Спосіб визначення параметрів паспорта міцності гірських порід mdsd-2

Спосіб визначення параметрів паспорта міцності гірських порід MDSD-2, що включає висвердлювання в зразку породи циліндричної свердловини і використання її для створення внутрішнього навантаження зразка, який відрізняється тим, що в устя свердловини вставляють конічний індентор і по його кінцю завдають удару динамометричним молотком, за рахунок чого утворюють навколо 3 35646 ям горных пород методом соосных пуансонов. - Л.: ВНИМИ, 1960. с. 5-12] Основні недоліки вказаних способів зв'язані з необхідністю використання зразків строго правильної форми і із застосуванням складної і трудомісткої техніки і технології випробувань. Найбільш близьким за технічною суттю і результатами, що досягаються, є спосіб визначення параметрів паспорта міцності гірських порід на об'ємне стиснення. Він передбачає створення в масивному зразку штучної порожнини, її перекриття пробкою-штуцером, до якої підключають автономне джерело тиску, а потім цей зразок розміщують в камері об'ємного стиснення і піддають дії гідростатичного навантаження аж до руйнування [Авторское свидетельство СССР №629341, кл. Е 21 С 39/00, 1978]. Недоліком способу-прототипу є складна система створення навантажень в усередині зразка і в об'ємній камері, що є тр удомістким і вимагає багато часу для здійснення. Це значно обмежує діапазон можливого застосування способу тільки у вузькоспеціалізованих лабораторіях. У основу корисної моделі покладено завдання розробити такий спосіб визначення параметрів паспорта міцності гірських порід на ділянці позитивних значень нормального напруження σn на майданчику руйнування, який дозволяє по ряду однотипних випробувань за рахунок варіювання параметрів їх проведення побудувати паспорт міцності гірської породи, в якому об'єднані всі показники міцності, що значно здешевлює вартість і зменшує трудомісткість випробувань. Це технічне завдання досягається тим, що спосіб визначення параметрів паспорту міцності гірських порід MDSD-2, який включає висвердлювання в зразку породи циліндричної свердловини і використання її для створення внутрішнього навантаження зразка, відрізняється тим, що в устя свердловини вставляють конічний індентор і по його кінцю завдають удару динамометричним молотком, за рахунок чого утворюють навколо умтя зрізаний конус витіснення, вимірюють його геометричні розміри, повторюють випробування, варіюючи радіус свердловини і форму конічного індентора, а потім по відомих силах удару і виміряних розмірах зрізаного конусу витіснення - висоті, радіусу і куту нахилу при верхівці - обчислюють параметри паспорта міцності породи при позитивному значенні нормального напруження sn на майданчику руйнування за формулою: tnt=t 0(sn /s0+1)a, де tnt - дотичне напруження на майданчику руйнування; a, t0, s0 - шукані міцністні параметри паспорта міцності матеріалу: коефіцієнт крихкості, відповідно когезії зсуву і відриву. Такий спосіб визначення параметрів паспорта міцності гірських порід MDSD-2 дозволяє помітно спростити технологію випробувань і необхідне устаткування, розширити діапазон визначення паспорта міцності, використовувати необроблені зразки довільної форми, багато разів повторювати випробування, варіюючи початкові їх параметри і, 4 тим самим, забезпечити необхідний рівень достовірності і надійності результатів. На Фіг.1 показано зразок гірської породи в процесі випробувань, на Фіг.2 - діаграма О.Мора з графіком паспорта міцності, що отримують після обробки результатів випробувань на ділянці позитивного значення нормального напруження sn на майданчику руйн ування. Спосіб визначення параметрів паспорта міцності гірських порід MDSD-2 виконують таким чином. У відібраному для випробувань зразку довільної форми 1 просвердлюють наскрізь або не до кінця циліндричну свердловину 2. Потім зразок 1 встановлюють на підставку 3, а в устя свердловини 2 по її осі вставляють конічний індентор 4 і завдають удар у по його кінцю динамометричним молотком (не показано), одночасно фіксують одним з відомих методів силу удар у F (наприклад, пьєзодатчиком). Коли сила удару F перевершує сумарний опір матеріалу, то навколо устя свердловини 2 утворюється зрізаний конус витіснення 5, геометричні розміри якого вимірюють. Повторюють необхідну кількість випробувань, варіюючи радіус свердловини 2 і форму конічного індентора 4. На зразках з однієї і тієї ж гірської породи проводять не менш як три подібні випробування і при кожному з них визначають дотичне і нормальне напруження tnt, sn на майданчику руйнування по формулах: T FCosb tnt = = A pWR ; (1) N FSinb sn = = A pWR , де N; T - нормальна і зрушуюча сили на конусному майданчику руйнування площею А; b, W, R - кут розкриття, висота і радіус вирви відколу; На діаграмі кругів напружень О.Мора (Фіг.2) наносять експериментально отримані точки 6 відповідно напружень tnt↔sn. Потім по відомих силах удару і виміряним розмірам зрізаного конуса витіснення - висоти, радіусу і куту при верхівці - обчислюють параметри паспорта міцності породи при позитивному значенні нормального напруження sn на майданчику руйнування. Для побудови паспорта міцності гірської породи слід використовувати основне рівняння аналітичної теорії міцності проф. Г.Г. Литвинського, згідно якої рівень граничного дотичного напруження tnt на майданчику руйнування визначається залежно від нормального напруження σn на тому ж майданчику по формулі: tnt=t 0(sn /s0+1)a, (2) де a, t0, s0 - шукані міцністні параметри паспорта міцності матеріалу: коефіцієнт крихкості, відповідно когезії зсуву і відриву. Підставляючи обчислені значення напружень tnt, sn з рівняння (1) в рівняння (2), спільно вирішують систему трансцендентних рівнянь (2) щодо шуканих параметрів паспорта міцності a, t0, s0 з використанням методу найменших квадратів (Фіг.2), що дозволяє отримати граничну огинаючу 5 35646 найбільших кругів напружень діаграми О.Мору, тобто паспорт міцності гірської породи 7. Цей же паспорт міцності 7 можна отримати і графічно, для чого проводять плавну лінію по усереднених значеннях експериментальних точок 6 і екстраполюють її на решту частини діаграми. Тоді паспорт міцності 7 на осі нормальних напружень s відсікає значення когезії відриву s0, а на осі дотичних напружень 1 відсікає значення когезії зсуву t 0. Паспорт міцності 7 дозволяє визначити відомими способами (графічно або обчислюванням) міцність матеріалу на одноосне розтягування 8 і одноосне стиснення 9, а також знайти критерій міцності при довільному напруженому стані матеріалу 10. Завдяки тому, що в способі забезпечується задана схема навантаження матеріалу з утворенням зрізаного конуса витіснення, відпадає необ Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 6 хідність в застосуванні складних навантажуючих пристроїв і багаточисельних операцій підготовки зразка. Простота проведення випробувань і можливість їх багатократного повторювання навіть на одній просвердленій свердловині дає можливість одержання чисельних даних, що дає змогу статистичною обробкою результатів значно підвищити достовірність і надійність результатів. Отже поставлене завдання по розробці способу визначення міцнісних параметрів гірських порід при позитивному значенні нормальної компоненти напруження на майданчику руйнування, який дозволяє по ряду однотипних випробувань за рахунок варіювання параметрів їх проведення побудувати паспорт міцності гірської породи, при цьому досягнути спрощення операцій випробувань, підвищення їх вірогідності і достовірності, - можна вважати виконаним. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601