fizika_gp

71

принимается в виде плоской, цилиндрической, конической поверхности, ограничивающей сдвигаемые части массива горных пород. Коэффициенты зацепления определяются экспериментально, применительно к условно принимаемой поверхности зацепления. Коэффициент зацепления (в Па) определяется из выражения:

mg - P

kз = Sбок ,

где m – масса сыпучего тела в цилиндре, кг;

P – сила давления столба горных пород, Н; Sбок – боковая поверхность цилиндра, м2.

5.3 Оборудование, приборы, инструменты

Установка для определения давления сыпучей горной породы на основание и стенки сосуда состоит из весов ВЛТ 1, лабораторного штатива 2, двух комплектов полых цилиндров 3. В первый комплект входят цилиндры одинакового диаметра, во второй комплект – цилиндры одинаковой высоты. Установка для определения давления сыпучей горной породы на основание и стенки сосуда показана на рис. 6.1.

5.4 Порядок выполнения работы

1.Взвесить на весах пустой цилиндр.

2.Наполнить цилиндр, установленный на левую чашу весов, горной породой и взвесить его.

3.В равновесном положении весов соединить гибкой связью корпус цилиндра с поперечной плавкой штатива.

4.Постепенно уменьшать уравновешивающую массу. Равновесие чашек весов не нарушится до того момента, пока масса уравновешивающих гирь не достигнет значения, равного давлению сыпучего тела на чашу весов.

Результаты измерений занести в таблицу 6.1.

72

2

3 1

Рис. 6.1. Установка для определения давления сыпучей среды на основание и стенки емкости

Таблица 6.1 – Результаты измерений и вычислений давления сыпучей горной породы на основания и стенки

5.Повторить опыты с цилиндрами других размеров.

6.Подсчитать коэффициент зацепления и значение его для каждого опыта занести в таблицу 6.1.

7.По полученным данным построить графические зависи-

73

мости величины давления сыпучей горной породы на основание и коэффициента зацепления от диаметра и высоты цилиндра,

8. Дать оценку полученных результатов.

Зависимость давления сыпучей горной породы на опорную поверхность и зависимость коэффициента зацепления от высоты столба горной породы и диаметра сосуда приведены на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Характерные зависимости давления сыпучего тела на опорную поверхность (а) и коэффициента зацепления (б)

от высоты столба горной массы и диаметра сосуда

5.5 Вопросы для самопроверки

1.Объяснить природу механических сил зацепления.

2.Что понимают под единым коэффициентом зацепления?

3.Что понимают под силами зацепления?

4.От каких показателей горных пород зависит коэффициент зацепления?

5.Как определяется коэффициент зацепления в лабораторных условиях?

74

Лабораторная работа № 7

КОМПЛЕКСНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ПРОЧНОСТИ ПОРОДЫ ПРИ ОДНООСНОМ РАСТЯЖЕНИИ И СЖАТИИ

5.6 Цель работы

Цель работы. Определение максимальной разрушающей силы при многократном раскалывании образцов породы в виде пластин или брусков и сжатии полученных при раскалывании образцов кубообразной формы.

5.7 Теоретические основы работы

Прочность горных пород при одноосном сжатии определяется на образцах правильной геометрической формы в виде кубиков, призм и цилиндров. Изготовление таких образцов сопряжено с высокой трудоемкостью. Поэтому в последнее время применяются методы определения механических свойств горных пород на образцах неправильной формы.

Чаще всего используется комплексный метод, основанный па принципе многократного раскалывания и сжатия образцов полуправильной формы. В настоящее время он рекомендован ГОСТ

21153.3–85.

Испытание горных пород на разрыв и сжатие производится раскалыванием пластины клиньями и раздавливанием полученных после раскалывания кубиков полуправильной формы на прессе. Следовательно, на одной и той же пластине можно получить две прочностные характеристики го; ной породы. Схема раскалывания пластин горной породы клиньями представлена на рис. 7.1.

76

ной линейки наносится сетка, разделяющая пластины на квадраты со стороной, равной ее толщине. По линиям сетки пластина раскалывается сначала на бруски, а затем на отдельные кубики. Длина лезвия клиньев не должна быть меньше ширины раскалываемого участка пластин.

Определив максимальные разрушающиеся нагрузки при раскалывании и сжатии, можно вычислить пределы прочности при растяжении и сжатии, а по ним построить паспорт прочности горных пород.

Паспортом прочности горных пород называется кривая, огибающая предельные круги напряжений Мора, построенная в координатах нормальных и касательных напряжений.

5.8 Оборудование, приборы, инструменты

Пресс с гидравлическим приводом или универсальная испытательная машина, раскалывающее устройство в виде стальных клиньев с длиной лезвия, превышающей наибольший линейный размер образца, с углом заточки клиньев 90° и радиусом закругления лезвий 5 ± 1 мм, штангенциркуль.

5.9 Порядок выполнения работы

5.9.1 Испытание раскалыванием

1.На одной из плоскостей образца карандашом нанести сетку со стороной квадрата .20 мм.

2.Образец укрепить между раскалывающими клиньями, совмещая лезвия клиньев с одной из линий нанесенной сетки.

3.Привести пресс в действие и расколоть образец на бруски,

азатем по поперечным линиям на кубики полуправильной формы. При каждом раскалывании образца фиксировать максимальную разрушающую силу и измерять штангенциркулем длину линии раскола с погрешностью не более 0,5 мм.

Для определения предела срочности при растяжении учитывать результаты испытаний, проведенных по линии раскола длиной не менее 20 мм, отстоящей от края образца не менее чем на 10 мм.

77

5.9.2 Испытание сжатием

1.Заменить раскалывающие клинья пресса на плиты.

2.Образец кубообразной формы с предварительно измеренными линейными размерами параллельных плоскостей поместить в центре плиты на одну из плоскостей отреза.

3.Привести пресс в действие, сохраняя постоянной скорость нагружения, до разрушения образца.

4.Записать максимальную величину разрушающей образец

нагрузки Рmax, зафиксированную силоизмерителем пресса. Результаты измерений и вычислений занести в таблицы 7.1

и7.2.

Таблица 7.1. – Результаты опытов по раскалыванию пластин

78

5.10 Обработка результатов эксперимента, составление отчёта

1. Вычислить предел прочности при растяжении в каждом

где d – толщина пластины, см; l – длина пластины, см.

2. Расчетную величину предела прочности при сжатии определить, с учетом средних значений результатов всех опытов

n

3. Вычислить статистические характеристики: среднеквадратическое отклонение

где σ – среднее арифметическое значение σi при сжатии.

4. Вычислить предел прочности при сжатии в каждом опыте

79

коэффициент вариации для предела прочности при сжатии вычислить аналогично σр (см. пункты 2 и 3).

6. По полученным значениям σр и σсж построить паспорт прочности в виде линейной огибающей, для чего в системе координат σ – τ построить два круга предельных напряжений радиусами (рис. 7.2):

c

Рис. 7.2. Паспорт прочности горных пород в виде касательной к предельным кругам растяжения и сжатия

где с = τ0 — сопротивление породы чистому сдвигу, называемое сцеплением; φ – угол внутреннего трения.

80

7. Параметры паспорта прочности можно определить по

5.11 Вопросы для самопроверки

1.Какова цель лабораторной работы?

2.На каком оборудовании определить прочность горных по-

род?

3.Как определить предел прочности пород при сжатии и растяжении?

4.Что понимают под прочностью горной породы?

5.В чем заключается сущность метода многократного раскалывания и сжатия?

6.Какие характеристики горных пород определяются по методу многократного раскалывания?

7.Что представляет собой паспорт прочности?

8.Как строят паспорт прочности?

9.Объясните, с какой целью строится паспорт прочности горной породы?

10.Как по паспорту прочности определить угол внутреннего трения?

11.Какая величина называется сцеплением?

12.Какие требования предъявляют к размерам образцов, испытываемых методом многократного раскалывания и сжатия?

13.Объясните, отличается ли прочность породы в образце от прочности в массиве, и почему?

14.Объясните, как влияет прочность горных пород на устойчивость подземных сооружений?