Файл: Ю.В. Лесин Компрессионные и сдвиговые испытания песчаных и глинистых пород.pdf

10

3.4.3.По табл. 2, используя значения коэффициента сжимаемости

имодуля осадки при давлении σ = 0,3 МПа, установить категорию пород по сжимаемости.

Таблица 2

Классификация пород по сжимаемости (по Н. Н. Маслову)

11

4. Лабораторная работа № 6

ИСПЫТАНИЕ ПОРОД НА СДВИГ

4.1. Подготовка и проведение испытаний

4.1.1. Для определения прочностных свойств песчаных и глинистых пород необходимо провести сдвиговые испытания 3-х образцов, нагруженных различными вертикальными нагрузками (0,1; 0,2 и 0,3 МПа), в связи с чем все студенты должны быть разделены на 3 бригады.

4.1.2. Прибор прикрепляют к лабораторному столу, упорные горизонтальные винты завинчивают до отказа и загружают исследуемую породу.

4.1.3. Устанавливают и уравновешивают рычажную систему для вертикальной нагрузки. Рычаг с подвесом для горизонтальной нагрузки присоединяют к каретке. В соответствующих гнездах закрепляют индикаторы для замера деформации сжатия и деформации сдвига.

4.1.4. Отпускают винт поршня и прикладывают необходимую вертикальную нагрузку (бригада № 1 – 0,1 МПа; № 2 – 0,2 МПа и № 3 – 0,3 МПа).

4.1.5. После условной стабилизации вертикальной деформации образца отвинчивают горизонтальные упорные винты каретки и приступают к горизонтальному нагружению образца.

В данном опыте рекомендуется считать, что стабилизация вертикальной деформации наступает через 15 минут после нагружения образца.

4.1.6. Горизонтальную нагрузку τ прикладывают ступенями величиной 0,01 МПа, что соответствует массе груза на рычаге 0,1 кг.

Масса рычага с подвесом для горизонтальной нагрузки создает дополнительное сдвигающее усилие, равное 0,011 МПа, которое следует прибавлять при подсчете сдвигающей нагрузки τ (МПа), т.е.

где mi – масса груза на подвесе рычага горизонтальной нагрузки, кг; fr = 25 – передаточное число рычага; F = 25·10-4 м2 – площадь поперечного сечения образца.

Каждую ступень горизонтальной нагрузки выдерживают до условий стабилизации деформации сдвига, за которую принимают скорость сдвига, не превышающую 0,01 мм в минуту.

Значения горизонтальной нагрузки и соответствующие отсчеты заносят в табл. 3.

4.1.7. За сдвигающую принимают нагрузку τ , при которой по показаниям индикатора отмечается резкое нарастание нестабилизируемой деформации сдвига. Каретка прибора при срезе перемещается и упирается в стойки прибора. Значение τ записывают в табл. 3.

4.1.8. Значения сопротивлений сдвигу τ при других величинах σ заносят в таблицу по результатам опытов остальных двух бригад студентов.

Таблица 3

Результаты испытаний на сдвиг

13

Продолжение табл. 3

4.2. Обработка и анализ результатов испытаний

4.2.1. Обработка и анализ результатов испытаний включает:

-построение графиков зависимости деформации породы от сдвигающих усилий ∆ li = f(τ );

-построение диаграммы зависимости сопротивления породы

сдвигу от нормальной нагрузки τ = f(σ );

14

-установление параметров, характеризующих прочность пород (коэффициента и угла внутреннего трения и сцепления);

-проверку правильности полученных результатов на сдвиг.

4.2.2. При построении графика зависимости деформации породы от сдвигающих усилий ∆ l = f(τ ) (рис. 4) на горизонтальной оси откладываются деформации ∆ li, а на вертикальной – соответствующие касательные напряжения τ i. Точки ∆ li, τ i соединяются плавной кривой.

Рекомендуются следующие масштабы графика: для ∆ l (по горизонтали) 1 мм – 20 мм;

для τ (по вертикали) 0,01 МПа – 10 мм.

Зависимости ∆ l = f(τ ) должны быть построены для всех трех опы-

тов (при σ = 0,1; 0,2 и 0,3 МПа).

При правильно проведенных испытаниях кривые ∆ l = f(τ ) должны проходить тем выше, чем больше значение нормальной нагрузки σ .

4.2.3. При построении графика зависимости сопротивления сдвигу от нормальной уплотняющей нагрузки τ = f(σ ) (рис. 5) на горизонтальной оси откладываются значения σ (0,1; 0,2 и 0,3 МПа), а на вертикальной – соответствующие значения сопротивления сдвигу τ . Масштаб для

где С – сцепление, т.е. часть сопротивления сдвигу, не зависящая от нормального давления и обусловленная наличием и прочностью структурных связей между частицами породы, МПа; tg ϕ – коэффициент внутреннего трения (угловой коэффициент зависимости сопротивления породы сдвигу от нормального уплотняющего давления); ϕ – угол внутреннего трения.

Уравнение (9) представляет собой аналитическое выражение закона Кулона для связных пород.

τ = f(σ ), МПа

0,2

0,1

Рис. 5. Зависимость сопротивления сдвигу от нормальной уплотняющей нагрузки

Прочностные параметры С (МПа), tgϕ и ϕ (град) устанавливаются по построенной диаграмме, а также могут быть вычислены по результатам проведенных испытаний:

С = τ 1 – σ 1 tgϕ = τ 2 – σ 2 tgϕ = τ 3 – σ 3 tgϕ .