2.2. Определение прочностных характеристик горных пород испытанием образцов произвольной формы

Массовое определение прочностных характеристик горных пород на образцах правильной геометрической формы отличается относите­льно высокой трудоемкостью их подготовки к испытаниям. В связи с этим разработан ряд упрощенных (косвенных) методов, не требующих специальной подготовки породных проб. Среди них известен способ испытаний образцов произвольной формы. Сущность его заключается в определении разрушающих напряжений при раздавливании образцов нагружением вдоль наибольшей оси. При этом в вертикальной плоскости образца формируются разрывающие напряжения, вели­чина которых определяется из выражения: _р = F/S, где F - нагрузка на образец, Н; S - площадь сечения образца м², определяемая произведением средней высоты на среднюю ширину плоскости разрушения. Установлено, что площадь плоскости разрыва образца пропор­циональна его объему: S V^2/3 (m /_о)^2/3, где V - объем образца, м³; m - масса образца, кг; _о - плотность породы, кг/м³.

Многочисленными экспериментами определено, что между преде­лом прочности на разрыв при испытании образцов произвольной формы и пределом прочности на сжатие цилиндрических образцов существует корреляционная зависимость, характеризуемая выраже­нием: _р 0,19_сж. При проведении испытаний скорость нагружения образцов опре­деляется так же, как и при испытании на сжатие. В качестве образцов используют куски породы объемом около 100 см³, у которых размеры в перпендикулярных направлениях от­личаются друг от друга не более чем в 1,5 раза.

Оборудование и материалы: пресс с силоизмерительным устрой­ством, штангенциркуль, образцы испытуемой породы, лаборатор­ные весы.

Порядок проведения испытаний. Отбирают один из образцов породы и методом гидростатичес­кого взвешивания или волюменометрическим методом определяют его объем­ную плотность. При определении плотности прочных, малопористых пород парафинирование образца необязательно. Оставшиеся образ­цы взвешивают и последовательно подвергают испытаниям на прес­се. Для этого пресс подготавливают к работе, установив стрелку силоизмерительного устройства в нулевое положение. Образец по­роды помещают в центре опорной плиты таким образом, чтобы действие нагружающего усилия совпадало с его наибольшей осью. Пресс приводят в действие со скоростью нагружения, рекомендуе­мой в работе 2.1. После разрушения образца пресс выключают. По шкале силоизмерителя определяют разрушающее усилие. Экспери­мент повторяют для каждого образца.

Обработка полученных результатов.

Предел прочности породы на разрыв определяется по формуле, Па:

_р = F_max.· (_о/m)^0,67, где F_max - разрушающее усилие,Н; _о - плотность, кг/м³; m - масса образца, кг. Предел прочности породы на сжатие определяют по формуле, Па: _сж. _р/0,19.

Порядок оформления работы. Приводится схема нагружения образ­цов и краткое описание методики испытаний. Результаты измере­ний и расчетов представляются в виде таблицы (форма 7).

Форма 7

Номер образца	Исследуемая порода.	Плотность породы, о , кг/м3	Масса образ­ца, m, кг	Разрушаю­щее уси­лие, Fmax, Н	Прочность на раз­рыв, р , Па	Прочность на сжатие, сж, Па