RU2676046C1 - Method for determining strength of rocks in water-saturated state - Google Patents

Method for determining strength of rocks in water-saturated state Download PDF

Info

Publication number
RU2676046C1
RU2676046C1 RU2018105190A RU2018105190A RU2676046C1 RU 2676046 C1 RU2676046 C1 RU 2676046C1 RU 2018105190 A RU2018105190 A RU 2018105190A RU 2018105190 A RU2018105190 A RU 2018105190A RU 2676046 C1 RU2676046 C1 RU 2676046C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
samples
dried
cracks
strength
Prior art date
Application number
RU2018105190A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Алексеевич Бажуков
Андрей Константинович Бычин
Даниил Александрович Карманский
Владимир Алексеевич Коршунов
Дмитрий Геннадьевич Петраков
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
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 образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority to RU2018105190A priority Critical patent/RU2676046C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2676046C1 publication Critical patent/RU2676046C1/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C39/00—Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12—Pressure testing

Abstract

FIELD: test technology.SUBSTANCE: invention relates to physico-mechanical testing of rock and semi-rock rocks that have a brittle nature of destruction, and can be used to assess their water strength in engineering geological surveys. Essence of the invention consists in the following. Load dried to constant weight samples with steel counter-spherical indentors in one of two mutually perpendicular directions to the formation of longitudinal cracks and splitting into two parts. Composite samples are collected from debris, placed in a container with a liquid, in which water is used, and loaded into it with spherical indentors before the formation of longitudinal cracks in directions perpendicular to the initial cracks, in the stepwise loading mode with partial unloading to the level reached at the previous load level. Specimens fix the breaking load and measure the surface area of the cracks. Particular values of the tensile stress of the rupture of the samples, the average values of tensile strength when splitting dried and water-saturated samples are determined and a decrease in tensile strength when splitting in a water-saturated state in mutually perpendicular directions according to the formulas.EFFECT: reducing the duration of determining the strength of the samples, increasing the informativeness of the tests.1 cl, 2 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к физико-механическим испытаниям скальных и полускальных горных пород, имеющих хрупкий характер разрушения, и может быть использовано для оценки их водопрочности при инженерно-геологических изысканиях.The invention relates to physical and mechanical tests of rocky and semi-rocky rocks, having a brittle nature of destruction, and can be used to assess their water resistance in engineering and geological surveys.

Известен способ определения предела прочности при сжатии и снижения прочности при сжатии горных пород в водонасыщенном состоянии (ГОСТ 30629-2011 Межгосударственный стандарт «Материалы и изделия облицовочные из горных пород. Методы испытаний»), включающий приложение сжимающей нагрузки к торцам цилиндрических или кубических образцов, высушенных до постоянной массы и насыщенных водой, определение параметров разрушения образцов (разрушающей нагрузки) с учетом их размеров (площади поперечного сечения), определение и сравнение пределов прочности при сжатии образцов в сухом и насыщенном водой состояниях.A known method for determining the compressive strength and compressive strength of rocks in a water-saturated state (GOST 30629-2011 Interstate Standard "Materials and Products Facing of Rocks. Test Methods"), comprising applying a compressive load to the ends of cylindrical or cubic samples, dried to a constant mass and saturated with water, determination of the parameters of fracture of the samples (breaking load) taking into account their sizes (cross-sectional area), determination and comparison of the limits STI compressive samples in a dry and water-saturated conditions.

Недостатком способа является длительность определения прочности, обусловленная необходимостью изготовления образцов правильной формы и продолжительностью их насыщения водой (в течение 48 часов).The disadvantage of this method is the duration of the determination of strength, due to the need to produce samples of the correct form and the duration of their saturation with water (within 48 hours).

Известен способ определения коэффициента длительной водостойкости по прочности на растяжение при расколе («Смеси битумноминеральные открытые для устройства макрошероховатых слоев дорожных покрытий» (ТУ 218 РСФСР 601-88). Минавтодор РСФСР. - ЦБНТИ, М., 1990»), включающий приложение разрушающей сжимающей нагрузки по образующей цилиндрических образцов, насыщенных под вакуумом и длительно выдерживаемых в воде, определение параметров разрушения образцов (разрушающей нагрузки) с учетом их размеров (площади поверхности раскола), определение и сравнение пределов прочности на растяжение при расколе образцов после длительного выдерживания в воде и водонасыщенных под вакуумом, соответственно.There is a method of determining the coefficient of long-term water resistance by tensile strength during splitting ("Mixtures of bituminous minerals open for the installation of macro-rough layers of pavements" (TU 218 RSFSR 601-88). Minavtodor RSFSR. TSBNTI, M., 1990 "), including the application of destructive compressive load on the generatrix of cylindrical samples saturated under vacuum and long maintained in water, determination of the parameters of fracture of the samples (breaking load) taking into account their sizes (split surface area), determination and comparison lowering the tensile strengths when the samples are split after prolonged exposure to water and water-saturated under vacuum, respectively.

Недостатком способа является длительность определения прочности, обусловленная необходимостью изготовления образцов правильной формы и продолжительностью их насыщения водой.The disadvantage of this method is the duration of the determination of strength, due to the need to produce samples of the correct form and the duration of their saturation with water.

Известен способ определения коэффициента снижения прочности горных пород при увлажнении (статья «Басинский Ю.М., Коршунов В.А., Михайлов В.Ф. Исследование устойчивости горных выработок при увлажнении пород. Труды ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела, сб. «Горное давление в капитальных, подготовительных и очистных выработках», Л.: ВНИМИ, 1982, с. 19-23, 136 с.»), включающий раскалывание стальными встречными сферическими инденторами образцов произвольной, в том числе неправильной формы, испытываемых в сухом и водонасыщенном состоянии, определение и сравнение предельных значений сопротивления сжатию высушенных и водонасыщенных образцов с учетом их размеров.There is a method of determining the coefficient of reduction of rock strength during wetting (article "Basinsky Yu.M., Korshunov V.A., Mikhailov V.F. Research on the stability of mine workings during wetting of rocks. Proceedings of the All-Russian Research Institute of Horn, geomech. And mine surveying, Sat . “Rock pressure in capital, preparatory and treatment workings”, L .: VNIMI, 1982, pp. 19-23, 136 pp. ”), Including the breaking of samples of arbitrary, including irregular shape, tested in dry with steel counter-spherical indenters and water-saturated state, definition and avg. vneny limit values of resistance to compression and saturated samples dried in accordance with their sizes.

Недостатком способами является повышенная длительность испытаний из-за большого по времени, до нескольких суток, периода водонасыщения образцов.The disadvantage of the methods is the increased duration of the tests due to the long time, up to several days, the period of water saturation of the samples.

Известен способ определения трещиностойкости бетона (патент РФ №2235322, опубл. 27.08.2002), включающий определение параметров образцов, характеризующих свойства после высушивания в воздушно-сухой среде и в состоянии полного водонасыщения, оценку состояния из сравнения указанных параметров путем внедрения нагрузочного элемента (сверла) и определения геометрических параметров высверленных в образцах углублений (их диаметра и глубины).A known method for determining the crack resistance of concrete (RF patent No. 2235322, publ. 08.27.2002), including determining the parameters of samples characterizing the properties after drying in an air-dry environment and in a state of complete water saturation, assessing the state from a comparison of these parameters by introducing a load element (drill ) and determining the geometric parameters of the recesses drilled in the samples (their diameter and depth).

Недостатками способа являются сложность и длительность испытаний, связанные с продолжительностью их насыщения водой и сверлением в испытываемых и эталонных образцах.The disadvantages of the method are the complexity and duration of the tests associated with the duration of their saturation with water and drilling in the test and reference samples.

Известен способ определения водонепроницаемости цементных материалов (патент РФ №2187804, опубл. 20.08.2002), включающий высушивание до постоянной массы образцов, их раскалывание на две части и водонасыщение через поверхности разрыва, определение и сравнение параметров механического состояния высушенных и водонасыщенных образцов с учетом их размеров.A known method for determining the water tightness of cement materials (RF patent No. 2187804, publ. 08/20/2002), including drying to a constant mass of samples, splitting them into two parts and water saturation through the gap surface, determining and comparing the parameters of the mechanical state of dried and water-saturated samples, taking into account their sizes.

Недостатками способа являются сложность и длительность испытаний, связанные с изготовлением образцов правильной, цилиндрической или кубической формы и измерением через заданные промежутки времени параметров состояния образцов при поглощении воды.The disadvantages of the method are the complexity and duration of the tests associated with the manufacture of samples of the correct, cylindrical or cubic shape and measurement at specified intervals of time the state parameters of the samples during water absorption.

Известен способ разрушения горных пород (патент РФ №2167293, опубл. 20.05.2001), принятый за прототип, заключающийся в том, что в горной породе (негабаритном куске или массиве) создают поперечные трещины, затем бурят шпур в продольном направлении, заполняют его жидкостью и сыпучим материалом, к которым прикладывают нагрузочными элементами (клиньями) периодическую ударную нагрузку до формирования продольных трещин в плоскостях, проходящих через ось нагружения.A known method of destruction of rocks (RF patent No. 2167293, publ. 05.20.2001), adopted for the prototype, which consists in the fact that in the rock (oversized piece or array) create transverse cracks, then drill a hole in the longitudinal direction, fill it with liquid and bulk material, to which the loading elements (wedges) are applied periodic impact load until the formation of longitudinal cracks in the planes passing through the axis of loading.

Недостатком способа является длительность испытаний, связанная с бурением шпура, его заполнением жидкостью и сыпучим материалом; герметизацией трещин и приложением ударных нагрузок. Другим недостатком способа является его низкая информативность при оценке прочности, которая осложняется значительными изменениями структуры, вносимыми многочисленными трещинами различной ориентации, возникающими при ударном нагружении и разрыве негабаритного образца (куска породы) из шпура.The disadvantage of this method is the duration of the tests associated with drilling a hole, filling it with liquid and bulk material; sealing cracks and applying shock loads. Another disadvantage of this method is its low information content in assessing the strength, which is complicated by significant structural changes introduced by numerous cracks of various orientations that occur during impact loading and rupture of an oversized specimen (piece of rock) from a borehole.

Техническим результатом изобретения является сокращение длительности определения прочностных свойств за счет водонасыщения высушенных образцов (кусков породы) в процессе испытаний и повышение информативности испытаний за счет дополнительного определения прочностных характеристик породы в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии.The technical result of the invention is to reduce the duration of determining the strength properties due to the water saturation of the dried samples (pieces of rock) during testing and to increase the information content of the tests by additionally determining the strength characteristics of the rock in an air-dry and water-saturated state.

Технический результат достигается тем, что отобранные или изготовленные образцы высушивают до постоянной массы, затем в высушенные до постоянной массы образцы внедряют стальные встречные сферические инденторы и нагружают по одному из двух взаимно перпендикулярных направлений до формирования продольных трещин, затем формируют из обломков составные образцы, помещают в емкость с водой, и нагружают их в ней сферическими инденторами до формирования продольных трещин в направлениях, перпендикулярных первоначальным трещинам, в режиме ступенчатого приложения нагрузки с частичными разгрузками до уровня, достигнутого на предыдущем этапе нагрузки, далее в высушенных и водонасыщенных образцах фиксируют разрушающую нагрузку, измеряют площадь поверхности трещин и определяют частные значения растягивающего напряжения раз рыва, а в качестве прочностных свойств горной породы определяют средние значения предела прочности на растяжение при раскалывании высушенных и водонасыщенных образцов Rp и снижение предела прочности на растяжение при раскалывании в водонасыщенном состоянии ΔR во взаимно перпендикулярных направлениях по формулам:The technical result is achieved by the fact that the selected or manufactured samples are dried to a constant mass, then steel counter spherical indenters are introduced into the samples dried to a constant mass and loaded along one of two mutually perpendicular directions until longitudinal cracks are formed, then composite samples are formed from fragments, placed in container with water, and load them in it with spherical indenters until longitudinal cracks form in the directions perpendicular to the initial cracks in the stupa mode stepwise application of the load with partial unloading to the level achieved at the previous stage of the load, then in the dried and water-saturated samples the breaking load is recorded, the surface area of the cracks is measured and the partial values of the tensile tensile stress are determined, and the average values of the tensile strength are determined as the strength properties of the rock tensile stress during splitting of dried and water-saturated samples R p and a decrease in tensile strength during splitting in a water-saturated state and ΔR in mutually perpendicular directions according to the formulas:

Rp=1,83⋅σt,R p = 1.83⋅σ t ,

Figure 00000001
Figure 00000001

где σt и

Figure 00000002
- средние значения растягивающего напряжения разрыва высушенных и водонасыщенных образцов для каждого из взаимно перпендикулярных направлений в отдельности.where σ t and
Figure 00000002
- the average tensile stress of the gap of the dried and water-saturated samples for each of the mutually perpendicular directions separately.

Способ поясняется следующими фигурами:The method is illustrated by the following figures:

фиг. 1 - схема нагрузочного устройства для реализации способа;FIG. 1 is a diagram of a loading device for implementing the method;

фиг. 2 - график зависимости сжимающей образец силы Р от величины суммарной глубины вдавливания инденторов h, где:FIG. 2 is a graph of the force P compressing the sample on the value of the total indentation indentation depth h, where:

1 - образец;1 - sample;

2 - емкость с водой;2 - a container of water;

3 - стальные сферические инденторы;3 - steel spherical indenters;

4 - поперечная трещина разрыва;4 - transverse fracture rupture;

Способ осуществляют следующим образом. Перед определением прочности отобранные или изготовленные образцы пробы высушивают до постоянной массы известным способом. При этом допускается использование образцов неправильной формы с необработанными поверхностями. Далее в образцах намечают по два характерных взаимно перпендикулярных направления. Например, для пород с выраженной слоистостью таковыми выбирают направления перпендикулярно и параллельно слоистости.The method is as follows. Before determining the strength of the selected or manufactured samples, the samples are dried to constant weight in a known manner. In this case, the use of irregularly shaped samples with unprocessed surfaces is allowed. Then, two characteristic mutually perpendicular directions are indicated in the samples. For example, for rocks with pronounced stratification, they select directions perpendicularly and parallel to the stratification.

Затем высушенные образцы устанавливают по очереди между сферическими инденторами вдоль одного из двух выбранных взаимно перпендикулярных направлений и нагружают до раскалывания на две части трещиной, проходящей через ось нагружения.Then, the dried samples are placed in turn between the spherical indenters along one of the two selected mutually perpendicular directions and are loaded before cracking into two parts by a crack passing through the axis of loading.

Фиксируют разрушающие высушенные образцы нагрузки Pi, измеряют площадь поверхности трещин разрыва Si и определяют частные значения растягивающего напряжения разрыва высушенных образцов (σt)i по формуле:The destructive dried samples of the load P i are fixed, the surface area of the rupture cracks S i is measured, and the partial tensile stress values of the rupture of the dried samples (σ t ) i are determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

По частным значениям растягивающего напряжения высушенных образцов определяют средние значения растягивающего напряжения разрыва для взаимно перпендикулярных направлений в отдельности - σt1 и σt2.Using the partial tensile stress values of the dried samples, the average tensile tensile stress values for the mutually perpendicular directions individually, σ t1 and σ t2, are determined.

Далее определяют средние значения предела прочности на растяжение при раскалывании высушенной породы для взаимно перпендикулярных направлений в отдельности - Rp1 и Rp2, соответственно, по формуле:Next, determine the average values of the tensile strength when cracking the dried rock for mutually perpendicular directions separately - R p1 and R p2 , respectively, by the formula:

Rp=1,83⋅σt.R p = 1.83⋅σ t .

Затем проводится серия испытаний высушенных составных образцов 1 при их насыщении водой. Для этого используется вода при температуре (20±5)°С, которая удовлетворяет требованиям ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия». В качестве емкости для воды 2 могут быть использованы пластиковые стаканчики.Then a series of tests of the dried composite samples 1 is carried out when they are saturated with water. For this, water is used at a temperature of (20 ± 5) ° С, which meets the requirements of GOST 23732-79 “Water for concrete and mortars. Technical conditions. " As a container for water 2 can be used plastic cups.

Предварительно из обломков собирают составные образцы 1, обеспечивая при этом плотный контакт вдоль трещин разрыва 4. Затем по очереди помещают образцы в емкость с водой 2 (уровень воды - выше верха образца), устанавливают в ней между стальными сферическими инденторами 3 в направлениях, перпендикулярных первоначальным поперечным трещинам разрыва 4, и нагружают до раскалывания в режиме ступенчатого приложения нагрузки с частичными разгрузками до уровня, достигнутого на предыдущем уровне нагрузки.First, composite samples 1 are collected from the debris, while ensuring tight contact along fracture cracks 4. Then, in turn, the samples are placed in a container of water 2 (the water level is above the top of the sample), and it is installed between steel spherical indenters 3 in the directions perpendicular to the initial transverse fractures of the fracture 4, and loaded until cracking in the mode of stepwise application of the load with partial unloading to the level achieved at the previous load level.

Режим испытаний при водонасыщении образца иллюстрирует кривая деформирования образца известняка при нагружении сферическими инденторами диаметром 15 мм, представленная на фиг. 2 в виде графика зависимости сжимающей силы Р от величины суммарной глубины вдавливания инденторов h. Процесс испытаний контролируется по изменению величин сжимающей силы Р и суммарной глубины вдавливания инденторов в породу h, измеряемой по изменению расстояния между инденторами.The test regime during water saturation of the sample is illustrated by the deformation curve of the limestone sample under loading by spherical indenters with a diameter of 15 mm, shown in FIG. 2 in the form of a graph of the dependence of the compressive force P on the value of the total indentation indentation depth h. The test process is controlled by the change in the values of the compressive force P and the total indentation depth of the indenters in the rock h, measured by the change in the distance between the indenters.

При нагружении образца в областях контакта со сферическими инденторами развиваются зоны разрушенного, уплотняемого при сжатии материала. Поэтому при нагружении инденторами образца, помещенного в воду, происходит постепенное наполнение зон раздробленной породы водой из емкости 2. Проникновение воды из емкости 2 в центральную «монолитную» область образца осуществляется также через поперечную трещину разрыва 4. В результате раскалывание составного образца происходит путем образования продольной трещины, прорастающей через зоны, насыщаемые водой в процессе кратковременного испытания.When the sample is loaded, in the areas of contact with spherical indenters, zones of destroyed material that is compressed during compression develop. Therefore, when the sample placed in water is loaded with indenters, the zones of crushed rock are gradually filled with water from tank 2. Water penetrates from tank 2 into the central “monolithic” region of the sample also through the transverse fracture crack 4. As a result, the composite sample splits by forming a longitudinal cracks growing through zones saturated with water during a short-term test.

Применение режима ступенчатого приложения нагрузки с частичными разгрузками дополнительно способствует процессу поглощения воды породой, так как на стадиях разгрузки образца происходит частичное восстановление его размеров и, соответственно, частичное раскрытие сжатых при нагружении пор и трещин (как природных, так и образовавшихся при испытании), через которые облегчается проникновение воды. При этом ограничение разгрузки уровнем, достигнутым на предыдущей ступени нагружения, позволяет предотвратить возможную потерю устойчивости размягчаемого образца.The application of the step-by-step application of a load with partial unloading additionally contributes to the process of water absorption by the rock, since at the stages of unloading the sample there is a partial restoration of its size and, accordingly, a partial opening of pores and cracks compressed during loading (both natural and formed during testing), through which facilitates the penetration of water. At the same time, the unloading is limited by the level reached at the previous loading stage, which prevents the possible loss of stability of the softened sample.

Фиксируют разрушающие водонасыщенные о бразцы нагрузки (Р1)i, измеряют площадь поверхности трещин разрыва (S1)i и определяют частные значения растягивающего напряжения разрыва водонасыщенных составных образцов

Figure 00000004
по формуле:The load (P 1 ) i destructive water-saturated samples are recorded, the surface area of the fracture cracks (S 1 ) i is measured and the partial tensile stress values of the fracture of the water-saturated composite samples are determined
Figure 00000004
according to the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

По результатам испытаний насыщаемых водой образцов определяют средние значения растягивающего напряжения разрыва водонасыщенных образцов для каждого из взаимно перпендикулярных направлений в отдельности -

Figure 00000006
и
Figure 00000007
According to the test results of water-saturated samples, the average values of the tensile stress of rupture of water-saturated samples are determined for each of the mutually perpendicular directions separately
Figure 00000006
and
Figure 00000007

Далее определяют средние значения предела прочности на растяжение при раскалывании водонасыщенной породы для взаимно перпендикулярных направлений в отдельности -

Figure 00000008
и
Figure 00000009
, соответственно, по формуле:Next, determine the average values of the tensile strength when splitting a water-saturated rock for mutually perpendicular directions separately
Figure 00000008
and
Figure 00000009
, respectively, by the formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

Определяют снижение предела прочности на растяжение при раскалывании в водонасыщенном состоянии во взаимно перпендикулярных направлениях - ΔR1 и ΔR2, соответственно, по формуле:Determine the decrease in tensile strength when cracking in a water-saturated state in mutually perpendicular directions ΔR 1 and ΔR 2 , respectively, by the formula:

Figure 00000011
Figure 00000011

Экспериментальным обоснованием предлагаемого способа в отношении определения величины предела прочности на растяжение при раскалывании Rp служит сопоставление его результатов со значениями предела прочности при одноосном растяжении. Базовый способ предусматривает определение предела прочности горной породы при одноосном растяжении

Figure 00000012
по результатам испытаний образца сферическими инденторами с учетом разрушающей силы Р, площади поверхности разрыва образца S и площади поверхности большей из зон разрушенной породы в областях контакта с инденторами F по формуле:An experimental justification of the proposed method with respect to determining the tensile strength at splitting R p is a comparison of its results with the values of the tensile strength under uniaxial tension. The basic method involves determining the tensile strength of the rock under uniaxial tension
Figure 00000012
according to the results of testing the sample with spherical indenters, taking into account the destructive force P, the surface area of the fracture of the sample S and the surface area of the larger of the zones of the destroyed rock in the contact areas with the indenters F according to the formula:

Figure 00000013
Figure 00000013

В таблице 1 представлены безразмерные значения прочности Rp и

Figure 00000014
(в долях от σt) для материалов, характеризуемых показателем хрупкости Kxp (отношением пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении) в диапазоне от 6 до 12, что соответствует реальным горным породам.Table 1 presents the dimensionless strength values R p and
Figure 00000014
(in fractions of σ t ) for materials characterized by the fragility index K xp (the ratio of tensile strength under uniaxial compression and tension) in the range from 6 to 12, which corresponds to real rocks.

Отклонение результатов определения показателей прочности сравниваемыми способами не превысило 4% и составило, в среднем, менее 2%, что соизмеримо с точностью подобных лабораторных методов механических испытаний горных пород.The deviation of the results of determining the strength indicators by the compared methods did not exceed 4% and amounted, on average, to less than 2%, which is comparable with the accuracy of similar laboratory methods for mechanical testing of rocks.

Figure 00000015
Figure 00000015

Экспериментальным обоснованием предлагаемого способа в отношении определения величины снижения прочности в водонасыщенном состоянии служат результаты сравнения аналогичных показателей 5 проб горных пород, определенных предлагаемым способом и в соответствии с базовым способом, описанным в статье «Басинский Ю.М., Коршунов В.А., Михайлов В.Ф. Исследование устойчивости горных выработок при увлажнении пород. Труды ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела, сб. «Горное давление в капитальных, подготовительных и очистных выработках», Л.: ВНИМИ, 1982, с. 19-23, 136 с.».The experimental justification of the proposed method in relation to determining the magnitude of the decrease in strength in a water-saturated state is the comparison of 5 rock samples determined by the proposed method and in accordance with the basic method described in the article "Basinsky Yu.M., Korshunov VA, Mikhailov V.F. Study of the stability of mine workings when wetting rocks. Proceedings of the All-Russian Research Institute of Forge, geomeh. and mine survey. business, Sat "Mountain pressure in capital, preparatory and treatment workings", L .: VNIMI, 1982, p. 19-23, 136 pp. ”.

Базовый способ основан на проведении сопоставительных испытанийThe basic method is based on comparative tests

на раскалывание сферическими инденторами диаметром 15 мм по ГОСТ 24941-81 «Породы горные. Методы определения механических свойств нагружением сферическими инденторами» образцов, высушенных и насыщаемых продолжительное время водой. При вычислении значений предела прочности при одноосном сжатии были использованы приведенные в табл. 3а ГОСТ 24941-81 корреляционные прямые пропорциональные зависимости от показателя прочности на растяжение при раскалывании сферическими инденторами для конкретных горных пород. Поэтому по физическому смыслу показатель снижения предела прочности на растяжение при раскалывании в водонасыщенном состоянии предлагаемым способом соответствует показателю снижения прочности при одноосном сжатии при увлажнении, определяемому базовым способом.for splitting with spherical indenters with a diameter of 15 mm according to GOST 24941-81 “Mountain rocks. Methods for determining mechanical properties by loading with spherical indenters "samples dried and saturated with water for a long time. When calculating the values of tensile strength under uniaxial compression, we used the data given in table. 3a GOST 24941-81 correlation direct proportional to the tensile strength when split by spherical indenters for specific rocks. Therefore, in the physical sense, an indicator of a decrease in the tensile strength when cracking in a water-saturated state by the proposed method corresponds to an indicator of a decrease in tensile strength under uniaxial compression during wetting, which is determined by the basic method.

При подготовке испытаний базовым способом согласно ГОСТ 30629-2011 «Материалы и изделия облицовочные из горных пород» высушенные до постоянной массы образцы подвергали водонасыщению в течение 2 суток.When preparing the tests in the basic way according to GOST 30629-2011 “Materials and products facing of rocks”, the samples dried to constant weight were subjected to water saturation for 2 days.

Определение прочностных характеристик было произведено на породных образцах с площадью поперечного сечения 15-20 см2 с учетом их размеров по ГОСТ 24941-81 с использованием электромеханической универсальной испытательной машины MTS Insight 50, рассчитанной на рабочую нагрузку до 50 кН с регулируемой скоростью нагружения, в комплекте с нагрузочным устройством БУ-64, и машины испытательной вертикального нагружения ИСМ-190, рассчитанной на рабочую нагрузку до 25 кН, в комплекте с динамометром образцовым ДОСМ-3-3 и двумя индикаторами часового типа ИЧ-10.The strength characteristics were determined on breed samples with a cross-sectional area of 15-20 cm 2 , taking into account their dimensions in accordance with GOST 24941-81, using the MTS Insight 50 electromechanical universal testing machine, designed for a working load of up to 50 kN with an adjustable loading speed, included with a loading device BU-64, and an ISM-190 test vertical loading machine, designed for a working load of up to 25 kN, complete with an exemplary dynamometer DOSM-3-3 and two clock-type indicators ICh-10.

При испытаниях предлагаемым способом осуществлялось приложение нагрузки ступенями с частичной разгрузкой таким образом, чтобы время нагружения до последующей ступени составляло не менее 10-20 секунд. При этом количество ступеней составляло от 3 до 6. Количество образцов в сериях с определенной ориентацией и характером водонасыщения составляло от 3 до 5.When testing the proposed method, the load was applied in stages with partial unloading so that the loading time to the next stage was at least 10-20 seconds. The number of steps ranged from 3 to 6. The number of samples in the series with a certain orientation and nature of water saturation ranged from 3 to 5.

Среднеарифметические значения прочностных характеристик горных пород, определенные предлагаемым и базовым способами, представлены в таблице 2. Среднее отклонение результатов определения показателей снижения прочности сопоставляемыми способами составило около 10%, что свидетельствует об их вполне приемлемой сходимости.The arithmetic mean values of the strength characteristics of the rocks, determined by the proposed and basic methods, are presented in table 2. The average deviation of the results of determining the indicators of strength reduction by comparable methods was about 10%, which indicates their quite acceptable convergence.

Figure 00000016
Figure 00000016

Claims (4)

Способ определения прочности горных пород в водонасыщенном состоянии, включающий создание в образце поперечных трещин, заполнение жидкостью и внедрение нагрузочных элементов, к которым прикладывают периодическую нагрузку до формирования продольных трещин в плоскостях, проходящих через ось нагружения, отличающийся тем, что отобранные или изготовленные образцы высушивают до постоянной массы, затем в высушенные до постоянной массы образцы внедряют стальные встречные сферические инденторы и нагружают по одному из двух взаимно перпендикулярных направлений до формирования продольных трещин, затем формируют из обломков составные образцы, помещают в емкость с водой и нагружают их в ней сферическими инденторами до формирования продольных трещин в направлениях, перпендикулярных первоначальным трещинам, в режиме ступенчатого приложения нагрузки с частичными разгрузками до уровня, достигнутого на предыдущем этапе нагрузки, далее в высушенных и водонасыщенных образцах фиксируют разрушающую нагрузку, измеряют площадь поверхности трещин и определяют частные значения растягивающего напряжения разрыва, а в качестве прочностных свойств горной породы определяют средние значения предела прочности на растяжение при раскалывании высушенных и водонасыщенных образцов Rp и снижение предела прочности на растяжение при раскалывании в водонасыщенном состоянии ΔR во взаимно перпендикулярных направлениях по формулам:A method for determining the strength of rocks in a water-saturated state, including the creation of transverse cracks in the sample, filling with liquid and the introduction of load elements, to which a periodic load is applied until longitudinal cracks are formed in the planes passing through the loading axis, characterized in that the selected or manufactured samples are dried to of constant mass, then steel counter-spherical indenters are introduced into the samples dried to constant mass and loaded according to one of two mutually perpendi in the direction of formation of longitudinal cracks, then composite samples are formed from the debris, placed in a container with water and loaded with spherical indenters in it until longitudinal cracks form in the directions perpendicular to the initial cracks in the mode of stepwise loading with partial unloading to the level reached at the previous stage of the load, then in the dried and water-saturated samples the breaking load is recorded, the surface area of the cracks is measured and the partial values of the tensile strength of the gap, and as the strength properties of the rock, the average values of the tensile strength when cracking the dried and water-saturated samples R p and the decrease in the tensile strength when cracking in a water-saturated state ΔR in mutually perpendicular directions are determined by the formulas: Rp=1,83⋅σt,R p = 1.83⋅σ t ,
Figure 00000017
Figure 00000017
 где σt и
Figure 00000018
- средние значения растягивающего напряжения разрыва высушенных и водонасыщенных образцов для каждого из взаимно перпендикулярных направлений в отдельности.where σ t and
Figure 00000018
- the average tensile stress of the gap of the dried and water-saturated samples for each of the mutually perpendicular directions separately.
RU2018105190A 2018-02-12 2018-02-12 Method for determining strength of rocks in water-saturated state RU2676046C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105190A RU2676046C1 (en) 2018-02-12 2018-02-12 Method for determining strength of rocks in water-saturated state

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105190A RU2676046C1 (en) 2018-02-12 2018-02-12 Method for determining strength of rocks in water-saturated state

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2676046C1 true RU2676046C1 (en) 2018-12-25

Family

ID=64753745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105190A RU2676046C1 (en) 2018-02-12 2018-02-12 Method for determining strength of rocks in water-saturated state

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2676046C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113865993A (en) * 2021-09-30 2021-12-31 太原理工大学 Dynamic and static load-acidic water coupling broken coal and rock mass mechanical testing device and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA52342U (en) * 2010-02-15 2010-08-25 Национальный горный университет Method for determination of breaking point of rocks at uniaxial tension
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
RU2521116C1 (en) * 2013-01-29 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Determination of rock specimen mechanical properties

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA52342U (en) * 2010-02-15 2010-08-25 Национальный горный университет Method for determination of breaking point of rocks at uniaxial tension
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
RU2521116C1 (en) * 2013-01-29 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Determination of rock specimen mechanical properties

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113865993A (en) * 2021-09-30 2021-12-31 太原理工大学 Dynamic and static load-acidic water coupling broken coal and rock mass mechanical testing device and method
CN113865993B (en) * 2021-09-30 2023-12-08 太原理工大学 Dynamic and static load-acidic water coupling broken coal and rock mass mechanical testing device and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peng et al. A re-examination of slenderness ratio effect on rock strength: Insights from DEM grain-based modelling
Yu et al. Triaxial test research on mechanical properties and permeability of sandstone with a single joint filled with gypsum
Khamrat et al. Pore pressure effects on strength and elasticity of ornamental stones
Barros et al. Experimental characterization of physical and mechanical properties of schist from Portugal
Kaklis et al. Experimental investigation of the size effect on the mechanical properties on two natural building stones
Ma Failure characteristics of compactive, porous sandstones subjected to true triaxial stresses
RU2676046C1 (en) Method for determining strength of rocks in water-saturated state
Zhuang et al. Cleavage dependent indirect tensile strength of Pocheon granite based on experiments and DEM simulation
Cheng et al. Experimental study on the anisotropy of layered rock mass under triaxial conditions
Boutrid et al. Strength hardness rock testing
Minaeian True triaxial testing of sandstones and shales
Zhao et al. Dynamic splitting behavior and the constitutive relationship of frozen sandstone containing a single fissure
Sabanov COMPARISON OF UNCONFINED COMPRESSIVE STRENGTHS AND ACOUSTIC EMISSIONS OF ESTONIAN OIL SHALE AND BRITTLE ROCKS.
Kataoka et al. Estimation of fracture toughness of sandstone by three testing methods
Kaklis et al. Experimental investigation of the mechanical properties of Alfas stone
Iftikhar et al. The effect of temperature on the mechanical behavior of Berea sandstone under confining pressure: experiments
Funatsu et al. Effect of anisotropy on fracture toughness of sandstone by SCB specimen
Ündül et al. Strength, deformation and cracking characteristics of limestones
Chang et al. Damage and fracture characteristics of Kimachi sandstone in uniaxial compression
Snyman et al. A critical look at uniaxial test procedures applied in the backfill industry
RU2235322C2 (en) Method of determining crack resistance of concrete
Ou et al. Verification of Flattened Brazilian Test on the Tensile Strength Determination of Layered Sandstone
Erarslan et al. Fracturing and indirect tensile strength of brittle and ductile rocks
Duan et al. A NONDESTRUCTIVE TESTING TECHNIQUE FOR HIGH STRENGTH CONCRETE: EXPLOSIVE-LOADED NAIL PENETRATION TEST
Soberanis et al. Estudios experimentales del comportamiento mecánico de rocas arqueológicas Mayas/Experimental studies on the mechanical behavior of Mayan archeological rocks