ПОСТРОЕНИЕ ПАСПОРТОВ ПРОЧНОСТИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ИСПЫТАНИЙ НА СДВИГ СО СЖАТИЕМ ОБРАЗЦОВ ЯКШИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Аннотация

При геомеханическом обосновании безопасных условий ведения горных работ на месторождениях полезных ископаемых необходима информация о прочностных и де- формационных свойствах основных типов пород, соответствующих условиям нахож- дения их в массиве [1, 2]. Одной из схем испытания при изучения свойств горных по- род в лабораторных условиях являются схема, реализующая сдвиговые усилия [3]. Как показывает анализ литературных источников, испытания на прямой сдвиг горных по- род немногочисленны ввиду их высокой трудоемкости и ограниченности объёма по- родного геоматериала. С целью совершенствования методики исследования механиче- ских свойств горных пород, проведена серия многоступенчатых экспериментов, позво- ляющих получать паспортные зависимости при испытании одного образца. Исследования проводилось по схеме «сдвиг со сжатием» (рис. 1) на сервогид- равлическом испытательном комплексе «MTS-816», особенностью которого является возможность проводить эксперимент на достаточно представительных образцах гор- ных пород с линейными размерами до 200 мм. Рис. 1. Схема испытания образцов горной породы в режиме - «сдвиг со сжатием» 132 ----------------------- Page 133----------------------- Для испытаний использовались полноразмерные образцы керна диаметром 100 мм и длиной не менее 200 мм отобранные на площадях Якшинского месторождения. Фиксация образцов в матрицах производилась таким образом, чтобы сдвиг происхо- дил по контакту различных типов пород (поверхности ослабления) (рис. 2). Для оценки коэффициента сцепления и угла внутреннего трения при проведении испы- таний на сдвиг по поверхности ослабления проводился по многоступенчатой схеме при уров- нях вертикального поджатия - 1,0, 3,0 и 5,0 МПа и при скорости сдвиговых смещений 1 мм/мин. Каждый уровень вертикального поджатия поддерживался до достижения сдвиговы- ми усилиями пиковых значений. После этого производилось увеличение нормального усилия до следующего уровня с выводом сдвигового напряжения до пикового значения. Характерный вид диаграмм деформирования и изменения нормального напря- жения приведен на (рис. 3). Рис. 2. Подготовка образца к проведению сдвиговых испытаний Рис. 3. Характерный вид результатов испытаний при многоступенчатом сдвиге со сжатием: а - сдвиговая диаграмма деформирования; б - диаграмма изменения нормального напряжения Результаты влияния нормального напряжения на пиковую прочность при сдвиге по каждому образцу приведены в табл. 1. 133 ----------------------- Page 134----------------------- Таблица 1 Пиковая прочность на сдвиг Параметры паспорта при различных нормальных № пробы Порода прочности напряжениях, МПа 1,0 3,0 5,0 С, МПа tgφ 1 Мергель с гипсом 1,86 4,8 6,66 0,84 1,2 Каменная соль 2 0,91 2,59 4,33 0,05 0,85 (покровная) 3 Мергель 1,58 3,16 4,73 0,79 0,79 Каменная соль 4 1,92 3,82 6,12 0,81 1,05 (покровная) Каменная соль (под- 5 2,67 4,27 6,38 1,66 0,93 стилающая) Каменная соль 6 0,68 3,22 4,32 0,01 0,91 (покровная) Полученные результаты исследований использовались для построения линейно- го паспорта прочности на сдвиг по поверхностям ослабления (рис. 4). Установлено, что для различных типов ослабления тангенс угла внутреннего трения изменяется от 0,79 до 1,20, а сцепление от 0,01 до 1,66 МПа. а) б) Рис. 4. Сдвиговые паспорта прочности: а - покровная каменная соль; б - подстилающая каменная соль Таким образом, выполненный комплекс исследований позволил заключить, что многоступенчатые сдвиговые испытания дают возможность получать информацию о прочностных свойствах пород при ограниченном объёме породного материала. Ре- зультаты испытаний на данном этапе являются предварительными.