Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019


30.07.2019





Яндекс.Метрика
         » » Компрессионные испытания рыхлых несвязных и мягких связных горных пород

Компрессионные испытания рыхлых несвязных и мягких связных горных пород

14.12.2017

Для исследования деформационных свойств песчаных и глинистых пород наиболее часто проводят их испытания на компрессию, которые состоят в исследовании деформации уплотнения пород без возможности бокового расширения. Сущность этих испытаний заключается в том, что породу подвергают уплотнению ступенями давления (о1, о2, о3 и т. д.) в рабочем кольце специального компрессионного или компрессионно-фильтрационного прибора (рис. VIII-34) и наблюдают за изменением ее пористости или влажности. Методика этих испытаний в настоящее время хорошо разработана, и ее описание приведено в специальной литературе.
Определение сжимаемости пород в процессе компрессионных испытаний можно производить несколькими методами; 1) высотным, 2) весовым, 3) высотно-весовым и 4) методом непосредственного определения пористости.

Весовой метод применим для пород, полностью насыщенных водой. Коэффициент пористости определяют по изменению влажности породы после стабилизации ее уплотнения от каждой ступени давления по формуле e = wyy. Определив коэффициент пористости породы, соответствующий каждой ступени давления, строят компрессионную кривую и вычисляют ее параметры, характеризующие деформацию сжатия породы.

Высотный метод применим для пород различной влажности, водонасыщенных и водоненасыщениых. Сущность его состоит в том, что уплотнение породы практически возможно только за счет изменения пористости. Каждое новое значение коэффициента пористости после уплотнения породы той или иной ступенью давления равно е2 = е1—Aе.

Объем минеральной части породы при этом до уплотнения ее и после не изменяется:

m1 = m2,

или

[1/(1 + e1)]hF = [1/(1+ e2)] (h - Ah) F,

где h и F — соответственно высота и площадь испытуемого образца породы в приборе; Ah — изменение высоты образца породы при изменении ее пористости от е1 до е2 при увеличении давления от о1 до 02.

Раскрывая скобки и группируя члены, имеем
Таким образом, измеряя высоту образца породы в приборе в процессе уплотнения, определяют значение коэффициента пористости, соответствующее каждой ступени давления.

Из вышеприведенного следует, что относительная деформация породы от каждой ступени давления равна
Высотно-весовой метод основан на одновременном применении весового и высотного методов. При этом пористость пород до опыта и после последней ступени давления определяется весовым методом, а ее значения после каждой промежуточной ступени давления — высотным. Этот метод, как и весовой, применим при исследовании пород полностью водонасыщенных.

Наиболее надежный способ определения уплотнения пород — метод непосредственного определения их пористости до опыта и после него в сочетании высотным методом. Для определения пористости породы до опыта и после него надо знать ее плотность и влажность. Плотность определяют методом режущего кольца, в качестве которого служит рабочее кольцо прибора. Высоту образца породы при этом измеряют микрометром с точностью до 0,01 мм. Параллельно с этим до опыта определяют плотность породы методом парафинирования по образцу, вырезанному из того же участка монолита. Совпадение данных двух методов свидетельствует о правильности загрузки рабочего кольца прибора.

При определении плотности породы после опыта необходимо учитывать ее упругую отдачу при снятии нагрузки. Для этого проводят наблюдения за показателями индикаторов. Наблюдения за уплотнением породы по индикаторам, т.е. применение высотного метода, позволяют контролировать полученные данные по общему уплотнению породы, а также распределять общую деформацию породы по отдельным ступеням давления. В методике компрессионных испытаний важнейшее значение имеет определение эффективного давления, которое необходимо приложить для установления прочности структурных связей или уравновешивания внутренних напряжении в породе. Эффективное давление равно тому наибольшему давлению на породу, которое вызывает ее первую минимальную деформацию (0,01 мм). Следовательно, первую ступень давления при компрессионных испытаниях надо прикладывать малыми долями, а не всю сразу. При исследовании набухающих пород после определения эффективного давления прибор заливают водой и определяют давление, сдерживающее набухание (силу набухания).

Величину и число ступеней давления при компрессионных испытаниях выбирают исходя из необходимости получения плавной (нормальной) кривой уплотнения и разуплотнения. Конечную ступень давления определяют по дополнительному давлению, которое порода получит на проектной отметке или интересующей глубине после возведения сооружения.

Испытания пород на компрессию можно производить по нормальным и специальным схемам. Нормальная схема испытаний изложена выше. Она дает общую характеристику деформационных свойств пород и позволяет определять эффективное давание (прочность структурных связей), коэффициент сжимаемости, коэффициент относительной сжимаемости, модуль общей деформации, скорость уплотнения породы под тем или иным давлением и силу набухания. Кроме того, нормальная схема позволяет выявить, какую часть в общей деформации уплотнения составляют остаточные и обратимые деформации. Она позволяет судить о естественной уплотненности породы, т.е. является ли она недоуплотненной, нормально уплотненной или переуплотненной. Предварительное испытание пород на компрессию по нормальной схеме необходимо и для определения методики исследования их прочностных свойств (сопротивление сдвигу). Следовательно, исследование механических свойств породы почти всегда должно начинаться с испытания ее на компрессию по нормальной схеме.

Специальные схемы испытаний применяют при решении специальных вопросов, связанных с особенностями проектируемых сооружений или особенностями состава и состояния пород. Например, при исследовании сжимаемости пород под влиянием динамических (вибрационных) воздействий, знакопеременных нагрузок, при предварительном разуплотнении (набухании), предварительном нарушении сложения, исследовании просадочности лёссовых пород от замачивания, засоленных при выщелачивании солей, мерзлых при оттаивании, при исследовании реологических свойств пород и т. д. Методика и режим специальных исследований определяются особо, они должны возможно точнее моделировать условия работы породы под воздействием давления сооружений или при изменении условий окружающей среды.