книги / Основы механики горных пород

В некоторых задачах механики горных пород, и особенно при физическом истолковании результатов наблюдений, в ряде случаев требуются сведения о влажности пород. Влажность

Для определения влажности образец доводят до постоянного веса в эксикаторе или в сушильном шкафу при температуре 105—110°С. Затем образец охлаждают в эксикаторе, на дне которого насыпан хлористый кальций. Зная вес влажного об­ разца Gt и вес сухого образца G2 , вычисляют влажность по формуле

G2

§11. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ

Методы определения упругих свойств горных пород можно подразделить на динамические и статические.

Современные динамические методы основаны на измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемых образцах в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот. Они разработаны значительно позднее, чем статические, но полу­ чают все большее распространение благодаря простоте, малой трудоемкости измерений и появлению удобных в работе и на­ дежных серийных измерительных приборов. По принципам из­ мерений можно выделить два основных динамических метода: резонансный и импульсный.

Принцип резонансного метода состоит в возбуждении про­ дольных, изгибных и крутильных колебаний в стержнях, изго­ товленных из исследуемой породы, и измерении резонансных частот, которые являются исходными параметрами для расчета упругих характеристик.

Наибольшее распространение в практике исследования свойств горных пород получил импульсный динамический ме­ тод, в основе которого лежит пропускание через образец иссле­ дуемой породы повторяющихся импульсов ультразвуковых ко­ лебаний, по значениям скоростей распространения которых рас­ считывают упругие характеристики.

Определение упругих свойств импульсным динамическим методом обычно ведут путем прямого прозвучивания и про­ дольного профилирования образцов горных пород. Для прозву­ чивания образца 2 (рис. 8, а) к одному из его торцов прижимают ультразвуковой излучатель 3, а к другому — приемник 4 (кри­ сталлы кварца, сегнетовой соли, керамика титаната бария, магнитострикционные преобразователи и др.). Акустический контакт между ультразвуковыми преобразователями и иссле­ дуемым образцом обеспечивают путем нанесения на поверх-

Рис. 11. Определение прочности пород при рас­ тяжении методом диаметрального сжатия.

I — испытуемый образец породы; 2 — плиты пресса.

где Р — разрушающая нагрузка, кгс; F — площадь поперечного сечения образца, см2.

Допустимы определения и на образцах с отношением высоты h к диаметру d, отличным от единицы. В этом случае применя­ ется формула

F (7+2d/h)

При ограниченном объеме породной пробы применяют ме­ тод соосных пуансонов [114], который предусматривает сжа­ тие плоских круглых дисковых образцов породы двумя одина­ ковыми, расположенными соосно, круглыми пуансонами. Диа­ метр породных дисков для испытаний до 140 мм (обычно 40— 60 мм), а их толщина 8 мм для крепких пород и 10—20 мм для слабых.

Цилиндрические образцы пород стандартных размеров мо­ гут быть использованы и для определения предела прочности при растяжении [оР]. Определение производят методом диаме­ трального сжатия (рис. 11), в результате чего в образцах воз­ никают растягивающие напряжения. Расчет предела прочности [ор] производят по формуле

где Р — разрушающее усилие, кгс; d и h — диаметр и высота образца, см.

Результаты испытаний этим методом, как показывает опыт, отличаются высокой стабильностью.

При массовых определениях прочностных свойств горных пород весьма удобен метод комплексного определения преде­ лов прочности при многократном раскалывании и сжатии (ГОСТ 21153.4—75). Из проб изготавливают породные пла­ стины толщиной 20 мм со строго параллельными шлифован­ ными гранями. Одну из граней карандашом расчерчивают на квадраты со стороной, равной толщине пластины. Затем пла-