RU2521116C1 - Determination of rock specimen mechanical properties - Google Patents
Determination of rock specimen mechanical properties Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
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
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
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:
Определяют предел прочности при всестороннем растяжении
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
Известно, что в момент раскола образца на поверхности трещины отрыва на границе разрушенной зоны действуют касательные напряжения, равные величине предельного сопротивления срезу (сцепления)
Экспериментальным обоснованием определения величины предела прочности при всестороннем растяжении
В таблице 2 представлены безразмерные значения прочности
Теоретическим обоснованием определения величины максимального сопротивления срезу
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:
где (σ1-σc)/2 - радиус предельного круга Мора, соответствующего минимальному главному нормальному напряжению, равному σc.where (σ 1 -σ c ) / 2 is the radius of the limit Mohr circle corresponding to the minimum principal normal stress equal to σ c .
После алгебраических преобразований
Величина
Вторым уравнением служило выражение для предельного круга Мора, пересекающего ось абсцисс «паспорта прочности» в точке
После алгебраических преобразований выражение относительно
Экспериментальным обоснованием определения максимального сопротивления срезу
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 σc/σp) 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
После алгебраических преобразований выражение относительно µσ приняло вид:After algebraic transformations, the expression with respect to μ σ takes the form:
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 σc/σp) 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
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.
ГОСТ 21153.8-88)σ o / σ t (calculation by
GOST 21153.8-88)
Claims (1)
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
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
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.
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)
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)
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 |
-
2013
- 2013-01-29 RU RU2013103859/28A patent/RU2521116C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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)
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 |