Способ определения механических характеристик горных пород

Способ определения механических характеристик горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ i» 749975

Союз Советскик

Социа листичесник

Республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 21.02.?8 (21) 2582947/29-33 (51) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ”

Е 02 D 1/02

Гаоудерстеееиый комитет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 23.07,80. Бюллетень № 27 (53) УДК 624.! 31..383(088 8) во делам изобретеиий и открытий

Дата опубликования описания 28.0?.80

*.. - . к . - ° -.к- к « — к « "кМ к (72) Автор изобретения

В. Л. Кубецкий

/ (71) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт нм. В. В. Куйбышева (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к строительству, преимущественно к подземному строительству и может быть использовано для определения характеристик деформируемости горных пород в условиях естественного залегания. э

Известен способ для определения коэффициента отпора породы в шуфре или камере, включающий устройство шурфа илн камеры, покрытие стенок шурфа или камеры выравнивающим слоем бетона, приложение к стенкам . шурфа или камеры равномерно 0 распределенной нагрузки и замер изменения диаметра шурфа или камеры в процессе приложейия давления t1).

Однако такой способ обладает малой точ. ностью, поскольку надежные характеристики могут быть получены лишь в случае, если диаметр скважины, шурфа или камеры в точности равен диаметру строящегося сооружения, а учитывая значительные размеры строящихся в настоящее время гидротехни- 2в ческих туннелей, диаметры которых дости-. гают десятки и более метров, проведение экспериментов такого масштаба практически нереально. Этому способу также характерна значительная трудоемкость и стон м ость.

Наиболее близким техническим решением является способ определения механических характеристик горных пород путем образования щели с поверхности грунта, приложения нагрузки на стенки н замера деформаций горных пород. Одновременно замеряют напряжения в Породе в плоскости, перпендикулярной домкрату. Опыт обмчио проводят в двух направлениях, с тем чтобы оценить степень анизотропии массива.

По результатам измерений определяют модули деформации породы по двум взаимно перпендикулярным направлениям 12 .

Недостатки этого способа — малая точ-. ность определения характерйстик деформнруемости, что связано со значительной сложностью и неопределенностью распределения как естественных, так н дополнительных напряжений, возникающих в результате нагружения стенок щели, ввиду неопределенности размеров массива, вовлекаемого s работу, и несоответствия его поведения упругой среде, а также невозможность определения коэффициента упругого отпора из-за того, что испытания проводятся при плос749975

-ком >гФ ружении массива, а не в условиях осесимметричного нагружения. Кроме того, йевозможно учесть изменение характеристик в зависимости от размеров, что является важным фактором для горных пород.

Цель изобретения — повышение точности определения и обеспечение возмо>кности определения коэффициента упругого

, отпора.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения механических характеристик горных пород путем образования

=-щели-с поверхности грунта, приложеййя нагрузки на стенки щели и замера деформаций . горных пород в различных направлениях дополнительно образуют не менее двух щелей, причем основную и дополнительные щели выполняют соосно расположенными н кольцеобразной формы, прикладывают нагрузку на стенки центральной щели с последующим замером давлений во всех щелях и деформаций горной породы центральной части и между щелями, снимают нагрузки и определяют деформации восстановления, затем в следующей за центральной щели указанные операции повторяют.

Физический смысл способа заключается в том, что при выполнении кольцеобразных щелей в испытываемом участке массива пол" ностью снимаются естественные напряжения от собственного веса и других факторов и исключается их влияние на получаемые результаты; нагружеиие массива проводится в условиях одномерной задачи, имеющей простое теоретическое описание, не требующее введения целого ряда допущений, как это имеет место в известном способе. Одним из наиболее принципиальных и прак==" " тйчески" произвольным допущением является предположение линейной и упругой связи между напряжениями и деформациями исследуемой породы.

При использовании предлагаемого способа отпадает необходимость требования, чтобы размеры нагружаемого участка породы вдоль центральной оси были не менее трех диаметров выработки, как это имеет место в известных спдсобах. Эти размеры могут быть доведены до относительно небольшой величины, хотя и изменяющейся в зависимости от конкретных условий размеров блоков породы, но даже для диаметра

10 и более метров вполне может быть достаточно образование прорези глубиной не более — 1,5 м, что резко упрощает проведение в испытаний, На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого способа, в плане; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1.

Способ заключается в следующем.

На поверхности горной породы при помощи специальной пилы образуют ссюсно расположенные кольцеобразные щели 1, 2 и 3 в количестве не менее трех, что необходимо для исследования масштабного фактора, т. е. учета размеров области исследуе мого массива. При этом должны соблюдаться следующие соотношения:

11 JD 1,hjDrD >, "зЛз- а и т.д. )1,5 — 2, где h- —; à D< — диаметр кольца породы, полученный в результате образования щелей (i = 1, 2, 3 и т.д).

При этих соотношениях обеспечиваются практически одномерные условия нагружения породы. В щели помещают домкраты и обеспечивают их плотный контакт со стенками щелей; например закачивается в домкраты жидкость.

Устанавливают измерительные приборы 5 для замера деформаций горной породы между соседними щелями и в области, образованной центральной щелью.

Осуществляют приложение нагрузки на стенки центральной щели до заданной величины Р „ закачивая жидкость под давлением в домкрат, расположенный в центральной щели.

Производят замер деформаций горной породы между соседними щелями и в области, образованной центральной щелью по различным направлениям, например по четырем взаимно перпендикулярным направлениям, что позволяет определить изменение диаметра центральног0 породного цилиндра и каждого породного кольца в различных направлениях, Замеряют давление Р„, в домкратах, расположенных в других щелях, возникающее от действия нагрузки приложенной к стенкам центральной щели.

Снимают нагрузку P и измеряют деформация восстановления между соседними щелями, что позволяет определить упругую деформацию, и, по ней изменение диаметра центрального породного цилиндра и каждого породного кольца ЬВ у.

Осуществляют приложение нагрузки на стенки второй от центра щели до заданной величины Р .

Производят замер деформаций горной породы между соседними щелями и в области, образованной центральной щелью по различным направляемым, что позволяет определить измерение диаметра центрального переднего цилиндра н каждого переднего кольца Ь0; в различных направлениях.

Замеряют давление Р; в домкратах, расположенных в других щелях, возникающее от действия нагрузки приложенной к, стенкам второй от центра щели.

Снимают нагрузку P > и замеряют деформации восстановления между соседними щелями, что позволяет определить упругую деформацию, а по ней изменение диаметра центрального переднего цилиндра, и каждо-. го переднего кольца — bD

7499

По полученным данным Р„ ; 1; Ь0а1, 6Dii v определяется модуль упругости Е и модуль деформации Е<» в зависимости от размера испытания, либо коэффициент отпора К н коэффициент отпора К и их изменение в зависимости от размерМ испытания по следующей формуле

К.„= (i = 1, 2, 3 и т. д.)

Р где К; — коэффициент отпора в зависимости от размера испытания;

Р; — заданное давление на стенки кольцевой прорези;

"— перемещение внешней стенки кольцевой прорези при заданной величине давления Р1..

Для однородных пород Ео, Е, К и Ку <.> определяются по осредненным данным Р „, Л,8 ; и

ЯХ ; 8; и 6 у определенным в результате измерений по различным направлениям, например по четырем взаимно перпендикуляр- ц ным радиусам.

Для анизотропных пород Eo, Еу, К и К» определяются по результатам измерений цо двум взаимно перпендикулярным направле- ниям, Препендикулярно слоистости Ео, Е>,, К 1, К> < н параллельно слоистости Е в —, м

Еу=; К=; К> ——, Для неодородных пород при произвольном изменении свойств по радиусу от центра для определения механических характеристик может быть использовано известное решение ..теории упругости. зв

° Согласно предложенному способу повышается точность определения характеристик деформируемости горной породы; появляетб ся возможность определения коэффициента отпора К;; появляется возможность в процессе проведения одного испытания установить изменение характеристик деформируемости породы таких, как Е и К от размера испытания в сопоставимых условиях.

Формула изобретения

Способ определения механических ха рактеристик горных пород путем образования щели с поверхности грунта, приложения нагрузки на стенки щели и замера деформаций горных пород в различных на- правлениях, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определений, обеспечения определения коэффициента упруго- го отпора, дополнительно образуют не менее двух щелей, причем основную и дополнительные щели выпрлняют соосно расположенными и кольцеобразной формы, прикладывают нагрузку на стенки центральной щели с последующим замером давле-. ний во всех щелях и деформаций горной породы центральной части и между щелями, снимают нагрузку и определяют деформации восстановления, затем в следующей за, центральной щели указанные операции повторяют.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зубаров Г. Г. и др. Гидротехнические туннели гидроэлектрических станцй M;Jl., 1962, с. 153 — 154.

2. Джегер. Механика горных пород и инженерные сооружения. М., 1975, с. 82 (прототип).

749975

Редактор А. Мотыль

Заказ 4439/9

Составитель В. Латушкнн

Техред К. Шуфрич Корректор М. Демчнк

" краж >13 Подлисное

ЦНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4