Тема: определение параметров деформации горных пород

Цель работы. Определение модуля упругости, полной деформации и пластичности горных пород статическим методом с использованием индикаторов часового типа.

Основные теоретические положения.

Модуль упругости Е_у — коэффициент пропорциональ­ности между действующим нормальным напряжением (сжимающим и растягивающим) и соответствующей ему относительной продольной упругой деформацией.

Модуль упругости Е_п — коэффициент пропорциональ­ности между действующим нормальным напряжением (сжимающим и растягивающим) и соответствующей ему относительной полной продольной деформацией.

Модуль пластичности Е_пл — коэффициент пропорциональ­ности между действующим нормальным напряжением (сжимающим и растягивающим) и соответствующей ему относительной продольной пластической деформацией.

Полная деформация e определяется суммой пластической e_пл и упругой e_у деформаций: e_п = e_у + e_пл.

Для определения вышеперечисленных параметров деформации чаще всего приме­няются следующие методы:

1. Измерение продольных и поперечных деформаций при сжатии индикаторами часового типа.

2. Измерение этих же деформаций при сжатии с приме­нением проволочных датчиков омического сопротивления, наклеиваемых на образец горной породы.

3. Определение модуля упругости и коэффициента Пуассона по скорости распространения продольных и по­перечных упругих волн в породах с применением ультра­звуковых датчиков.

Для определения модуля упругости и коэффициента Пауссона при сжатии применяются цилиндрические или призматические образцы с соотношением высоты к линей­ному размеру поперечного сечения, равным 1, 5—2. Разме­ры поперечного сечения образцов обычно составляют 3— 4 см. Торцы образцов должны быть строго параллельны друг другу и обработаны с высокой точностью. Допуска­емое отклонение составляет не более 0, 05 мм. Измерение продольных и поперечных деформаций осу­ществляется индикаторами часового типа с ценой деления 0, 01—0, 002 мм.

Продольные деформации измеряются с помощью двух специальных колец, закрепленных на отметке 1/4 высоты от его торцов. В верхнем кольце устанавливается индика­тор, а в нижнем — установочный винт индикатора. Шток индикатора должен располагаться параллельно образу­ющей образца.

Для более точных измерений возможна одновременная установка четырех индикаторов для измерения продоль­ных деформаций и четырех —для измерения поперечных. Индикаторы для измерения поперечных деформаций рас­полагаются по концам двух взаимно перпендикулярных диаметров среднего по высоте сечения образца.

Ножки индикаторов для измерения поперечных деформа­ций должны заканчиваться поперечным коротким штифтом, что исключает смещение ножки индикатора при сопри­косновении с цилиндрической поверхностью образца и ис­кажение результатов измерений.

Для стабильности измерений необходимо несколько раз нагрузить и разгрузить образец, доводя нагрузку до 50—. 60 % от разрушающей пятью-шестью ступенями нагружения. Это обеспечивает улучшение контакта образца с пли­тами пресса.

Приборы и принадлежности. Гидравлический пресс, восемь индикаторов часового типа, прибор УПМИ-1.

Порядок проведения опыта.

1. Нагрузить образец горной породы прессом для нагрузки 50—60 % от разрушающей.

2. После снятия предварительной нагрузки стрелки всех индикаторов установить в нулевое положение.

3. Нагрузить образец горной породы нагрузкой первой ступени (величина нагрузки устанавливается руководите­лем работ).

4. Снять показания индикаторов.

5. Нагружение образца выполнять ступенями с интер­валом, определяемым руководителем работ.

6. Результаты измерений занести в таблицу.

Обработка результатов опыта.

1. Вычислить абсолют­ную продольную деформацию образца при изменении на­грузки от Р_н до Р_к каждой ступени нагружения

2. Вычислить абсолютную поперечную деформацию об­разца при изменении нагрузки от Р_н до Р_к каждой ступени нагружения

3. Вычислить модуль упругости

где Р_к— конечная нагрузка на образец при измерении де­формации, Н; Р_н — начальная нагрузка на образец при из­мерении деформации, Н; h — высота образца до приложе­ния нагрузки, м; S—площадь поперечного сечения об­разца, м²; Dh — продольная абсолютная деформация об­разца при измерении нагрузки от Р_н до Р_к, м.