Порядок виконання роботи

Лабораторна робота виконується на гідравлічному пресі з індикатором деформації (рис.3.3). Порядок виконання роботи аналогічний п.1–7 лабораторної роботи №3.

Характерні особливості цієї роботи:

1. Замість конуса використовують циліндричний штамп.

2. Штамп почергово втискують у зразки порід трьох класів.

3. При втискуванні штампу в породу І класу відліки по індикатору беруть без витримки навантаження, оскільки в пружній області величина деформації для кожної ступені навантаження встановлюється відразу і з часом не змінюється. Навантаження збільшують до моменту загального руйнування під штампом, що можна визначити як візуально, так і за різким падінням тиску на манометрі.

4. При втискуванні штампу в породу ІІ класу навантаження збільшують також ступенями, але при переході в пластичну область треба досягати повної деформації при кожному ступені навантаження. В цій області через пластичні деформації навантаження частково зменшується, і його необхідно постійно підтримувати на одному рівні до моменту, поки не буде досягнута пластична деформація, яка відповідає цьому ступеню навантаження. При певному граничному навантаженні відбувається загальне руйнування під штампом, яке також фіксується за падінням тиску на манометрі.

5. При втискуванні штампу в породу, яка не дає крихкого руйнування (ІІІ клас), випробовування проводять аналогічно, як і для породи ІІ класу. При втискуванні в ці породи загального руйнування під штампом не відбувається, тому глибину втискування штампу приймають рівною його діаметру.

6. Результати вимірювань записують у таблицю 5.1.

Таблиця 5.1– Результати експериментів

№ п/п	Тиск (р), Па	Навантаження (Р), Н	Деформація (h), мкм.
			Порода І класу	Порода ІІ класу	Порода ІІІ класу

Обробка отриманих результатів

1. За отриманими даними будують графіки деформацій в координатах: по осі ординат – навантаження (Р) в Н, по осі абсцис – деформація (h) в мкм.

2. Користуючись кривою, отриманою при випробовуванні породи ІІ класу, визначають механічні властивості.

2.1. Твердість. Твердість по штампу р_шт визначається відношенням навантаження в момент руйнування (Р_р) до контактної площі штампу (f_шт) (рис.5.3)

(5.1)

де d_шт – діаметр штампу, м.

2.2. Межа пружності. Межа пружності р₀ визначається відношенням навантаження Р_о в точці переходу від чисто пружних деформацій до змішаних (точка А) до контактної площі штампу _шт

(5.2)

2.3. Коефіцієнт пластичності. Коефіцієнт пластичності k_пл визначається співвідношенням загальної роботи, затраченої на руйнування А_заг до енергії пружних деформацій А_пр. Оскільки площа під кривою “навантаження – де­формація” пропорційна витраченій на деформування енергії, то коефіцієнт пластичності визначається співвідношенням площ S_OABCO і S_OMGO (рис.5.3)

(5.3)

2.4. Модуль Юнга. Модуль Юнга можна розрахувати за формулою

h

P

Рисунок 5.3 – Розрахункова схема для визначення механічних властивостей породи ІІ класу

, (5.4)

де Р’ – довільно вибране наванта-

ження, Н;

h’_пр – пружна деформація, яка відповідає навантаженню Р’, м.

Оскільки відношення Р/h_пр є тангенсом кута нахилу прямолінійної ділянки кривої до осі деформацій, можна брати будь-які співвідношення Р і h_пр. При цьо­му тільки слід дотримуватися їх відповідності. Наприклад, на графіку (рис.5.3) можна взяти навантаження Р_о (ордината АD) і деформацію ОD, навантаження Р_р (ордината EG або ВС) і деформацію OG (деформація ОС – це загальна деформація; пружна – OG і залишкова – GC).

2.5. Об’ємна енергоємність руйнування. Об’ємна енергоємність руйнування А_v є питомою витратою енергії на одиницю об’єму зруйнованої породи і визначається як відношення загальної роботи А_заг до об’єму лунки V_л

(5.5)

Деформація самого штампу не враховується, аналогічно як і при розрахунку коефіцієнта пластичності.

3. Визначення механічних властивостей порід за кривими І і ІІІ класу проводиться після засвоєння методики визначення властивостей порід ІІ класу.

Для породи І класу не визначають межу пружності, оскільки в цьому випадку р₀ = р_шт. Також немає потреби визначати коефіцієнт пластичності, тому що для породи І класу А_заг = А_пр і k_пл = 1.

Оскільки при втискуванні штампу в породу ІІІ класу загального руйнування під штампом не відбувається, тому мірою твердості для таких порід є межа пружності ( р_шт = р₀), а коефіцієнт пластичності визначають умовно за методикою [ 6 ].

4. Результати розрахунків записують у таблицю 5.2.

Таблиця 5.2 Результати визначення механічних властивостей порід

Назва породи

dшт, м

Рр , Н

ршт , Па

Р0, Н

р0 , Па

Sзаг, мм2

Sпр, мм2

kпл

Е, Па

Азаг , Дж

Vл , м3

Аv , Дж/м3

5. За результатами розрахунків визначають категорії твердості, пластичності та модуля Юнга досліджуваної породи (табл.5.3 – 5.5) [ 5 ].

Таблиця 5.3 – Класифікація гірських порід за твердістю

Група	І (м’які)							ІІ (середні)					ІІІ (тверді)
Категорія	1		2	3			4	5	6	7	8	9	10	11	12
Твердість за штампом, МПа	<100	100 -250			250-500	500-1000		1000-1500	1500-2000	2000-3000	3000-4000	4000-5000	5000-6000	6000-7000	>7000
Клас порід	сильно пластичні і дуже пористі							пружно-пластичні					пружно-крихкі

Таблиця 5.4 – Класифікація гірських порід за пластичністю

Категорія	1	2	3	4	5	6
Коефіцієнт пластичності	1	1-2	2-3	3-4	4-6	6
Клас порід	пружно-крихкі	пружно-пластичні				сильно пластичні і дуже пористі

Таблиця 5.5 – Класифікація гірських порід за модулем Юнга

Категорія	1	2	3	4	5	6	7	8
Модуль Юнга, МПа	<2500	2500- 5000	5000- 10000	10000- 25000	25000- 50000	50000- 75000	75000- 100000	>100000