книги из ГПНТБ / Карташов Ю.М. Ускоренные методы определения реологических свойств горных пород

но притирали к съемным давильным плиткам. Изоли­ рующее покрытие при этом наносили на боковые по­ верхности образцов и плиток.

Отдельные кусочки от каждой пробы направляли в петрографическую лабораторию института для иссле­ дования. Основные данные петрографического анализа испытанных пород представлены в табл. 1.

Глава III

МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

§6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПОРОД НА ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ

Одним из основных прочностных показателей гор­ ных пород является предел прочности на одноосное сжатие. Определение этого показателя перед проведе­ нием реологических испытаний является необходимым условием, так как от его значения зависит давле­ ние в гидросистеме при испытании пород на пол­ зучесть, приближенный выбор нагрузок при испы­ тании пород на длитель­ ную объемную прочность и т. д.

Основная схема испы­ таний образцов пород на одноосное сжатие приве­ дена на рис. 6, а. Торцы образца по этой схеме плотно прилегают к ме­

таллическим шлифованным пластинкам с центрирую­ щими буртиками, обеспечивающими центрировку об­ разца, и с верхней шаровой опорой для исключения влияния непараллельности торцов. Отношение высоты образца к его диаметру было принято равным 2-

Для методических исследований, заключающихся в определении прочности материалов при различных тор­ цовых условиях, испытания на одноосное сжатие про­ водили со смазкой торцов образца парафином и с ре­

зиновыми прокладками (рис. 6, б), а также в специаль­ ном устройстве (рис. 7), позволяющем создать в образ­ це напряженное состояние, близкое к однородному. Этот метод разработан во ВНИМИ для хрупких гор­ ных пород', однако последние испытания показали, что при определенном типе прокладок его можно при­ менять и для слабых горных пород. По этому методу образец 1 горной породы торцами прилегает к проклад­ кам 2, каждая из которых находится в замкнутом

рисунке шайба не показана). Таким образом, проклад­ ки перед испытанием образцов горных пород находят­ ся в напряженном состоянии. При определенном уси­ лии предварительного сжатия, зависящего от материа­ ла прокладки, выпучивания прокладок после снятия нагрузки не наблюдается. В отличие от применяемых1

1 А. А. Г р о X о л ь с к и й, Ю. М. К а р т а ш о в , ІО. Д. М а- з у р-Д ж у р и л о в с к и й. Устройство для определения прочност­ ных и деформационных характеристик образцов хрупких горных пород. Авторское свидетельство № 256699, «Бюллетень изобрете­ ний», № 35, 1969.

ранее методов испытаний с низкомодульными проклад­ ками (или смазкой), в предложенном приборе матери­ ал прокладок не имеет возможности свободно дефор­ мироваться под нагрузкой, так как он находится в замкнутом объеме, благодаря чему исключена (или сведена до минимума) возможность появления растяги­ вающих напряжений на торцах образца при его нагру­ жении. Материал прокладки: при испытании хрупких, пород — отвержденная эпоксидная смола пли пласт­ масса полиамид-56, при .испытании слабых пород — плотная резина-

Проверку предложенного метода проводили опре­ делением прочности пород на сжатие при разных отно­ шениях высоты образца к его диаметру и измерением поперечных деформаций у торцов и в средней части образца.

§7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОД

Для измерения деформаций образцов пород приме­ няются различные методы и способы измерений. Наи­ большее распространение в практике испытаний горных пород получили механический, оптико-механический и тензометрический методы, позволяющие измерять деформации в средней части образцов без погрешно­ стей, обусловленных влиянием торцов и неплот­ ностью прилегания образца к давильной плите. Одна­ ко применение устройств для определения деформаций образцов слабых и пластичных горных пород этими ме­ тодами связано с большими трудностями и погрешно­ стями при испытаниях. Наклейка датчиков сопротив­ лений на поверхность пластичного или влажного мате­ риала практически невозможна. Применение в этом случае специальных приспособлений, при помощи ко­ торых датчик наклеивается не на поверхность образца, а на чувствительный элемент прибора, нежелательно из-за значительной жесткости этих чувствительных эле­ ментов, искажающей результаты испытаний образцов сравнительно мягких или слабых пород и эквивалент­ ных материалов. Это обстоятельство является сущест­ венным и при применении оптико-механических или

механических приборов, основанных на механической связи между измерительными точками.

Для измерения деформаций слабых и пластичных пород и эквивалентных материалов в средней части об­ разцов был разработан фотоэлектрический тензометр с нулевой жесткостью,1принцип действия которого ос­ нован на зависимости электродвижущей силы фото­ элементов от интенсивности светового потока в вентиль­

сационная электролампочка 5. Поэтому для создания одной и той же освещенности на чувствительной по­ верхности фотоэлементов 4 и 6 электролампочки долж­ ны быть удалены от последних на разные расстояния (L > X ). Фотоэлементы включены таким образом, что их фототоки / 1 и І2, возникающие при освещении чувст­ вительной поверхности фотоэлементов, имеют противо­ положное направление. Сила тока I , протекающего через гальванометр, определяется разностью Л—/2. При одной и той же освещенности фотоэлементов ток, протекающий через гальванометр, будет равен нулю. С

№ 188110. «Бюллетень изобретении», № 21, 1966.

том 4 и источником света 3 изменяются освещенность фотоэлемента 4 и фототок Д. Через гальванометр в этом случае будет протекать ток / Г= Л —Д, сила ко­ торого зависит от изменения расстояния между источ­ ником света 3 и фотоэлементом 4. Для определения этого изменения расстояния (т. е. деформации образ­ ца) компенсационный фотоэлемент 6 устанавливают на таком расстоянии от источника света 5, при кото­ ром Уг=0. Показания индикатора 7 при этом служат для оценки деформации образца.

В фототензометре применяются следующие эле­ менты и детали: миниатюрная электролампочка типа СН-36, укрепляемая на образце; компенсационная электролампочка мощностью 70 вт; миниатюрные фо­ тоэлементы-фотодиоды типа ФД-3; гальванометр типа Н373-2.

Чувствительность фототензометра при применении индикатора с ценой деления 0,01 мм составляет 0,001 мм при кратковременных (до 20—30 мин) испы­ таниях. При использовании источников света одина­ ковой мощности чувствительность равна 0,01 мм.

Для ускоренного определения деформаций относи­ тельно прочных горных пород (асж>- 100 кгс/см2) ав­ тором и И. Е. Ефимовым был разработан прижимной тензометр, схема которого изображена иа рис. 9. К образцу 1 с помощью болтов 2 и пружин 3 крепятся платы 4 с резиновыми вкладышами 5, на которые кле­ ем № 88 наклеены продольные 6 и поперечные 7 прово­ лочные тензодатчики. Выводы от тензодатчиков при­

вкладыши на образец. Положение, при котором усилие пружин полностью передается на образец, фик­ сируется по контрольным рискам 12. Упорные вин­ ты 13 соединяют ограничительные пластинки 10 с пла­ тами 4. Усилие прижима тензодатчиков через резино­ вые вкладыши к образцу составляет 6—7 кгс/см2. При

этом показания наклеенных и прижимных тензодатчи­ ков, как показали сопоставительные испытания на раз­ личных породах, одинаковы. Конструкторским бюро ОЭЗ ВНИМИ разработано несколько вариантов при­ жимных тензометров (тип ДМ12) для испытания об­ разцов пород диаметром от 20 до 100 мм [65].

Достоинства прижимного тензометра:

возможность многократного использования тензо­ датчиков;

Рис. 9. Схема прижимно­ го тензометра для опре­ деления деформационных характеристик пород

сокращение времени на подготовку образца к испы­ таниям (2—3 мин вместо 2—3 ч) ;

возможность определения деформационных показа­ телей на влажных или токопроводящих горных поро­ дах и материалах (в этом случае применяются фольговые тензодатчики) ;

один тип прижимного тензометра можно использо­ вать на образцах различного диаметра (при измене­ нии диаметра не более чем в 1,5 раза).

Деформационные характеристики горных пород определяли также с помощью индикаторов часового типа, измеряющих полную деформацию образца.

§ 8. ИСПЫТАНИЯ ПОРОД НА ПОЛЗУЧЕСТЬ

Принципиальная схема установки для испытания горных пород на ползучесть при одноосном сжатии, разработанная Б. В. Матвеевым, Е. В. Шикановым при

Рис. 10. Схема установки для испытания образцов пород на ползучесть

участии автора, приведена на рис. 10. Источником дав­ ления в установке служит потенциальная энергия сжа­ того газа (азота). Для передачи давления в установ­ ке использован гидравлический способ, имеющий ряд преимуществ по сравнению, например, с пружинными