6.3.4. Стабилометрические испытания образцов горных пород

Определение прочностных свойств породных образцов в условиях неравномерного трехосного сжатия ведется в стабилометре системы Кармана (рис. 30).

Рис. 30. Стабилометр:

1 – образец; 2 – резиновая оболочка; 3 – жидкость под давлением

В этом приборе максимальное сжимающее напряжение передается на торцевые поверхности цилиндрического образца жестким поршнем, а давление на боковую поверхность создается жидкостью. Если исключить влияние сил трения, напряженное состояние образца выражается соотношением

Величина рассчитывается по формуле:

,

где

Р – усилие, приложенное к жесткому поршню;

F – площадь поперечного сечения образца.

Как показывает опыт, при испытаниях горных пород в стабилометрах в условиях значительного бокового давления образцы до момента разрушения накапливают довольно большие пластические деформации, исключение представляет минерал кварц.

По результатам стабилометрических испытаний зависимость строится следующим образом (рис. 31).

Рис. 31. Построение огибающей

По данным стабилометрических испытаний образцов пород

На оси σ откладываются значения σ₁ и σ₂ в момент разрушения образца. Затем на отрезке σ₁ – σ₃, как на диаметре, строится полуокружность. Серия таких полуокружностей, построенных по результатам испытаний при различном боковом давлении, включая нулевое, т.е. одноосное сжатие, позволяет построить общую огибающую, которая представляет собой паспорт прочности породы.

6.3.5. Коэффициент крепости горной породы по шкале проф. Протодьяконова м.М.

Крепость горной породы представляет собой ее сопротивление общему разрушению. Коэффициент крепости f – это безразмерная величина, показывающая во сколько раз одна порода крепче другой, принятой за эталон. За эталон проф. М.М. Протодьяконов принял плотную сухую глину с пределом прочности на одноосное сжатие R_сж=100 кгс/см² (т.е. f породы, имеющей R_сж=100 кг/см² равен 1). Следовательно, коэффициент крепости f по шкале Протодьяконова М.М. составит:

f = R_сж/100,

где R_сж – временное сопротивление образца исследуемой породы сжатию, кг/см²;

100 – временное сопротивление породы, принятой за эталон, сжатию.

Если сопротовление сжатию эталонной породы выражено в МПа, тогда сопротивление эталонной породы сжатию будет равно 10 МПа, и выражение для расчета коэффициента крепости по шкале Протодьяконова запишется в виде

f = R_сж/10.

В лабораторных условиях коэффициент крепости горной породы определяется методом толчения, разработанном в ИГД им. Скочинского. Данный метод является более точным по сравнению с методом проф. М.М. Протодьяконова. Толчение породы производится в приборе ПОГ, который представляет собой металлический цилиндр длиной 0,7 м, который надевается на металлический стакан. В стакан высыпается навеска (50-70 г) раздробленной горной породы с размером ребра 10-15 мм. Всего таких навесок принимается пять. Поочередно каждая из навесок измельчается путем сбрасывания груза весом 2,4 кг с высоты 0,6 м. Число сбрасываний груза принимается от 5 до 15 в зависимости от предполагаемой крепости породы.

Все пять порций навесок измельченного материала каждой порции высыпаются на сито с отверстиями 0,5 мм, просеиваются, и подрешетный продукт ссыпается в металлический стакан объемомера. Затем в этот стакан вводится стержень с делениями, по показанию которого определяется высота столба измельченноц породы h, см.

Коэффициент крепости f вычисляется по эмпирической формуле:

f = 20n/h,

где n – число сбрасываний груза на одну навеску;

h – высота столба измельченной породы.