6.4.1.3. Метод разрушения образцов произвольной формы встречными сферическими инденторами

С ущность данного метода заключается в передаче разрушающего усилия на испытуемую породу через стальные шарики диаметром 15 мм, которые расположены соосно (рис. 6.14).

И з рассмотренных выше методов в данном методе обеспечивается наименьшая площадь контакта для передачи разрушающего усилия образцу, т.е. контакт практически точечный (для скальных и полускальных пород площадь контакта составляет первые единицы мм²). Этим объясняется существенно меньшие требования, предъявляемые к испытуемым образцам. Могут использоваться образцы как произвольной, так и правильной формы, а также маленькие образцы (ГОСТ 24941-81 допускает испытание образцов с предполагаемой площадью поверхностей разрушения 3…100 см²).

Благодаря малой площади контакта инденторов с породой требуются малые разрушающие усилия и, следовательно, установка для испытаний данным методом может иметь малые размеры и массу, т.е. быть практически портативной (рис. 5.13).

Предел прочности при растяжении определяется по формуле (в единицах СИ)

, (6.23)

где - площадь поверхности разрушения; - масштабный безразмерный коэффициент, который лежит в диапазоне 0,67…1,61 для  = 3…100 см², причем  = 1.

Особенность метода, заключающая в передачи разрушающего усилия породе через точечный контакт, предопределяет высокую неоднородность напряженного состояния испытуемого образца, степень неоднородности которого зависит от размеров образца. Этим объясняется пониженная точность определения предела прочности при растяжении данным методом по сравнению с предыдущими методами, особенно для образцов неправильной формы (согласно ГОСТ 24941-81 относительная погрешность может составлять до 30%), а также многообразие форм разрушения (рис. 6.15).

Как следует из рис. 6.15, количество поверхностей, по которым происходит разрушение образца, не обязательно ограничивается двумя поверхностями, как это характерно для других методов испытаний на растяжение. Площадь поверхностей разрушения может достигать больших значений даже для маленьких образцов, так как трещины растяжения начинают формироваться от мест контактов инденторов и породы (характерные выколы, показанные на рис. 6.15) и распространяться по местам слабых контактов в породе (плоскостям спайности, слабым минералам, цементу).

Однако отмеченные недостатки компенсируются простотой испытаний.

Согласно ГОСТ 24941-81 имеется возможность по вычисленным пределам прочности при одноосном растяжении по формуле (6.23) оценить предел прочности при одноосном сжатии, используя данные табл. 6.1.

Таблица 6.1

Корреляционные зависимости между и по ГОСТ 24941-81

Разновидности горных пород		Корреляционные зависимости
Аргиллиты, мергели
Алевролиты, известняки
Песчаники:	глинистые
	карбонатные
	кварцевые
Прочие осадочные:	при МПа
	при МПа	МПа
Изверженные и метаморфические

Примечание. Вычисленные по корреляционным зависимостям значения предела прочности при одноосном сжатии с относительной погрешностью 30% при доверительной вероятности 0,8 соответствуют результатам испытания при одноосном сжатии цилиндрических образцов с двукратным отношением высоты к диаметру по ГОСТ 21153.2-84 при условии одинаково направленного приложения разрушающих сил при растяжении и сжатии.

Используя результаты определения предела прочности при одноосном растяжении и корреляционные зависимости между - и из табл. 6.1, можно оценить коэффициент (тангенс угла) внутреннего трения и сцепление породы по формулам (6.15) для линейной аппроксимации паспорта прочности.