Прочность горных пород при сжатии, растяжении, сдвиге

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Прочность и её предел

2. Прочность пород при различных нагрузках

2.1 При сжатии

2.2 При растяжении

2.3 При сдвиге

Заключение

Литература

Введение

Под прочностью понимается способность пород противостоять разрушению от действия внешних нагрузок. При этом породы находятся в напряженном состоянии, которое может быть одно-, двух- и трехосным (или объемным). Количественно напряженное состояние оценивается напряжением -- нагрузкой, приходящейся на единицу площади сечения. Критическим или предельным напряжением считается такое, при котором происходит разрушение образца породы. Оно носит название предела прочности. Величина пределов прочности и является характеристикой прочностных свойств пород.

1. Прочность и её предел

Сопротивление горных пород разрушению зависит от вида и характера действующих механических нагрузок. Так, пределы прочности породы при сжимающем, растягивающем, сдвигающем и изгибающем воздействиях нагрузок будут различны. В табл. 4.1 представлены ориентировочные показатели относительной прочности некоторых горных пород при различных видах нагружения.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что прочность в зависимости от вида нагрузок меняется в широких пределах. Наибольшее сопротивление горные породы оказывают при сжатии, наименьшее -- при растяжении.

Основное влияние на прочность горных пород оказывает их минеральный состав, структура, текстура, пористость и трещинноватость.

Наиболее простым и доступным способом определения прочностных характеристик горных пород является испытание образцов в лабораторных условиях. горная порода прочность

Для определения пределов прочности образцов пород применяют прямые и косвенные (упрощенные) методы испытаний, имеющие различный уровень надежности. При прямых методах в образцах горных пород формируются относительно однородные поля напряжений, в которых происходит их разрушение. Пределы прочности определяются отношением разрушающей нагрузки к начальной площади поперечного сечения образцов. Для прямых методов испытаний используются, как правило, образцы горных пород правильной формы с тщательно обработанными торцевыми гранями, на которые передается нагрузка.

2. Прочность пород при различных нагрузках

2.1 При сжатии

Показатель сопротивления горных пород разрушению при одноосном сжатии является наиболее общей характеристикой их прочностных свойств. Основным методом испытаний горных пород на сжатие является метод строительной механики, сущность которого заключается в непосредственном определении максимального напряжения, предшествующего разрушению образца правильной геометрической формы при его одноосном нагружении. Одноосное сжатие образцов цилиндрической, кубической или призматической форм осуществляется нагружением вдоль оси равномерно распределяемым по торцам усилием, которое увеличивают до разрушения образцов (рис. 4.1, а).

Международным бюро по механике горных пород разработана методика испытаний, рекомендованная в качестве единого стандарта для определения пределов прочности пород при одноосном сжатии. Нормативы метода предусматривают проведение испытаний на цилиндрических образцах пород диаметром 40--50 мм с соотношением высоты к диаметру в пределах 0,9--1,1. Образцы получают при разрезании кернов, при этом торцевые поверхности шлифуют, они должны быть строго параллельны друг другу и перпендикулярны к образующим цилиндра. Предел прочности породы рассчитывают по формуле, Па

где Fmах -- разрушающая нагрузка, Н; S0 -- площадь поперечного сечения образца, м2.

В том случае, если отношение высоты образца к его диаметру не равно 0,9--1,1, рекомендуется провести пересчет предела прочности по формуле

где уп -- прочность образца с нестандартным отношением высоты и диаметра; d -- диаметр образца; h -- высота образца.

Массовое определение предела прочности на сжатие цилиндрических образцов затрудняется относительно высокой трудоемкостью их подготовки к испытаниям и необходимостью расхода большого количества кернового материала. В связи с этим разработан ряд упрощенных методов определения прочности породы на сжатие испытанием образцов полуправильной и неправильной форм, не требующих отбора керновых проб (см. рис. 4.1, б и в).

Наиболее широкое применение получил метод испытаний образцов полуправильной кубической формы. Образцы получают путем раскалывания пластин горной породы толщиной 20--40 мм с двумя параллельными шлифованными гранями.

Исследованиями установлено, что показатели прочности пород, определяемые на образцах полуправильной формы и цилиндрических образцах, практически одинаковы:

где усж -- прочность на сжатие образцов цилиндрической формы; усж п -- прочность образцов полуправильной формы.

Для определения прочности на сжатие испытанием образцов неправильной (произвольной) формы используют куски породы объемом около 100 см3, размеры которых но трем осям отличаются друг от друга не более чем в 1,5 раза. Раздавливание образца осуществляют нагружением вдоль его максимального размера (см. рис. 4.1, в). Сопротивление породы разрушению определяют по формуле

где Fmах -- максимальное усилие разрушения образца; сo -- объемная плотность породы; m -- масса образца.

Установлено, что среднее соотношение между показателями прочности пород при раздавливании образцов произвольной формы и цилиндрических образцов составляет:

В реальных условиях массив горных пород находится в сложнонапряженном состоянии, обусловленном объемным действием гравитационных, тектонических и других сил. В связи с этим немалый интерес представляет оценка прочностных свойств пород в условиях всестороннего сжатия.

Объемное сжатие горных пород может характеризоваться тремя схемами нагружения: всесторонним равномерным (рис. 4.2, а) и всесторонним неравномерным в двух вариантах (рис. 4.2, б, в).

При испытании пород на прочность наибольшее распространение получила вторая схема. Боковое нагружение цилиндрического образца создается с помощью рабочей жидкости в толстостенной камере высокого давления. Создание вертикальной осевой нагрузки осуществляется механическим или гидравлическим способом.

Испытания предусматривают предварительное сжатие образцов всесторонним равномерным давлением с дальнейшим изменением вертикальной нагрузки вплоть до их разрушения. Изменяя величину нагрузок, предшествующих разрушению образцов, определяют их прочность в различных условиях объемного сжатия.

2.2 При растяжении

Наряду со сжатием показатели прочности горных пород при растяжении является важнейшей механической характеристикой, используемыми для качественной и количественной оценки их поведения в процессе деформирования.

Для определения прочности горных пород на растяжение применяются как прямые, так и косвенные методы испытаний с различными схемами нагружения образцов (рис. 4.3).

В основе прямых методов испытаний лежат принципы исследования свойств металлов, предусматривающие непосредственный разрыв образцов при одноосном растяжении (рис. 4.3, а). Растяжение образцов горных пород правильной формы проводится в разрывных машинах с различными захватывающими устройствами.

Предел прочности на растяжение определяется отношением разрушающего образец усилия к площади поперечного сечения:

Массовое определение прочности пород на растяжение прямыми методами затрудняется высокими требованиями к техническим условиям испытаний, в связи с чем их используют преимущественно как эталонные.

В качестве основного для испытаний прочности горных пород на растяжение рекомендуется метод раскалывания цилиндрических образцов по образующей (рис. 4.3, в). Для испытаний используют образцы диаметром 40--50 мм. К точности обработки их торцов строгих требований не предъявляется.

В процессе испытаний образец породы устанавливают боковой поверхностью в центре опорной плиты пресса и нагружают до разрушения.

Предел прочности рассчитывают по формуле

где Fmах -- разрушающая нагрузка; d и l -- соответственно диаметр и длина образца.

Среди косвенных известен также метод испытаний на разрыв полых цилиндрических дисков давлением изнутри, создаваемым воздействием соосно установленных пуансонов на пластическую массу (рис 4.3, б). Для этого в центре образца высверливают отверстие, равное диаметру пуансонов, и заполняют его пластическим веществом (смесью канифоли и парафина или резиной). При нагружении пластической массы пуансонами давление от нее передается на стенки отверстия и приводит к разрушению образца.

2.3 При сдвиге

Прочность пород, характеризующую их сопротивление сдвигу, определяют сравнительно редко, главным образом при выполнении специальных научных исследований, испытывая породные образцы на срез по схеме, показанной на рисунке:

Призматические образцы помещают в наклонные матрицы, устанавливаемые на пресс; для исключения сопротивления горизонтальному смещению матриц между ними и плитами пресса устанавливают роликовые кассеты.

Заключение

Таким образом, мы поняли, что породы имеют прочность, т.е имеют способность пород противостоять разрушению от действия внешних нагрузок, еще у пород есть предел прочности. При этом породы находятся в напряженном состоянии. А так же породы могут сопротивляться разрушению при различных видах нагрузок: при сжатии, растяжении, сдвиге.

Список литературы

1. http://industry-portal24.ru/gornorazvedochnye-raboty/1279-prochnost-porod-pri-rastyazhenii-sdvige-izgibe-chast-1.html

2. http://coal-info.ru/?p=202

3. http://www.mining-enc.ru/p/prochnost/

Размещено на Allbest.ru