 ( σ t + p ) 2
Figure 00000024
и t g ϕ = p σ t 2 σ t p 4
Figure 00000025
.Value τ max to
Figure 00000021
calculated by solving a system of two equations. One of which is the linear equation τ = С + tφ · σ n , which describes the straight-line section of the “strength certificate” in the area of comprehensive non-uniform compression, characterized by the values of conditional adhesion C and the corresponding angle of internal friction φ. Wherein C = σ t p four ( σ t + p ) 2
Figure 00000024
and t g ϕ = p - σ t 2 σ t p four
Figure 00000025
.

Вторым уравнением служило выражение для предельного круга Мора, пересекающего ось абсцисс «паспорта прочности» в точке σ 3 М

Figure 00000020
и касающегося предельной огибающей.The second equation was the expression for the limit circle of Mohr crossing the abscissa axis of the "strength certificate" at σ 3 M
Figure 00000020
and concerning the ultimate envelope.

После алгебраических преобразований выражение относительно τ max к

Figure 00000021
приняло вид:After algebraic transformations, the expression is relatively τ max to
Figure 00000021
took the form:

τ max к = 3 2 p σ t + p σ t ( p 3 σ t ) 4

Figure 00000011
τ max to = 3 2 p σ t + p σ t ( p - 3 σ t ) four
Figure 00000011

Экспериментальным обоснованием определения максимального сопротивления срезу τ max к

Figure 00000021
служат результаты сопоставления значений τmax, определенных предлагаемым способом и стандартным расчетным методом построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении (ГОСТ 21153.8-88 «Породы горные. Метод определения предела прочности при объемном сжатии. Приложение 2 обязательное. Методы построения паспорта прочности»). При этом в качестве исходных данных для расчетного метода были использованы значения пределов прочности σс и σр, определенные в соответствии со способом-прототипом и с использованием способа по патенту РФ №2435955, кл. E21C 39/00, G01N 3/08, 2011.Experimental justification for determining the maximum shear resistance τ max to
Figure 00000021
the results of comparing the values of τ max determined by the proposed method and the standard calculation method for constructing a strength certificate according to the determination of tensile strengths under uniaxial compression and tension (GOST 21153.8-88 "Mountain rocks. Method for determining the tensile strength during bulk compression) are used. Appendix 2 is mandatory. Construction methods strength certificates ”). Moreover, as the initial data for the calculation method, we used the values of tensile strengths σ s and σ p determined in accordance with the prototype method and using the method according to the RF patent No. 2435955, class. E21C 39/00, G01N 3/08, 2011.

В таблице 3 представлены безразмерные значения максимального сопротивления срезу τmax (в долях от σt) для горных пород или хрупких материалов, характеризуемых показателем хрупкости Kxp (отношением σcp) в диапазоне от 5 до 20. Отклонение результатов определений колебалось в диапазоне от -6 до+6% с увеличением показателя хрупкости и составило, в среднем, менее 3,5%, что соизмеримо с точностью методов.Table 3 shows the dimensionless values of the maximum shear resistance τ max (in fractions of σ t ) for rocks or brittle materials characterized by the fragility index K xp (ratio σ c / σ p ) in the range from 5 to 20. The deviation of the determination results varied in in the range from -6 to + 6% with an increase in the fragility index and amounted, on average, to less than 3.5%, which is comparable with the accuracy of the methods.

Теоретическим обоснованием определения коэффициента Пуассона µσ служит установленное экспериментально геомеханическое подобие коэффициента Пуассона и отношения диапазонов предельных напряжений на «паспорте прочности горной породы», соответствующих разрушению путем разрыва и сдвигом. Диапазон разрушения путем разрыва на паспорте прочности складывается из диапазона растягивающих минимальных главных нормальных напряжений, равного пределу прочности при всестороннем растяжении σ в р к

Figure 00000016
, и диапазона сжимающих минимальных главных нормальных напряжений, равного предельному сопротивлению срезу (сцеплению) τ0. Диапазону разрушения путем сдвига на паспорте прочности соответствует диапазон максимальных касательных напряжений с минимальными главными нормальными напряжениями от предельного сопротивления срезу τ0 до предела прочности при одноосном сжатии σc.The theoretical justification for determining the Poisson's ratio µ σ is the experimentally established geomechanical similarity of the Poisson's ratio and the ratio of the ranges of ultimate stresses on the “rock strength certificate” corresponding to fracture by rupture and shear. The fracture range by rupture on the strength certificate is the sum of the range of tensile minimum principal normal stresses equal to the ultimate tensile strength under comprehensive tensile stress σ at R to
Figure 00000016
, and the range of compressive minimum principal normal stresses equal to the ultimate shear resistance (adhesion) τ 0 . The range of fracture by shear on the strength certificate corresponds to the range of maximum tangential stresses with minimum principal normal stresses from ultimate shear resistance τ 0 to ultimate strength under uniaxial compression σ c .

После алгебраических преобразований выражение относительно µσ приняло вид:After algebraic transformations, the expression with respect to μ σ takes the form:

μ σ = 2 σ t p ( 2 + p / σ t ) ( 1 + p / σ t )

Figure 00000005
. μ σ = 2 σ t p ( 2 + p / σ t ) ( one + p / σ t )
Figure 00000005
.

Экспериментальным обоснованием определения коэффициента Пуассона µσ служат результаты сопоставления значений, определенных предлагаемым способом, со значениями µк, определенными известным косвенным способом (патент РФ №2447284, кл. E21C 39/00, G01N 3/08, 2012) и с расчетными безразмерными параметрами метода построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении (ГОСТ 21153.8-88 «Породы горные. Метод определения предела прочности при объемном сжатии. Приложение 2 обязательное. Методы построения паспорта прочности»). При этом в качестве исходных данных для расчетного метода были использованы значения пределов прочности при одноосном сжатии σc и растяжении σp, определенные методом нагружения сферическими инденторами, а в качестве аналога коэффициента Пуассона была использована сумма безразмерных параметров расчетного метода (K1+q1) и q2, по физическому смыслу подобная коэффициенту Пуассона µσ The experimental justification for determining the Poisson's ratio μ σ is the results of comparing the values determined by the proposed method with the values of μ k determined by a known indirect method (RF patent No. 2447284, class E21C 39/00, G01N 3/08, 2012) and with calculated dimensionless parameters method of constructing a strength certificate according to the determination of tensile strength under uniaxial compression and tension (GOST 21153.8-88 "Mountain rocks. Method for determining the tensile strength in bulk compression. Appendix 2 is mandatory. Methods for constructing a passport and strength ”). In this case, the initial data for the calculation method were used the values of tensile strengths under uniaxial compression σ c and tension σ p determined by the method of loading with spherical indenters, and the sum of dimensionless parameters of the calculation method (K 1 + q 1 ) was used as an analog of the Poisson coefficient and q 2 , in the physical sense similar to the Poisson's ratio μ σ

В таблице 4 представлены значения коэффициентов Пуассона µσ и µк и суммы безразмерных параметров (K1+q1) и q2 для горных пород или хрупких материалов, характеризуемых показателем хрупкости Kxp (отношением σcp) в диапазоне от 5 до 20. Сравнение вычисленных значений коэффициента Пуассона свидетельствует о вполне приемлемой сходимости результатов. Отклонение значений µσ, определенных предлагаемым способом, как правило, не превышало 10% и по сравнению с результатами определения известным косвенным способом, в среднем, составило 8%.Table 4 presents the values of the Poisson's ratios µ σ and µ k and the sum of dimensionless parameters (K 1 + q 1 ) and q 2 for rocks or brittle materials characterized by the fragility index K xp (ratio σ c / σ p ) in the range from 5 up to 20. Comparison of the calculated values of the Poisson's ratio indicates a completely acceptable convergence of the results. The deviation of the values of μ σ determined by the proposed method, as a rule, did not exceed 10% and, on average, amounted to 8% compared to the results of determination by the known indirect method.

В качестве примера эффективности использования способа в таблице 5 представлены результаты сопоставительных механических испытаний по определению комплекса механических характеристик кембрийской глины (Метрострой, Санкт-Петербург), выполненных согласно предлагаемому способу, а также расчетным методом по ГОСТ 21153.8-88 «Породы горные. Метод определения прочности при объемном сжатии. Приложение 2 обязательное. Методы построения паспорта прочности» и путем проведения объемных испытаний по ГОСТ 21153.8-88 «Породы горные. Метод определения прочности при объемном сжатии».As an example of the effectiveness of using the method, table 5 presents the results of comparative mechanical tests to determine the complex of mechanical characteristics of Cambrian clay (Metrostroy, St. Petersburg), performed according to the proposed method, as well as by the calculation method according to GOST 21153.8-88 “Mountain rocks. Method for determining the strength in bulk compression. Appendix 2 is mandatory. Methods for constructing a strength certificate "and by conducting volumetric tests in accordance with GOST 21153.8-88" Mountain rocks. Method for determining the strength in bulk compression. "

Показатели механических свойств кембрийской глины, вычисленные расчетным методом, были основаны на экспериментальных данных о пределах прочности при одноосном растяжении и сжатии, определенных способом-прототипом и составили 0,437 и 2,59 МПа, соответственно.The mechanical properties of Cambrian clay calculated by the calculation method were based on experimental data on the uniaxial tensile and compression strength limits determined by the prototype method and amounted to 0.437 and 2.59 MPa, respectively.

Испытания на объемное сжатие цилиндрических образцов кембрийской глины были выполнены в стабилометре запредельного деформирования БВ-21, подключенном к насосной станции, рассчитанной на создание давления рабочей жидкости до 60 МПа, и установленном на гидравлическом прессе ЦДМ-100, рассчитанном на создание сжимающего усилия до 100 тонн. Для построения паспорта прочности были использованы результаты определения пределов прочности σ1 при заданных величинах бокового гидростатического давления σ3 в диапазоне от 0,5 до 6,0 МПа. Величина максимального сопротивления срезу по данным определения пределов прочности при объемном сжатии была вычислена как максимальное (асимптотическое) значение предельных касательных напряжений, соответствующих предельным кругам напряжений Мора.Tests for volumetric compression of cylindrical samples of Cambrian clay were carried out in a BV-21 transcendental deformation stabilometer connected to a pump station designed to create a working fluid pressure of up to 60 MPa and mounted on a TsDM-100 hydraulic press, designed to create a compressive force of up to 100 tons . To build a strength certificate, we used the results of determining the tensile strengths σ 1 for given values of lateral hydrostatic pressure σ 3 in the range from 0.5 to 6.0 MPa. The value of the maximum shear resistance according to the determination of tensile strengths under volume compression was calculated as the maximum (asymptotic) value of the limiting shear stresses corresponding to the limiting Mohr stress circles.

Сравнение вычисленных значений показателей механических свойств кембрийской глины различными способами свидетельствует о вполне приемлемой сходимости результатов. Отклонение значения τ max к

Figure 00000021
, определенного предлагаемым способом от аналогичных экспериментальных и расчетных значений составило -2,4 и -5,8%, соответственно. Отклонение значения предела прочности σ в р к
Figure 00000015
образцов кембрийской глины при всестороннем растяжении от расчетного значения σ0 составило 8,3%.Comparison of the calculated values of the mechanical properties of Cambrian clay in various ways indicates a completely acceptable convergence of the results. Value deviation τ max to
Figure 00000021
determined by the proposed method from similar experimental and calculated values was -2.4 and -5.8%, respectively. Tensile Strength Deviation σ at R to
Figure 00000015
Cambrian clay samples under comprehensive tension from the calculated value of σ 0 amounted to 8.3%.

Отклонение значения коэффициента Пуассона µσ=0,36, определенного предлагаемым способом, от аналогичных значений µк=0,36 и (K1+q1)+q2=0,37, определенных известным косвенным способом (патент РФ №2447284, кл. E21C 39/00, G01N 3/08, 2012) и по данным ГОСТ 21153.8-88 «Породы горные. Метод определения предела прочности при объемном сжатии. Приложение 2 обязательное. Методы построения паспорта прочности», составило -0,9 и -4,5%, соответственно.The deviation of the value of the Poisson's ratio µ σ = 0.36, determined by the proposed method, from similar values µ k = 0.36 and (K 1 + q 1 ) + q 2 = 0.37, determined by a known indirect method (RF patent No. 2447284, class E21C 39/00, G01N 3/08, 2012) and according to GOST 21153.8-88 “Mountain rocks. Method for determining the tensile strength in bulk compression. Appendix 2 is mandatory. Methods for constructing a strength certificate ”, amounted to -0.9 and -4.5%, respectively.

Реализация способа позволяет существенно упростить испытания, повысить точность и информативность определения механических свойств горных пород и материалов, имеющих хрупкий характер разрушения, доступным и весьма производительным методом нагружения образцов произвольной, в том числе неправильной, формы сферическими инденторами.The implementation of the method allows to significantly simplify testing, increase the accuracy and informativeness of determining the mechanical properties of rocks and materials having a brittle nature of destruction, an affordable and highly productive method of loading samples of arbitrary, including irregular, shape with spherical indenters.

Табл.1Table 1 Способ определения механических свойств образцов горных пород и материаловThe method for determining the mechanical properties of rock samples and materials No. Наименование горнойName of mountain Предлагаемый Proposed Способ-прототипPrototype method ОтклонениеDeviation п/пp / p породы или хрупкогоbreed or fragile способway результатов, %% results материалаmaterial Lл L l Dопт,D opt F,F D,D h,h F,F ммmm ммmm см2 cm 2 ммmm ммmm см2 cm 2 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1one МергельMarl 88 4four 1,011.01 88 3,83.8 0,960.96 5,35.3 22 Переслаивание мергеля с алевролитомCrosslinking marl with siltstone 7,57.5 55 1,181.18 77 55 1,101.10 7,17.1 33 Алевролит-1Siltstone-1 99 66 1,701.70 99 6,56.5 1,841.84 -7,7-7.7 4four Алевролит-2Siltstone-2 11eleven 4,84.8 1,661,66 11eleven 4,84.8 1,661,66 00 55 АргиллитMudstone 9,59.5 77 2,092.09 99 77 1,981.98 5,65,6 66 Известняк-1Limestone-1 9,59.5 6,26.2 1,851.85 11,511.5 5,55.5 1,991.99 -6,9-6.9 77 Известняк-2Limestone-2 77 4four 0,880.88 77 4four 0,880.88 00 88 МраморMarble 66 3,53,5 0,660.66 66 3,23.2 0,600.60 9,49,4 99 Песчаник-1Sandstone 1 10,510.5 77 2,312,31 9,59.5 7,57.5 2,242.24 3,23.2 1010 Песчаник-2Sandstone 2 77 3,73,7 0,810.81 77 3,53,5 0,770.77 5,75.7 11eleven АндезитAndesite 8,88.8 6,86.8 1,881.88 8,68.6 6,66.6 1,781.78 5,45,4 1212 ДолеритDolerite 6,56.5 4,14.1 0,840.84 6,36.3 3,93.9 0,770.77 8,58.5 1313 АмфиболитAmphibolite 8,58.5 7,57.5 2,002.00 8,58.5 77 1,871.87 7,17.1 14fourteen Гнейс-габброGneiss gabbro 4four 3,53,5 0,440.44 4four 3,33.3 0,410.41 6,16.1 15fifteen ГранитGranite 12,512.5 6,56.5 2,552,55 11eleven 77 2,422.42 5,55.5 1616 Кембрийская глинаCambrian clay 14fourteen 9,59.5 4,184.18 13,313.3 10,510.5 4,394.39 -4,8-4.8 1717 УгольCoal 11,111.1 4,24.2 1,461.46 11eleven 3,83.8 1,311.31 11,511.5 18eighteen Железная рудаIron ore 14,214.2 88 3,573.57 14fourteen 7,77.7 3,393.39 5,45,4 1919 ГипсGypsum 11,511.5 10,510.5 3,793.79 11eleven 1010 3,463.46 9,89.8 20twenty КанифольRosin 9,59.5 77 2,092.09 10,510.5 6,56.5 2,142.14 -2,6-2.6 2121 Эпоксидная смолаEpoxy resin 4four 3,23.2 0,400.40 3,93.9 3,13,1 0,380.38 5,95.9 2222 Эквивалентный материал (песчано-эпоксидный)Equivalent material (sand epoxy) 20,520.5 1919 12,2412.24 20twenty 18,518.5 11,6211.62 5,35.3

Табл. 2Tab. 2 Способ определения механических свойств образцов горных пород и материаловThe method for determining the mechanical properties of rock samples and materials No. ПоказательIndicator Безразмерные значения прочности Dimensionless Strength ОтклонениеDeviation п/пp / p хрупкостиfragility при всестороннем растяженииin full tension результатов, %% results Kxpcр K xp = σ c / σ p σ в р к / σ t

Figure 00000026
(предлагаемый способ) σ at R to / σ t
Figure 00000026
(proposed method) σot (расчет по
ГОСТ 21153.8-88)
σ o / σ t (calculation by
GOST 21153.8-88)
1one 22 33 4four 55 1one 5,515.51 2,002.00 1,841.84 8,88.8 22 6,096.09 2,002.00 1,851.85 7,97.9 33 6,676.67 2,002.00 1,861.86 7,37.3 4four 8,388.38 2,002.00 1,891.89 5,95.9 55 10,6310.63 2,002.00 1,901.90 5,05,0 66 12,8512.85 2,002.00 1,921.92 4,14.1 77 15,6015.60 2,002.00 1,931.93 3,63.6 88 18,3318.33 2,002.00 1,941.94 3,33.3 99 21,5821.58 2,002.00 1,941.94 3,03.0

Табл.3Table 3 No. ПоказательIndicator ПоказательIndicator Безразмерные значенияDimensionless values ОтклонениеDeviation п/пp / p предельногоthe ultimate хрупкостиfragility максимального сопротивленияmaximum resistance результатов,results напряженногоintense Kxpcp K xp = σ c / σ p срезу τmaxt cut τ max / σ t %% состоянияstate предлагаемыйproposed согласно ГОСТaccording to GOST K=p/σt K = p / σ t способway 21153.8-8821153.8-88 1one 22 33 4four 55 66 1one 77 5,515.51 10,9710.97 11,6111.61 -5,5-5.5 22 88 6,096.09 14,2414.24 14,8114.81 -3,8-3.8 33 99 6,676.67 18,0018.00 18,5418.54 -2,9-2.9 4four 1212 8,388.38 32,2032,20 32,5132.51 -1,0-1.0 55 1616 10,6310.63 58,0058.00 57,9457.94 0,10.1 66 20twenty 12,8512.85 91,7191.71 90,4990.49 1,31.3 77 2525 15,6015.60 145,00145.00 140,93140.93 2,92.9 88 30thirty 18,3318.33 210,72210.72 201,72201.72 4,54,5 99 3636 21,5821.58 306,00306.00 289,25289.25 5,85.8

Табл.4Table 4 Способ определения механических свойств образцов горных пород материаловThe method for determining the mechanical properties of rock samples of materials No. ПоказательIndicator КоэффициентCoefficient КоэффициентCoefficient СуммаAmount ОтклонениеDeviation п/пp / p хрупкостиfragility Пуассона µσ Poisson's μ σ Пуассона µк Poisson µ to параметровparameters результатовresults Kxpcp K xp = σ c / σ p (K1+q1)+q2 (K 1 + q 1 ) + q 2 определенияdefinitions (предлагаемый(proposed (косвенный(indirect (согласно(according to коэффициентовcoefficients способ)way) способ)way) ГОСТGOST Пуассона, %Poisson,% 21153.8-88)21153.8-88) 1one 22 33 4four 55 66 1one 5,515.51 0,360.36 0,400.40 0,420.42 8,78.7 22 6,096.09 0,320.32 0,340.34 0,360.36 7,97.9 33 6,676.67 0,280.28 0,300.30 0,310.31 7,47.4 4four 8,388.38 0,200.20 0,220.22 0,220.22 7,17.1 55 10,6310.63 0,150.15 0,160.16 0,150.15 7,67.6 66 12,8512.85 0,120.12 0,130.13 0,110.11 8,48.4 77 15,6015.60 0,090.09 0,100.10 0,090.09 9,39.3 88 18,3318.33 0,080.08 0,090.09 0,070,07 10,210,2 99 21,5821.58 0,060.06 0,070,07 0,060.06 11,211.2

Табл.5Table 5 Способ определения механических свойствThe method for determining the mechanical properties Определение прочности при Determination of strength at Расчетный способ по Estimated method for Предлагаемый способThe proposed method объемном сжатии поvolumetric compression ГОСТ 21153.8-88GOST 21153.8-88 ГОСТ 21153.8-88GOST 21153.8-88 БоковоеSide ОсевоеAxial МаксиMaxi ПределLimit МаксиMaxi ПределLimit МаксиMaxi давлениеpressure давлениеpressure мальноеlittle прочностиstrength мальноеlittle прочностиstrength мальноеlittle σ3, МПаσ 3 , MPa σ1, МПаσ 1, MPa сопротивresist приat сопротивresist приat сопротивresist лениеlaziness всестоcompletely лениеlaziness всестоcompletely лениеlaziness срезу,cut роннемronnem срезу,cut роннемronnem срезу,cut МПаMPa растяжении,stretching МПаMPa растяженииstretching МПаMPa МПаMPa МПаMPa 1one 22 33 4four 55 66 77 0,50.5 4,47 4,024.47 4.02 1,51,5 6,916.91 3,03.0 9,00 9,629.00 9.62 3,303.30 0,4560.456 3,423.42 0,4940.494 3,223.22 5,05,0 11,53 10,5011.50 10.50 6,06.0 12,66 11,2612.66 11.26

Claims (1)

1. Способ определения механических свойств образцов горных пород и материалов, включающий нагружение образца двумя встречно направленными сферическими инденторами до его раскалывания, фиксирование разрушающей силы, определение в разрушенном образце площади поверхности трещины отрыва, проходящей через ось нагружения, и геометрических параметров разрушенных зон в областях контакта с обоими сферическими инденторами, вычисление растягивающего напряжения разрыва образца и среднего сжимающего напряжения на границе большей из разрушенных зон и определение в качестве механических свойств образца предела прочности и сопротивления срезу, отличающийся тем, что из обломков разрушенного образца собирают составной образец, на торцах которого определяют геометрические параметры разрушенных зон - диаметр остаточных отпечатков от инденторов и длину лунок выкола вдоль поверхности трещины отрыва, определяют площадь поверхности большей разрушенной зоны на контакте с инденторами по формуле:
F=π·Dотп·Lл,
где F - площадь поверхности большей разрушенной зоны;
Dотп - диаметр остаточного отпечатка от индентора;
Lл - длина лунки выкола вдоль поверхности трещины отрыва;
π=3,14,
а в качестве механических свойств образца определяют предел прочности при всестороннем растяжении σ в р к
Figure 00000008
, максимальное сопротивление срезу τ max к
Figure 00000009
и коэффициент Пуассона µσ по формулам:
σ в р к = 2 σ t
Figure 00000010
;
τ max к = 3 2 p σ t + p σ t ( p 3 σ t ) 4
Figure 00000011
;
μ σ = 2 σ t p ( 2 + p / σ t ) ( 1 + p / σ t )
Figure 00000005

где σt - растягивающее напряжение разрыва образца;
p - среднее сжимающее напряжение на границе большей из разрушенных зон.
1. A method for determining the mechanical properties of rock samples and materials, including loading the sample with two counter-directed spherical indenters before it splits, fixing the destructive force, determining in the destroyed sample the surface area of the separation crack passing through the loading axis, and the geometric parameters of the destroyed zones in the contact areas with both spherical indenters, calculation of tensile tensile stress of the specimen and average compressive stress at the boundary of the largest x zones and determination of the tensile strength and shear resistance as the mechanical properties of the sample, characterized in that a composite sample is collected from the fragments of the destroyed sample, at the ends of which the geometric parameters of the destroyed zones are determined - the diameter of the residual fingerprints from the indenters and the length of the puncture holes along the surface of the separation crack, determine the surface area of the larger destroyed zone at the contact with indenters according to the formula:
F = π · D otp · L l ,
where F is the surface area of the larger destroyed zone;
D OT - the diameter of the residual imprint from the indenter;
L l - the length of the hole puncture along the surface of the separation gap;
π = 3.14,
and as the mechanical properties of the specimen, the ultimate tensile strength is determined σ at R to
Figure 00000008
maximum shear resistance τ max to
Figure 00000009
and Poisson's ratio µ σ by the formulas:
σ at R to = 2 σ t
Figure 00000010
;
τ max to = 3 2 p σ t + p σ t ( p - 3 σ t ) four
Figure 00000011
;
μ σ = 2 σ t p ( 2 + p / σ t ) ( one + p / σ t )
Figure 00000005

where σ t is the tensile stress of the rupture of the sample;
p is the average compressive stress at the boundary of the largest of the destroyed zones.
RU2013103859/28A 2013-01-29 2013-01-29 Determination of rock specimen mechanical properties RU2521116C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013103859/28A RU2521116C1 (en) 2013-01-29 2013-01-29 Determination of rock specimen mechanical properties

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013103859/28A RU2521116C1 (en) 2013-01-29 2013-01-29 Determination of rock specimen mechanical properties

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2521116C1 true RU2521116C1 (en) 2014-06-27

Family

ID=51218137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013103859/28A RU2521116C1 (en) 2013-01-29 2013-01-29 Determination of rock specimen mechanical properties

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2521116C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108645596A (en) * 2018-05-11 2018-10-12 北京石油化工学院 A kind of experimental method for evaluating fluid to rock width generation capacity
RU2676046C1 (en) * 2018-02-12 2018-12-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method for determining strength of rocks in water-saturated state
RU2684536C1 (en) * 2018-04-24 2019-04-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method for determining residual strength of rocks
RU193857U1 (en) * 2019-07-23 2019-11-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) DEVICE FOR ATTACHING THE SAMPLE AT TEST IN THE STABILOMETER

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU332223A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт горной геомеханики DEVICE FOR DETERMINATION OF STRENGTH OF HORN ROCKS FOR STRETCHING, 1x "SESOY; P * STYO-TY; ': VIL' - '^" •
CN102183410A (en) * 2011-01-27 2011-09-14 中国科学院武汉岩土力学研究所 Brazilian split method for measuring elastic parameter of rock under extension condition
RU2435955C1 (en) * 2010-05-19 2011-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method for determining ultimate strength at uniaxial tension of mine rocks
RU2447284C2 (en) * 2010-04-28 2012-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method for detection of poisson ratio of rocks

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU332223A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт горной геомеханики DEVICE FOR DETERMINATION OF STRENGTH OF HORN ROCKS FOR STRETCHING, 1x "SESOY; P * STYO-TY; ': VIL' - '^" •
RU2447284C2 (en) * 2010-04-28 2012-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method for detection of poisson ratio of rocks
RU2435955C1 (en) * 2010-05-19 2011-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method for determining ultimate strength at uniaxial tension of mine rocks
CN102183410A (en) * 2011-01-27 2011-09-14 中国科学院武汉岩土力学研究所 Brazilian split method for measuring elastic parameter of rock under extension condition

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676046C1 (en) * 2018-02-12 2018-12-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method for determining strength of rocks in water-saturated state
RU2684536C1 (en) * 2018-04-24 2019-04-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method for determining residual strength of rocks
CN108645596A (en) * 2018-05-11 2018-10-12 北京石油化工学院 A kind of experimental method for evaluating fluid to rock width generation capacity
RU193857U1 (en) * 2019-07-23 2019-11-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) DEVICE FOR ATTACHING THE SAMPLE AT TEST IN THE STABILOMETER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Suggested methods for determining the dynamic strength parameters and mode-I fracture toughness of rock materials
Broch et al. The point-load strength test
Hoek Brittle fracture of rock
Dai et al. Rate dependence of the flexural tensile strength of Laurentian granite
RU2521116C1 (en) Determination of rock specimen mechanical properties
Chocron et al. Characterization of confined intact and damaged borosilicate glass
CN105021457B (en) A kind of test and evaluation method for deep tight roof Burst Tendency of Coal Seam
Chocron et al. Intact and predamaged boron carbide strength under moderate confinement pressures
CN111094932A (en) Determining rock properties
Orense et al. Micro-mechanical properties of crushable pumice sands
Kren et al. Determination of the physic and mechanical characteristics of isotropic pyrolitic graphite by dynamic indentation method
Yang Strength and deformation behavior of red sandstone under multi-stage triaxial compression
Kaklis et al. Experimental investigation of the size effect on the mechanical properties on two natural building stones
Huang et al. A dynamic ball compression test for understanding rock crushing
RU2435955C1 (en) Method for determining ultimate strength at uniaxial tension of mine rocks
Liu et al. Evaluating a new method for direct testing of rock tensile strength
Mardoukhi et al. Experimental study of the dynamic indentation damage in thermally shocked granite
Efimov Determination of tensile strength by the measured rock bending strength
Bragov et al. Use of the Kolsky method for dynamic tests of brittle media
Zou et al. Study on dynamic mechanical properties of limestone under uniaxial impact compressive loads
Cieślik Onset of crack initiation in uniaxial and triaxial compression tests of dolomite samples
Boutrid et al. Investigation into Brinell hardness test applied to rocks
Sabanov COMPARISON OF UNCONFINED COMPRESSIVE STRENGTHS AND ACOUSTIC EMISSIONS OF ESTONIAN OIL SHALE AND BRITTLE ROCKS.
CN2648436Y (en) Strength measuring apparatus for needling injected high-strength concrete
Tan et al. Inhomogeneous micro-structure influence on macro-crack of sandstone

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150130