Исследование механических свойств соляных пород при растяжении

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

------------------------------------------- © И. Л. Паньков, Ю.И. Г араева,
2011
УДК 622. 831
И. Л. Паньков, Ю.И. Гараева
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОЛЯНЫХ ПОРОД ПРИ РАСТЯЖЕНИИ*
Приведены результаты определения предела прочности соляных пород при растяжении (прямое растяжения, раскалывание соосными клиньями) и сжатии.
Ключевые слова: соляные породы, предел прочности на растяжение, прямой метод, раскалывание.
Геомеханическая оценка устойчивости очистных и подготовительных выработок, как правило, базируется на результатах лабораторного определения механических свойств горных пород, полученных при одноосном сжатии и растяжении. Технические трудности, связанные с прямыми испытаниями горных пород на растяжение, привели к разработке ряда косвенных методов [1, 2], результаты которых трудно сопоставимы между собой и, зачастую, существенно различаются. С целью сопоставления данных о прочности соляных пород при растяжении был проведен комплекс экспериментов, включающих прямые и косвенные методы определения.
Исследования проводились на призматических образцах соляных пород (каменная соль, сильвинит) Верхнекамского калийного месторождения длиной 130 мм и поперечным размером 30*30 мм. При опытах на прямое растяжение образцы испытывались на электромеханическом прессе Zwick/Z250 в специальном реверсивном приспособлении, позволяющем преобразовывать усилия
*Работа выполнена при поддержке Российского 10−05−96 065-р_урал_а).
сжатия в напряжения растяжения (рис. 1). Крепление образцов осуществлялось с помощью раствора магнезиального цемента, замешенного на насыщенном рассоле карналлита. С целью снижения влияния места крепления образца с обоймой некоторые образцы имели галтелеобразную форму в виде утончения средней части. Для достижения необходимой прочности цемента испытания выполнялись через несколько суток после заливки. В процессе испытаний поддерживалась постоянная скорость перемещения траверс пресса, составляющая 0,1 мм/мин.
Для исключения погрешности, связанной с изгибом образца в реверсивном устройстве, измерение продольных (осевых) деформаций осуществлялось на поверхности образца с помощью двух датчиков консольного типа (точность измерений 0,002 мм), располагаемых симметрично относительно образца.
При деформировании образца в его средней части наблюдалось появление трещины, распространяющейся в направлении, перпендикулярном к действию растягивающей силы.
фонда фундаментальных исследований (грант №
Рис. 1. Испытательное ревер- Рис. 2. Вид разрушенного образца (после испытания на сивное устройство с подготов- прямое растяжение) ленным образцом
Эксперимент продолжался до полного разрушения образца (рис. 2). Результаты эксперимента представлялись в виде диаграмм деформирования, по которым проводилось определение комплекса прочностных и деформационных параметров по схеме, приведенной в работе [3].
Разрушенные части образца извлекались из обойм, очищались от цемента и подвергались дальнейшим испытаниям. Одна из разрушенных частей образца использовалась для определения предела прочности при растяжении косвенным методом путём раскалывания его соосными клиньями с радиусом закругления 5 мм, согласно ГОСТ [2]. Для обеспечения относительной погрешности результатов испытаний не более 20% при надежности не ниже 0,8 в каждом виде испытаний производилось не менее 5 определений.
Из второй разрушенной части изготавливался кубический образец, который испытывался на сжатие. По результатам экспериментов также строились
диаграммы деформирования (рис. 3) и определялись прочностные и деформационные параметры. Средние значения результатов определения механических параметров при прямом растяжении, сжатии и раскалывании соляных пород приведены в таблице. В качестве анализируемых параметров использовались: пределы прочности на растяжение (& amp-раст), сжатие (осж), раскалывание (араск) — предельная разрушающая деформация (епр) — модуль деформации на начальном участке диаграммы деформирования (Ву) — удельная энергоемкость разрушения (Ж).
Анализ полученных данных, в целом, позволил констатировать значительное превышение результатов определения абсолютных значений механических параметров при сжатии по сравнению с растяжением. Так, в среднем, предел прочности на сжатие приблизительно в 40 раз выше аналогичного показателя, полученного при растяжении. Для разрушающей деформации данное соотношение увеличивается до 60 раз, а для
^(фюрьшци^ % Деформация, %
Рис. 3. Характерный вид экспериментальных диаграмм деформирования соляных пород: а —
при прямом растяжении- б — при сжатии
Результаты определения механических параметров
при прямом и косвенном растяжении и сжатии соляныш пород
Кол. Прямое растяжение Сжатие Раскалыва- ние
обр. & amp-раст, & amp-пр Оу, & amp-сж, & amp-пр Оу, Ж, & amp-раст,
МПа % ГПа МДж/м3 МПа % ГПа МДж/м3 МПа
Каменная соль (призматические образцы)
6 0,45 0,10 1,26 0,0010 24,07 6,26 0,53 2,72 2,29
Крупнозернистый сильвинит (призматические образцы)
3 0,62 0,16 1,51 0,0020 21,41 8,20 0,31 3,30 2,15
Мелкозернистый сильвинит (призматические образцы)
5 0,65 0,09 2,28 0,0019 25,18 6,10 0,57 4,46 2,50
Мелкозернистый сильвинит (галтелеобразные образцы)
10 0,88 0,14 2,69 0,0015 — - - - 3,04
удельной энергоемкости разрушения — в 2000 раз. Исключением является модуль деформации, определенный на начальном участке диаграммы деформирования, для которого характерна обратная картина, а именно: указанный модуль деформации при растяжении, в среднем, приблизительно в 3 раза выше соответствующего показателя при сжатии.
Результаты на прямое растяжение образцов мелкозернистого сильвинита (таблица) показали, что призматические
образцы деформировались более пластично по сравнению с галтелеобразными. На это указывает их пониженная прочность и разрушающая деформация, а также повышенная энергоемкость разрушения. Более высокая пластичность призматических образцов, по нашему мнению, указывает на наличие краевых эффектов, приводящих при неоднородном составе породы к появлению изгибающих напряжений и возникновению
разрушающей трещины на одной из боковых сторон образца.
Проведенный комплекс сопоставительных исследований предела прочности показал расхождение в результатах прямого и косвенного определения (таблица). Завышенные значения прочности, полученные с помощью косвенного определения (метод раскалывания), объясняются высокой пластичностью солей по сравнению со скальными породами, в
1. Ильницкая Е. И., Тедер Р. И., Ватолин Е. С., Кунтыш М. Ф. Свойства горных пород и методы их определения. — М., Недра, 1969, 392 с.
2. ГОСТ 21 153. 3−85 Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном растяжении. — М., 1985, 14 с.
результате которой в зоне контакта образца и клинового приспособления образовывалась зона значительных пластических деформаций, имеющая склонность к упрочнению. В этой связи, необходимо проведение дальнейших исследований с целью усовершенствования методики косвенного определения прочности соляных пород на растяжение в части изменения геометрических размеров клинового приспособления.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Барях А. А., Асанов В. А., Паньков И. Л., Токсаров В. Н., Кирисюк М. А. Изучение масштабного эффекта в соляных породах/ Мат. Межд. конф. «Неделя горняка-2010», Москва, МГГУ, Г орный информационно-аналитический бюллетень, № 10, 2010, с. 141−143. шы=1
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Паньков И. Л., Гараева Ю. И. — Горный институт УрО РАН, arc@mi-perm. ru
ПАМЯТНИКИ ГОРНЯКАМ
«СЛАВА ШАХТЕРСКОМУ ТРУДУ». ДОНЕЦК
Памятник «Слава Шахтерскому труду» является «визитной карточкой» города Донецка. Расположен в Киевском районе в центре Шахтерской площади. Авторы памятника — скульптор Константин Ефимович Ракитянский и архитектор Павел Исаакович Вигдергауз.
Памятник представляет собой скульптуру шахтера в полный рост, который в правой вытянутой руке держит кусок каменного угля. Скульптура изготовлена из чугуна. Вес скульптуры 22 т. Кусок угля, который шахтер держит в вытянутой руке выполнен из алюминия, его вес 90 кг. Для скульптуры позировал формовщик Борис Горб, который принимал участие в ее создании. В 2009 году донецкие альпинисты установили копию памятника на Эльбрусе.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой