Испытание пород на сдвиг

4.1.1. Для определения прочностных свойств песчаных и глинистых пород необходимо провести сдвиговые испытания трёх образцов, нагруженных различными вертикальными нагрузками (0,1; 0,2 и 0,3 МПа), в связи с чем все студенты должны быть разделены на 3 бригады.

4.1.2. Прибор прикрепляют к лабораторному столу, упорные горизонтальные винты завинчивают до отказа и загружают иссле-дуемую породу.

4.1.3. Устанавливают и уравновешивают рычажную систему для вертикальной нагрузки. Рычаг с подвесом для горизонтальной нагрузки присоединяют к каретке. В соответствующих гнездах закрепляют индикаторы для замера деформации сжатия и деформации сдвига.

4.1.4. Отпускают винт поршня и прикладывают необходимую вертикальную нагрузку (бригада № 1 – 0,1 МПа; № 2 – 0,2 МПа и № 3 – 0,3 МПа).

4.1.5. После условной стабилизации вертикальной деформации образца отвинчивают горизонтальные упорные винты каретки и приступают к горизонтальному нагружению образца.

В данном опыте рекомендуется считать, что стабилизация вертикальной деформации наступает через 15 минут после наг-ружения образца.

4.1.6. Горизонтальную нагрузку прикладывают ступенями величиной 0,01 МПа, что соответствует массе груза на рычаге 0,1 кг.

Масса рычага с подвесом для горизонтальной нагрузки создает дополнительное сдвигающее усилие, равное 0,011 МПа, которое следует прибавлять при подсчёте сдвигающей нагрузки (МПа), т. е.

(8)

где – масса груза на подвесе рычага горизонтальной нагрузки, кг; – передаточное число рычага; F = 25·10^–4 м² – площадь поперечного сечения образца.

Каждую ступень горизонтальной нагрузки выдерживают до условий стабилизации деформации сдвига, за которую принимают скорость сдвига, не превышающую 0,01 мм/мин.

Значения горизонтальной нагрузки и соответствующие отс-чёты заносят в табл. 3.

4.1.7. За сдвигающую принимают нагрузку , при которой по показаниям индикатора отмечается резкое нарастание нестабилизируемой деформации сдвига. Каретка прибора при срезе пе-ремещается и упирается в стойки прибора. Значение записывают в табл. 3.

Таблица 3

Результаты испытаний на сдвиг

Нормальное давление , МПа	Касательное напряжение , МПа	Показания индикатора	Деформация сдвига	Сопротивление сдвигу , МПа
0,1
0,2
0,3

4.1.8. Значения сопротивлений сдвигу при других величинах заносят в таблицу по результатам опытов остальных двух бригад студентов.

4.2. Обработка и анализ результатов испытаний

4.2.1. Обработка и анализ результатов испытаний включает:

– построение графиков зависимости деформации породы от сдвигающих усилий

– построение диаграммы зависимости сопротивления породы сдвигу от нормальной нагрузки

– установление параметров, характеризующих прочность пород (коэффициента и угла внутреннего трения и сцепления);

– проверку правильности полученных результатов на сдвиг.

4.2.2. При построении графика зависимости деформации по-роды откладываются деформации , а на вертикальной – соответствующие касательные напряжения . Точки , соединяются плавной кривой.

Рекомендуются следующие масштабы графика:

для (по горизонтали) 1 мм – 20 мм;

для (по вертикали) 0,01 МПа – 10 мм;

зависимости должны быть построены для всех трёх

опытов (при = 0,1; 0,2 и 0,3 МПа).

Рис. 4. Зависимость деформации породы от сдвигающих усилий

П ри правильно проведённых испытаниях кривые должны проходить тем выше, чем больше значение нормальной нагрузки .

4.2.3. При построении графика зависимости сопротивления горизонтальной оси откладываются значения (0,1; 0,2 и 0,3 сдвигу от нормальной уплотняющей нагрузки (рис. 5) на МПа), а на вертикальной – соответствующие значения сопротивления сдвигу . Масштаб для и должен быть одинаковым. Рекомендуется принять 0,1 МПа = 50 мм.

Через точки ( , ) провести прямую линию до пересечения с вертикальной осью.

4.2.4. Полученная зависимость выражается уравнением

(9)

где C – сцепление, т. е. часть сопротивления сдвигу, не зависящая от нормального давления и обусловленная наличием и прочностью структурных связей между частицами породы, МПа; tg – коэффициент внутреннего трения (угловой коэффициент зависимости сопротивления породы сдвигу от нормального уплотняющего давления); – угол внутреннего трения.

Уравнение (9) представляет собой аналитическое выраже-ние закона Кулона для связных пород.

Рис. 5. Зависимость сопротивления сдвигу от нормальной уплотняющей нагрузки

Прочностные параметры C (МПа), tg и (град) устанавливаются по построенной диаграмме, а также могут быть вычислены по результатам проведённых испытаний.

.

4.2.5. Проверка правильности проведённых испытаний зак-лючается в следующем:

– все полученные точки на диаграмме зависимости должны лежать приблизительно на прямой. Допускается отклоне-ние не более 5 % от сдвигающего усилия;

– прямая диаграммы не должна пересекать ось ординат ниже начала координат, и ось абсцисс правее начала координат.