Міцність гірських порід при стисканні, розтягуванні, зсуві
Співвідношення показників міцності гірських порід при різних видах навантаження. Відмінні риси способів визначення меж міцності порід. Характеристика та особливості міцності порід при різних навантаженнях. Обчислення межі міцності порід.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено наhttp://www.allbest.ru/
1. Міцність та її межа
2. Міцність порід при різних навантаженнях
2.2 При розтягуванні
Під міцністю розуміється здатність порід протистояти руйнуванню від впливу зовнішніх навантажень. При цьому породи знаходяться в напруженому стані, який може бути одно-, дво- та тривісним (або об'ємним). Кількісно напружений стан оцінюється напругою - навантаженням, що припадає на одиницю площі перерізу. Критичною чи граничною напругою вважається таке, у якому відбувається руйнація зразка породи. Воно зветься межі міцності. Величина меж міцності і є характеристикою властивостей міцності порід.
1. Міцність та її межа
Опір гірських порід руйнуванню залежить від виду та характеру механічних навантажень, що діють. Так, межі міцності породи при стискаючому, розтягувальному, зсувному та згинальному впливах навантажень будуть різні. У табл. 4.1 представлені орієнтовні показники відносної міцності деяких гірських порід за різних видів навантаження.
Наведені дані свідчать, що міцність залежно від виду навантажень змінюється у межах. Найбільший опір гірські породи чинять при стисканні,найменше - при розтягуванні.
Основний вплив на міцність гірських порід надає їхній мінеральний склад, структура, текстура, пористість і тріщинуватість.
Найбільш простим і доступним способом визначення характеристик міцності гірських порід є випробування зразків в лабораторних умовах. гірська порода міцність
Для визначення меж міцності зразків порід застосовують прямі та непрямі (спрощені) методи випробувань, що мають різний рівень надійності. При прямих методах у зразках гірських порід формуються відносно однорідні поля напруги, в яких відбувається їх руйнування. Межі міцності визначаються ставленням руйнівного навантаження до початкової площі поперечного перерізу зразків. Для прямих методів випробувань використовуються, як правило, зразки гірських порід правильної форми із ретельно обробленими торцевими гранями, на які передається навантаження.
2. Міцність порід при різних навантаженнях
Показник опору гірських порід руйнування при одновісному стисканні є найбільш загальною характеристикою їх властивостей міцності. Основним методом випробувань гірських порід на стиск є метод будівельної механіки, сутність якого полягає у безпосередньому визначенні максимальної напруги, що передує руйнуванню зразка правильної геометричної форми при його одновісному навантаженні. Одновісне стиснення зразків циліндричної, кубічної або призматичної форм здійснюється навантаженням вздовж осі зусиллям, що рівномірно розподіляється по торцях, яке збільшують до руйнування зразків (рис. 4.1, а).
Міжнародним бюро з механіки гірських порід розроблено методику випробувань, рекомендовану як єдиний стандарт визначення меж міцності порід при одновісному стисканні. Нормативиметоду передбачають проведення випробувань на циліндричних зразках порід діаметром 40-50 мм із співвідношенням висоти до діаметра в межах 0,9-1,1. Зразки одержують при розрізанні кернів, при цьому торцеві поверхні шліфують, вони повинні бути строго паралельні один одному і перпендикулярні до циліндра, що утворює. Межу міцності породи розраховують за формулою,
де Fmах - руйнівне навантаження, Н; S0 - площа поперечного перерізу зразка, м2.
У тому випадку, якщо відношення висоти зразка до його діаметра не дорівнює 0,9-1,1, рекомендується провести перерахунок межі міцності за формулою
де уп - міцність зразка з нестандартним ставленням висоти та діаметра; d - діаметр зразка; h - висота зразка.
Масове визначення межі міцності на стиск циліндричних зразків утрудняється відносно високою трудомісткістю їх підготовки до випробувань та необхідністю витрати великої кількості кернового матеріалу. У зв'язку з цим розроблено низку спрощених методів визначення міцності породи на стиснення випробуванням зразків напівправильної та неправильної форм, що не потребують відбору кернових проб (див. рис. 4.1, б і в).
Найбільш широке застосування набув метод випробувань зразків напівправильної кубічної форми. Зразки отримують шляхом розколювання пластин гірської породи товщиною 20-40 мм з двома паралельними шліфованими гранями.
Дослідженнями встановлено, що показники міцності порід, що визначаються на зразках напівправильної форми та циліндричних зразках, практично однакові:
де усж - міцність на стиск зразків циліндричної форми; усж п - міцність зразків напівправильної форми.
Для визначення міцності на стиск випробуванням зразків неправильної (довільної) форми використовують шматки породи об'ємом близько100 см3, розміри яких але трьом осям відрізняються один від одного не більше ніж у 1,5 рази. Роздавлювання зразка здійснюють навантаженням вздовж максимального розміру (див. рис. 4.1, в). Опір породи руйнуванню визначають за формулою
де Fmах - максимальне зусилля руйнування зразка; сo - об'ємна щільність породи; m - маса зразка.
Встановлено, що середнє співвідношення між показниками міцності порід при роздавлюванні зразків довільної форми та циліндричних зразків становить:
У реальних умовах масив гірських порід знаходиться у складнонапруженому стані, обумовленому об'ємною дією гравітаційних, тектонічних та інших сил. У зв'язку з цим чималий інтерес представляє оцінка властивостей міцності порід в умовах всебічного стиску.
Об'ємне стиск гірських порід може характеризуватись трьома схемами навантаження: всебічним рівномірним (рис. 4.2, а) і всебічним нерівномірним у двох варіантах (рис. 4.2, б, в).
При випробуванні порід на міцність найбільшого поширення набула друга схема. Бокове навантаження циліндричного зразка створюється за допомогою робочої рідини в товстостінній камері високого тиску. Створення вертикального осьового навантаження здійснюється механічним або гідравлічним способом.
Випробування передбачають попереднє стиснення зразків всебічним рівномірним тиском з подальшою зміною вертикального навантаження до їх руйнування. Змінюючи величину навантажень, що передують руйнуванню зразків, визначають їхню міцність у різних умовах об'ємного стиснення.
2.2 При розтягуванні
Поряд зі стиском показники міцності гірських порід при розтягуванні є найважливішою механічною характеристикою, що використовуються для якісної та кількісної оцінки їхповедінки у процесі деформування.
Для визначення міцності гірських порід на розтягнення застосовуються як прямі, і непрямі методи випробувань з різними схемами навантаження зразків (рис. 4.3).
В основі прямих методів випробувань лежать принципи дослідження властивостей металів, які передбачають безпосередній розрив зразків при одновісному розтягуванні (рис. 4.3 а). Розтягування зразків гірських порід правильної форми проводиться у розривних машинах із різними захоплюючими пристроями.
Межа міцності на розтяг визначається ставленням руйнівного зразка зусилля до площі поперечного перерізу:
Масове визначення міцності порід на розтягнення прямими методами утруднюється високими вимогами до технічних умов випробувань, у зв'язку з чим їх використовують переважно як еталонні.
Як основне для випробувань міцності гірських порід на розтягування рекомендується метод розколювання циліндричних зразків за твірною (рис. 4.3, в). Для випробувань використовують зразки діаметром 40-50 мм. До точності обробки їхніх торців суворих вимог не висувається.
У процесі випробувань зразок породи встановлюють бічною поверхнею у центрі опорної плити преса та навантажують до руйнування.
Межу міцності розраховують за формулою
де Fmах - руйнівне навантаження; d і l - відповідно діаметр і довжина зразка.
Серед непрямих відомий метод випробувань на розрив порожнистих циліндричних дисків тиском зсередини, створюваним впливом співвісно встановлених пуансонів на пластичну масу (рис 4.3, б). Для цього в центрі зразка висвердлюють отвір, що дорівнює діаметру пуансонів, і заповнюють його пластичною речовиною (сумішою каніфолі та парафіну або гумою). При навантаженні пластичної масипуансон тиск від неї передається на стінки отвору і призводить до руйнування зразка.
Міцність порід, що характеризує їх опір зсуву, визначають порівняно рідко, головним чином при виконанні спеціальних наукових досліджень, випробовуючи породні зразки на зріз за схемою, показаною на малюнку:
Призматичні зразки поміщають у похилі матриці, що встановлюються на прес; для виключення опору горизонтальному зміщення матриць між ними та плитами преса встановлюють роликові касети.
Таким чином, ми зрозуміли, що породи мають міцність, тобто мають здатність порід протистояти руйнуванню від дії зовнішніх навантажень, ще породи мають межу міцності. При цьому породи перебувають у напруженому стані. А також породи можуть чинити опір руйнуванню при різних видах навантажень: при стисканні, розтягуванні, зсуві.
Розміщено на Allbest.ru
Подібні документи
Теорії та методики вимірювання щільності гірських порід способом гідростатичного зважування. Метрологічний контроль вимірювального приладу. Щільність порід у природному заляганні. Визначення щільності пісковика, гіпсу, аргіліту, граніту, алевроліту.
Поняття та принципи визначення межі міцності при стисканні окремого зразка у мегапаскалях. Визначення кінця схоплювання. Порядок проведення фазового аналізу порошкових матеріалів, цілі та завдання. Суцільне та характеристичне рентгенівське випромінювання.
Методика проведення випробувань деревного зразка на статичний вигин та руйнування. Вигляд його зламу. Розрахунок максимального навантаження. Визначення меж міцності зразків із поправкою на вологість та відносної точності визначення середнього вибіркового.
Методична вказівка з питань розрахунків на міцність при різнихнавантаженнях та видах деформації. Визначення напруги при розтягуванні (стисканні), визначення деформації. Розрахунки на міцність при згинанні, крученні. Розрахунково-графічні роботи, завдання.
Аналіз міцності та жорсткості несучої конструкції при розтягуванні (стисканні). Визначення частоти власних коливань друкованого вузла. Аналіз статичної, динамічної міцності, а також жорсткості друкарського вузла при згинанні, при впливі вібрації та ударів.
Визначення коефіцієнта теплопровідності із рівняння Фур'є. Механізми теплопередачі: кондуктивне, конвективне перенесення, радіаційний теплообмін. Теплофізичні явища у гірських породах. Залежність теплових властивостей мінералів від температури та тиску.
Визначення напруги при розтягуванні-стиску. Деформації при розтягуванні-стисканні та закон Гука. Напружений стан та закон парності дотичних напруг. Допустима напруга, коефіцієнт запасу і розрахунки на міцність при розтягуванні-стисканні.
Гамма-каротаж інтегральний та гамма-каротаж спектрометричний. Радіоактивність осадових гірських порід. Щільність потоку випромінювання шматково-однорідного простору. Свердловинного приладу в однорідному середовищі. Сумарна концентрація радіонуклідів.
Позацентрове розтягування (стиснення). Ядро перерізу при стисканні. Визначення найбільшого напруги, що розтягує і стискає, в поперечному перерізі короткого стрижня, головні моменти інерції. Еюри згинальних моментів та поперечних сил консольної балки.
Фізичні засади методу гамма-гама каротаж. Його види, перевага та застосування. Взаємодія квантів з речовиною. Вимірювання характеристик розсіяного гамма-випромінювання, що виникає при опроміненні гірських порід зовнішнім джерелом гамма-випромінювання.