6.4.2. Определение предела прочности при одноосном сжатии

Существуют следующие нормативные документы: ГОСТ 21153.2-84 «Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии», ГОСТ 30629 –99.

С огласно ГОСТ 21153.2-84 предел прочности может определяться с помощью прямого или косвенного методов. Основное различие в методах заключается в требованиях к тщательности обработки испытуемых образцов и точности измерений.

6.4.2.1. Прямой метод определения предела прочности при одноосном сжатии

Сущность метода заключается в передаче разрушающего усилия через стальные плиты к торцам образца из скальных или полускальных пород правильной формы (рис. 6.20). Центровка образца обеспечивается с помощью обоймы, а равномерность приложения разрушающего усилия – с помощью шарикового подшипника и пят. Требования к обработке образцов практически те же, что и при испытаниях прямым методом на одноосное растяжение.

При условии, что отношение высоты образца - к его диаметру - (стороне квадрата) ( ) равно 2, т.е. расчетная формула для определения предела прочности при одноосном сжатии

, (6.25)

г де так же - разрушающее усилие, - площадь поперечного сечения образца.

Если отношение , то величина предела прочности, полученная с помощью выражения (6.25), умножается на безразмерный коэффициент высоты образца - . Коэффициент - изменяется в пределах 0,68…1 при изменении отношения - в интервале 0,7…2.

Согласно требованиям стандарта вычисленная величина - не должна быть менее 5 МПа. Относительная погрешность определения предела прочности при одноосном сжатии не превышает 10% для доверительной вероятности 0,95% при испытании 10 образцов.

П ри сопоставлении методов определения прочности по ГОСТ 21153.2-84 и ГОСТ 30629-99 выявляется существенная разница в расчете значения величины - . Согласно ГОСТ 30629-99 формула (6.25) применяется для отношения - , лежащего в интервале 0,9…1,1. Заметим, что в этом случае стандарт следует рекомендациям Международного бюро по механике горных пород. Более подробное обсуждение рассматриваемой проблемы можно найти в монографии [36].

6.4.2.2. Метод разрушения пород плоскими соосными пуансонами

Сущность метода (ГОСТ 21153.2-84) заключается в передаче разрушающего усилия через плоские соосные пуансоны диаметром 11,27 мм на плоские поверхности образцов правильной или полуправильной формы диаметром, лежащим в интервале 30…100 мм, и толщиной - 10…12 мм (рис. 6.21).

Основное отличие схемы испытаний, приведенной на рис. 6.21, от схемы испытаний на одноосное сжатие (рис. 6.20) заключается в использовании пуансонов, контактирующих с породой в центральной ее части, а не по всей поверхности образца, как в случае плит; в отсутствии центрирующего устройства (обоймы). Это позволяет снизить требования к подготовке образцов: допускается не обрабатывать боковые поверхности образцов.

Оценка предела прочности при одноосном сжатии производится по формуле

, (6.26)

где - разрушающее усилие в кН, - условная площадь поперечного сечения образца в см².

Параметр «условная площадь» учитывает неоднородное объемное напряженное состояние в области между пуансонами и свободными от нагружения боковыми частями образца, близкое к всестороннему неравномерному напряженному состоянию за счет малой толщины образца. Так как ненагруженные боковые части образца препятствуют поперечной деформации части образца, заключенной между пуансонами, то в них возникают поперечные напряжения.

Условная площадь изменяется в пределах 1,52…3,16 при изменении диаметра образца в интервале 30…100 мм. Причем промежуточные значения - могут быть экстраполированы линейной зависимостью между крайними значениями. Предел прочности при сжатии должен лежать в диапазоне 10…150 МПа. Относительная погрешность определения предела прочности не хуже 30%.