: . Министерство высшего и среднего специального
образования РСФСР
Читинский политехнический институт
ФИЗИКА ГОРНЫХ ПОРОД
и ПРОЦЕССОВ
Чита 1 9 ^
Нимистерство вышего и среднего специального образовавший РСФСР
Читинский политехчический институт
ФИЗИКА ГОРНЫХ ПОРОД и ПРОЦЕССОВ
Методические указания к лабораториш работам
для студентов очяой и заочной форм обучения
специальностей: 0905 - ’’Технология и комплексная
механизация открытой раз]^ботки месторождений
полезных ископаемых**; 0902 - **Технология и
комплексная механизация подземной разработки
месторождений полезных ископаемых**
Чита 199^
УДК 622.02
горных лород и процессов: Метод.укаа.
Чита: ЧитПЙ, 1990. 60 с.
Методические указания составлены! в соответствии с у^мбной
програумоЯ дмсцишины **Физика горных пород и процессов” м состоят иа 10 работ, посвященных определению основных фиэ)§чес{(11х
параметров горных пород«
В ходе выпоашения лабораторных работ студенты энахонятся
с регистрирупцеЛ и контрольно-измерительной аппаратурой и приоб<>
реташт навыки веденмя исследовательской работы в области физики
горных пород и процессов.
В прилокеняи приведены усредненные результаты физических
параметров горных пород, позволяющие студентам получить представ^
fimm о кх численном значении, и показан перевод основных внесмс^
темных единиц в СИ.
Табл, 18
Ил*7
Виблиогр.З назв.
Методические указания разработаны к .т .н . Н.В.Зыковым, В.С.Абалаковым, С.Г.Поалутко.
Утверкдены к рекомендованы к изданию решением методического
совета института
Ответственный за выпуск к .т .н . М.В.Костромин
(2 ) Читинский политехнический институт, 1 9 ^
^
i
}
ВВЕДЕНИЕ
Совершенствование производства в горно-добывакщих отраслях
народного хоэлйства неразрывно связано с широким применением
Я0вьос физических и химических методов воздействия на горные породы
при их добыче и переработке, trro приведёт к расширению областей
добнчи полезных ископаемых, повышению мощностей и производительнос­
ти горных предприятий, созданию и освоению передовых технологий,
комплексной механизации и автоматизации горного производства,
повыюению качества продукции и работ.
Выполнение поставленных перед горно-добывающей промышлен­
ностью задач сопряжено с определенными трудностями, вызванными,
с одной стороны, постоянным усложнением горно-геологических и
горно-технологических условий разработки месторождений (рост
глубины горных работ, вовлечение в эксплуатацию месторождений с
неблагоприятными характеристиками' и бедных по содержанию полез­
ного компонентaj!, а с другой, - повышением концентрации горного
производства.
При добыче и переработке полезных ископаемых необходимо
широко использовать не только механические, но и ^зические поля,
что требует всесторонних исследований поведения горных пород в
этих полях.
Новая горная технология не может быть создана без знаний
физических свойств горных пород, так.как в горно-рудной промыиленности в основе производственных 51роцессов лежит взаимодействие
техники с горными породами.
Горные инженеры - специалисты по открытой и подземной добыче
полезных ископаемых должны хорошо владеть вопросами техники и
технологии, знать горные породы, ка? объект разработки, их физи­
ческие свойства, а также физическую сущность процессов! происхо­
дящих в горных,породах.
Методические указания составлены с целью ознакомления ‘студен­
тов с современными методами 1<сследоват»ия горных пород и приобре­
тения навыков в исследовательской работе по изучению физических
свойств и процессов, происходящих в . орных породах.
При написаний метод|!чвских указаний были использованы опуб­
ликованные работы академиков Н.Б.Мельникова и В.В.Ржевского, про­
фессоров Л. И.Барона, М.М.%отодьяконова, Г.Я.Новика, В.Н.Кутузова,
-
3 -
А^.Н,1^рч<МШнова> В.Г.Чааовмого а л р ,, « тапе» р в э у я т ш шдгчиш
нсса»яовш«1|, пртввдвшьа в %1тПИ. в о(!шсти пхотностнш, механи*
чв«ив( ■ гермшвмичесюа свойств горных пород.
Общий порядок выполнения мбораторньк
работ
,
Лабораторные работы выполняются в учебно-исследовательской
лаборатории
горных пород. Занятия проводятся под руковод­
ством преподавателя или ассистента. Группа или подгруппа студен­
тов дедытся на отдельные бригады* состоящие из двух-трех человев.
Цри выд^ие заданий предусматривается определение каждой
бригадой нескольких физических параметров на образцах, изготовт*
ленных из одэой горной породы* Это дает возможность студентам
проа1{ализировать полученные результаты и попытаться найти взаимо­
связь между отдельными свойствами пород.
К выполнению работ допускаются студенты» которые ознакоми­
лись с основными правилами техники безопасности в лаборатории
физики горных пород. Ниже приведены некоторые из основных правил»
требуюцие неукоснительного соблюдения.
1. При изучении прочностных свойств горнык пород на прессе
испытания можно проводить только в присутствии преподавателя, ас­
систента или лаборанта кафедры.
»
2. При выполнении работы на приборе "УЗИС-ЛЭТИ" сборку элек­
трической схемы необходимо производить при полном снятии напря­
жения (вилка отключена от сети). Включение напряжения осуществ­
ляется только после проверки схемы преподавателем или учебным
мастером кафедры.
3. Все исходные данные и результаты измерений в процессе
постановки опытов должны регистрироваться каждым студентов в
специальной тетради. На основании этих данных определяются физи­
ческие параметры горных пород и при необходимости строятся гра­
фические зависимости. Расчеты выполняются посредством электрон­
но-вычислительных устройств.
В конце занятий студенты представляют отчеты о выполненной
работе.
Выполнению лабораторной работы на прессе предаествует спе- 4 -
циальное ознакомление студентов с методами изготовлюния образцов
горных пород на камнерезном станке.
^
Класси?!1!кация (физических свойств
ropf^Wt пород
Минеральный состав ■ строение, а также многофаэность горных
пород предопределяют различное их поведение при воздействии нагрзгэок, тепла, электрического поля,т,в. различие их физических
свойств.
Под физическим свойством породы понимают её ответную реакцию
1^ воздействии на неё определенного физического поля или средыл
Численно каждое физическое свойство породи оценивается одним или
несколькими парао^трами (показателями, характеристиками)! являю­
щимися количественной мерой свойства.
Всю совокупность физических и горно-технических Пбфвметров
пород, описыважщих их поведение в процессах разработки, называют
физико-техническими параметрами.
Физико-технические параметры подразделяют по виду соответствупцих внешних воздействий, вызывающих ответную реакцию горных
пород itpR ИХ добыче и переработке.
6 связи с этим выделяют механическое воздействие,например,
давление и соответствующие ему механические свойства пород^ теп­
ловое, электр 1ческое, магнитное и радиационное воздействия и та­
кие же свойства пород. Кроме того, существует еще вещественное
поле (флюиды • текущие жидкости) и соответствующие ему гидравли­
ческие и газодинамические свойства.
Учитывая важность некоторых перечисленных свойств^их разде­
ляют на следующие группы: плотностные,. механические, тепловые,
електрические, магнятные, волновые, радиационные, горно-технологические.
Рассмотрим некоторые особенности каждой группы.
I группа: плотностные свойства горных пород подразделяются на
грижтанионные (удельные и объемные веса) ш структурные (плот­
ность, объемная масса, пористость).
Удельные я объемные веса породы • параметры силовые, поэтоцу применяются только в тех случаях, когда рассматриваются оилм,
вызванные действием гравитационного поля Земли (горное давление).
-
5 -
Б сдучаях» каща оценивают количество вещества, используют плот­
ность, обьемну» массу к оба^ую пористость.
Пдостностние показатели горных пород широко используются при
решении разл 1^чн11Х горно^техинческих задач, в частности, при опре­
делении основных П1фаметров буровэхшвных работ и для расчета ус­
тойчивости отложений в толще пород.
2 группа: механические свойства хара^Ьтеризуются поведением пород
при воздействии механических нагрузок и подразделяются на:
а) у п р у г и е, которые определяют поведение пород только
в упругой зоне, где волновой процесс распространения упругих ко­
лебаний описывается акустическими свойствами пород;
б) п л а с т и ч е с К'й е , проявляющиеся при нагрузках, превыщаюцих предел упругости, после снятия которых порода ухе не
полностью восстанавливает исходную форму и размеры;
в> п р о ч н о с т н ы е , которые определяют величины разру­
шающих нагрузок в породах;
г ) р е о л о г и ч е с к и е , оценивающие изменения деформа­
ций, напряжений и перечисленных выше механических параметров по­
род во времени
при длительных воздействиях нагрузок.
Механические показатели горных пород широко используются njm
расчетах практически всех основных технологических процессов под­
готовки, выемки, погрузки и перемещения полезного ископаемого и
вскрышных пород и поэтому представляют Н€шбольший практический
интерес.
3 группа: тепловые свойства характеризуют условия теплопередачи
в горных породах и их поведение в температурном поле.
Тепловые ф{зические параметр»! используются при термическом
разрушении горных пород, а также в ropHdfexHOлогических методах
добычи полезных ископаемых, связанных с использованием атомной
энергии в горно-рудном деле.
4 группа: электромагнитные свойства характеризуют условия взаимо­
действия горных пород с электромагнитными полями.
Основные показатели электромагнитных свойств широко используются
с целью получения информации о свойствах горных пород, а Taitme
при расчетах электродинамического разрушения горных пород.
5 группа: радиационные свойства горных пород используются для
определения плотностных показателей горных пород, а также для
создания безопасных условий добычи радиоактивных руд и их coptr
ровки.
- 6 -
6 ri^nna: тдравлические свойства характеризуют насыцеиие горных
пород водой, всевозможные переме(цения жидкостей в них и свяэшшые
с этим физи1{ес1сие процессы, протекаекше в породах* Гидравлические
показатели горных пород используются 1фи рас^ютах оскошшх техно­
логических процессов добычи полезного ископаемого гидромеханизи-*
рованным способом и поэтому представляют болывой практический ин­
терес.
Ниже приведены краткие методические указания по выполюнию
лабораторнык работ, охватывающих практически все основные свойстЬй горных пород* необходимые для решения разли«шых горн^ехнологических задач.
Ш ЮТН0С1ШЕ СВОЙСТВА Г Ш Ш Х ПОРОД
Общие сведения
Важнейшими показателями плотностных свойств горных пород
являются минералогическая плотность J i « объемная масса
и
пористость Рш Этя показатели носят общий характер и дают первые
представления о породах с точки зрения их разрушения, транспор­
тирования, отвалообразования.
Плотность
- масса единицы объема твердой фазы минерала
или породе (минерального скел1)та)^- определяется по формуле
ш
где
- масса твердой фазы породаг, г ;
V x - объем твердой ^
фазы, см^о
Горная порода представляет собой многофазную систему, сос­
тоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. 1Ьэтому п о л ь з ^ с я
также понятиями обьешой массы сухой порода
- масса едйницы
объема абсолютно сухой породы при данной пористости
'
Vex
^
( 2)
Уп
и объемной массы влажной породы
- «асса единицы объема
влажной порода при данной пористости
- 7 -
«
.
/Пел ■«
\!f •» o4wM nop, сы^;
m t - масса ьлаги, содержащейся в породе» г.
Пористость Р г1|)вдстаБДяет собой относительный объем пустот
(пор), слагвбгея из пористости кристаллических зерен м пористос­
ти, обведиил^ишой миязорновым пространством
Vc
<4)
где
пор,
- ocruiM зерен и породе» см^;
объем межэерновых
\(<i ^ общий объем породы» см^.
Ко;||)|(1Нциеигом пористости Кп надывается отношение объема
пор к объему минерального скелета
»fn=
,
,s ,
¥СЛ
Взаимная связь между порисгоегыи» плотностью и объёмной
массой выражается зависимостями:
J" - я
{1 ~Р )
;
(6 )
(в)
Для вычисления плотности, обьйной массы и пористости необхо­
димо определить массу данного образца горной породы и его объем.
Для образцов скальных пород, имеющих неправильную форму» непос­
редственное определение объема невозможно» поэтому объем кусков
горных пород определяется косвенным методом по объему вытесненной
жидкости» который может быть определен с помощью пикнометра.
- 8 -
Л а б о р а т о р н а я
р а б о т а
»1
о ш ш т т ш ю ш )сти горных пород
Цель работы. Определить плотность горных пород пикнометрическим
методом.
Оборудование. Стеклянный пикнометр емкостью 100 мл^ техничес­
кие или вналитииеские весы* сито с диаметром отверстий I мм« ступ­
ка фарфоровая с пестиком, воронка, шпатель.
Порядок выполнения работы
1. Образец горной породи высушить на воздухе до воздушно сухого состояния, раздробить, растереть в фарфоровой ступке, про­
сеять через сито с диаметром отверстий I ми.
2. Отобрать пробу массой около 20 г.
3. Взвесить пикнометр с точностью до 0,01 г ( ^ )«
4. Отобранную пробу перенести в пикнометр. Взвесить пикно­
метр с породой (
)•
5. В пикнометр с породой налить кипяченой воды немного мень­
ше половины объема и взбалтыванием удалить из породы воздух.
6 . Долить пикнометр кипяченой водой до метки и снова взве­
сить пикнометр с породой и водой ( <lz) (плотность воды
J i t т 1,0 г/сМ®).
7. Вылить содержимое пикнометра^ тщательно промыть его, на­
полнить водой до метки и взвесить
8 . Плотность породы
вычисляется по формуле
где
- масса пикнометра, г;
- масса пикнометра с породой, r i
масса пикнометра с породой и водой, г;
<^3 - масса пикнометра с водой, г .
Определения производят с точностью до 0^01 г/см^.
9. Плотность породы определяют несколько раз и за расчетное
- 9 -
г
------
значение apmiiiiiair? cpei^iee арифиети^ское.
Двэпшб измерений эанося? в таблицу
Результаты определения плотности горных
пород пикнометрическим методом
Ед.
Кол-во? измерений Среднее
измер. I
значение
Параметры
Масса пустого пиро­
метра
г
Масса шкнометра с
породой
г
Масса пикнометра с
породой и водой
г
9
Масса пикнометра с
водой
Ь
Плотность лородц Л
Поймечамие
г
г/см‘
Ла^бораторная
р а б о т а
2
ОПРВДЕПЕН;® ОБЪЕМНОЙ МАССЫ POPHiiX ПОРОД МЕТОДАМИ
РЕВДИС КОЛЕЦ И ГНЦРОСТАТИЧВСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ
Цель
раб о тЫ с
Определить объемную массу горных пород.
Метод режущих колец
Оборудование. Режущие кольца объемом 100 , 200 и 500 см®,
технические весы с разновесами, пластины из органического стекла.
метод ряжущих колец применяется для определения объемной мас­
сы связных и рихлых горных пород ненарушенной структуры и естест­
венной влажности*
Объемную массу определяют кольцаАйИ объемом 100, 200 и 500 см^.
Предварительно следует взвесить пустое кольцо (
) и расcu.i?aTb его объем по формуле
(2 . 1)
D __ диаметр кольца, см;
где ь>
h - высота кольца, см;
7Г - 3,14:
- 10 -
o<hieftf твердой фазы (скелета) порода, си^;
V ri • объем пор,
•
Порядок вшолнения работы
I,
IfocJie отбора монолита и зачистки породы в кольце поставь­
те его на заранее взвешенную пластину из оргстекла (масса плас­
тинки
2« Взвесьте кольцо с породой и пластинкой с точностью до
О, СГ г (
Рйюность меякду массой кольца с породой и стеклом
и массой пустого кольца со стеклом даст массу влажной породы
«14 -
- ( ‘^i. * Я^) ■ ,
3. Объемную массу влажной породы
(2 . 2 )
рассчитайте по фор­
муле
ШсА * m s
4. Определ1тто влажность породы (лабораторная .^^бона f 9) и
rto формуле рассчитайте объемную массу скелета породы
J ^ ck.
♦ o .o i V j
''
При недостатке времени значения влажности задаются преподавате­
лем на основе 1тредварительных опытов.
5,
По результатам определений вычислите среднее ариф«втичвс-*
кое с TOtiHOCTbu до 0,01 г/см^. Расхождение между параллельными
определениями не'долзшо превышать 0,03 г/см®.
Результаты измерений занесите в табл. I.
II -
I , Результат определения объёмной массы горных пород
методом рещуцих колец
а
s4
i-
I.
Ui
5
6
хо
S
^
а:
S
“I
§
l i
ЛК
1
8 8
Л
|S
|S lan
Is I I I
gi
У
J x
I
,
1
2
3
CP.
Метод гидростатического взвешивания (парафинирования)
Иетод гидростатического взвешивания применяется для определе­
ния о^м н ой массы глинистых, скальных и полускальных горных пород
на образцах любого размера и формы.
Оборудование. Технические весы с противовесом, котелок с паpa<f*iHOM, сосуд с водой, ^мльтровальная бумага, иглы, нить шелко­
вая или хлопчатобумажная.
Порядок выполнения работы
L Отобрать образец исследуемой пород|л объёмом не менее 30 см®
и взвесить с точностью до 0,01 г ( (Jr ).
2,
Обвязать образец тонкой йитью, оставив свободный конец
длиной I5-f20 см, и на 142 с погрузить образец в расплавленный иарафин. На образце формируется парафиновый слой толыциной 0,541 мм.
- 12 -
Тешпература парафина должна быть бО^бО^С. Если в парафиновом слое
встречаются пуэьфьки воздуха» их прокалывают нагретой иглой и
заравнивают края отверстий.
3« Взвесить эапараф 1нир0ванный образец на Boajoiyxe ( ^ i)*
4. Определить объём napajftna
где
- плотность парафина ij^y. * 0 ,6 7 г/см®).
5. Взвесить образец в воде (
)• Для взвешивания левая
чашка технических весов заменяется гирькой с крючком ('противове­
сом)» на который подвешивается запарафинирован^шй образец.
Последний полностью погрузит^в сосуд с водой* который подставля­
ется под коромысло весов.
6 . Высушить образец (фильтровальной бумагой, произвести конт­
рольное взвешивание на воздухе (
)♦ чтобы установить, не прюникла ли вода в образец.
Допускается увеличение массы образца не более чем на 0,2 г .
Если увеличение массы больше, определение объёмной массы произ­
водится на другом образце.
7. Объём парафинированного образца определяем по формуле
V
где
(2 .6 )
- плотность вода.
8 . Определить о(Ь>ём образца по формуле
(2.7)
\о
“ Vff.o ~ Чпар
9. Определить оФьёмную массу образца по Формуле .
P ~ 3L -
. 1 ... - ________ 9:_________ _
- 13 -
(2 . 8 )
где
f
• масса образца порода» г;
месса ааяара^мрозаиного об]>ааца на воэдухе»
2 « масса aanapaifiniMpoBaHHOro образца в воде» г;
10 . Данн|{а измерений аанеста в габд.2 .
2 * Результаш опредемния обыЬмой массы горных
пород методом гидростатического взвешивания
Парамепры
ЕД*
измерения
Масса образ­
ца
^
г
tfacca образ*
ца, покрытого
парафином
г
Масса образца,
покрытого па­
рафином в в о ^
г
Объём napai|«нированного
образца Yno
см^
Объем пара­
фина
Vna/>
см®
Объём образца
см®
Объёмная MaccS
образца JЭ
г/см®
Кол*во изменений Средд1ее
значение
I
Примеча*
. ние
• 14 -
, , . _ J
Л а б о р а т о р н а я
р а б о т а
Ш3
ОПРдаБНИЕ КОЭФЩИЕНТА ПОРИСТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
Цель работы. Уяснить аМзи^юскую сущность одного из парапетров гор«ьк^
- тториг-^ость, а также определить пористость и
коэффи1д!ен^т^исследуеиого обрадца породы методоы наещения.
Оборудование: стаканчик объёмом 50см^» воронка, бюретка,
лине йка•
Сушествует несколько способов определения пористости горных
пород:
!• Расчётным путём
Зная объёмную массу
и плогность
породы, можно опре­
делить коэффициент пористости Кп , используя формулу
J^O
2. Определение пористости песко» методом насыщения
Порядок выполнения работы
I* Сухой гтстый стаканчик (объёмом 50 см® для песков |«хлого
сложения и 260 см'"^ для песков плотного сложения) наполнить исследуемш песком. Наполнение производить небольшими порциями с
утрамбовкой или через воронку, в зависимости от того, при плотном
или рыхлом сложении требуется определить пористость песка. После
наполнения подровнять поверхность песка линейкой вровень с края­
ми стаканчика.
2. При помощи б1ретки насытить песок в стаканчике водой* до
появления тонкого слоя езды на поверхности песка. Количество во­
ды, израсходованной на насыщение песка, будет соответствовать
объёму его пор Vn •
3 . Удалить песок из стаканчика и при помощи той же б!&рвтки
измерить объём пустого стаканчика, заполнив его водой, что будет
соответстювать объёму всей породы \[ q .
- 15 -
4. Рассчитать пористость по формуле
Р z ^ - iO O
) %
'3 .2 )
Vo
5, Определить коэффициент пористости, используя формулу
_ Vn
.
I u ,
3.3)
Эксперименты выполнить не менее трёх раз.
Результаты иэмерений занести в таблицу*
Результаты определения пористости и коэффициента
пористости горных пород методом насыщения
Параметры
измерений
Примеча*
Кол-во экспериментов Среднее
значение ние
1
Объём nop.Vn
(кол-во воды*
но]К^на^нес12н
цение песка)
см"
ОсЬём всей^у
порода,
Yo
кол-во вода
в пустом ста­
канчике)
Пористость ^
порода,
F
Коэффициент
пористости ^
см®
%
Д.ед«
Кп
МЕХАНИЧЕ)СКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
Общие положения
Прочностные свойства - это структурно-чувствительные свой­
ства* Они зависят от строения горной породы и связи её частиц.
- 16 -
Прочность кристаллов определяется внутримолекулярными силами взаимодействня, строением кристаллической решетки и наличием тех или
иных её де(Т«ктов. Всложных кристаллических соединениях, какими
являются горные породы» прочность зависит от молекулярных сил.
Связность пород обусловлена силами взаимного сцепления непосред­
ственно соприкасащ 1?хся между собой кристаллов. Молекулярные си­
лы сцепления в горных породах тем меньше, чем крупнее зернистость
породы* Таким образом, на прочность пород в большей степени влияет
их макростроение.
Разрушение горных пород можно представить следующим образом.
В каждой породе имеется некоторое количество микротрещин, при
нагрузке породы в вершинах трещин создаются микроконцентрации
напряжений §
. В тот момент, когда ^ превысят предел проч­
ности, в данной точке происходит микросдвиг, напряжение мгновенно
снижается и перераспределяется на другие точки, в которых, в свою
очередь, возникаю'г микросдвиги. Нарастание этого процесса приводит
к разрушению порода. Так как в горных породах прочность сцепления
между зернами ниже прочности самих зерен, линия разрыва от разру­
шающих нагрузок происходит между кристаллами. Прочность пород
зависит от пористости, зернистости, трещиноватости и от качества
цемента, скрепляющего зерна* Прочность пород определяется величи­
ной напряжений, при которых происходит их разрушение. Различают
пределы прочности на сжатие (эс^ ^ растяжение Gpucr , сдвиг
, изгиб Ou^i и т.д . При воздействии на твердое тало одно­
осных нагрузок соответствующие им п^делы прочности полностью
характеризуют способность тела выдерживать нагрузки.
Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упру­
гости G
мод)»^ Юнга) при одноосном напряженном состоянии,
модулем сдвига Ь
и коэ(№1циеитом поперечных деформаций
' коэ(М»1Цивнт Пуассона). Модуль упругости для большинства твердцх
тел равен 10^ . . . 5*10^1 Па, причем для металлов он больше, чем
для пород. Минеральный состав оказывает наибольшее влияние нв
упругие свойства для малопористых пород.
Акустические свойства горных пород достаточно полно харак­
теризуются скоростью распространения упругих волн
, удель­
ным волновым сопротивлением 2;^» Наибольший практический интерес
при исследованиях акустических свойств горных пород представляют
продольные, поперечные и поверхностные волны.
- 17 -
Л а б о р а т о р н а я
р а б о т а
Ш4
ОИРВДСДВНИВ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
МЕТОДОМ ТОЛЧЕНИЯ
Цель работа. Определить динамическую прочность
горных
пород,иироко применяемую при исследовании процессов разрушении,
;1робления« измельчения, бурения, транспортирования, резания, вск­
рытия, драгирования и экскавации.
Теоретическая часть
Динамическая прочность горных пород характеризует дробимость
(разрушавмость), под которой понимается удельный расход энергии
на динамическое дробление единицы объёма породы. Данный показа­
тель является обобщащим параметром многих механических свойств
породы» в TOW числе упругих, прочностных и пластических. Посколь­
ку динамическая прочность (?)актически выражает энергоемкость про­
цесса дробления породы при динамических нагрузках, то этот пока­
затель лучше всего коррелирует с динамическими параметрами пород,
чем, например, предел прочности на сжатие*
Применяемые в настояп^ее время лабораторные методы определе­
ния энергоемкости разрушения могут быть разделены по способу
приложения нагрузки на следующие группы [ по Л.И.Барону):
1) сбрасывание определенного количества испытуемого материа­
ла с заданной высоты - методы сбрасывания;
2 ) размол определенной навески испытуемой порода в барабанах
и мельницах с заданным числом оборотов - методы размола;
3) дробление породы постоянным грузом, падающим с определен­
ной высоты - методом падающего груза ^метод толчения);
4) раздавливание навески породы в замкнутом объёме методдл
раздавливания в замкнутом объёме.
В настоящей работе принят метод толчения, разработанный
М.М.Протодьяконовым.
Оборудование и материалы
I. Образцы горных пород.
- 18 -
2*
3.
4.
5.
Весы аналитические или технические и разновесы.
Трубный копер.
Объёмометр.
Сито с сетной 0,5 мм.
Краткоо описание оборудования
t
Трубный копер предназначен для размельчения испытуемых гор­
ных пород и состоит из стакана, в который закладываются куски
породы, трубы и гири массой 2,4 кг с крюком, к которому прикреп­
ляется ремень для подъёма и сбрасывания гири ^рисЛ, аК
Объёмометр предназначен для замера объёма просеянной сквозь
сито породы; состоит из корпуса и поршня с делт 1иями О . . . . 150 мм
Г
Рис.1. Схема прибора для определения динамической
прочности горных пород:
а) трубный копер; б) объёмометр;
I - стакан; 2 - труба; 2 - груз;. 4 - упор; 5 - трубка;
6 -поршень
’ Порядок выполнения работы
Метод определения динамической прочности сводится к следую­
щему:
I.
Исследуемый образец горной породы разбить на куски и
отобрать из них с размерами 1,5 . . . 2,0 см в поперечнике, для
чего использовать шаблон.
- 19 -
2* Из кусков набрать 5 проб объёмом 1 5 ... 20 см® каждая
(можно использовать весы и определить оривнтировочный объём че­
рез объ€1Л!ый вес пopoдJы).
3,. Положить пробу в стакан и собрать трубный коперРастолочь пробу десятик]^нш сбрасыванием гири.
5 ^ Тол-'чеиую nopojoy пробы ссыпать в сито и просеять.
б.
Материал» проше^рий через еито (минус 0,5 мм), высыпать
в цилиндр обьемометра.
7* Уплотнить ссыпанную в цилиндр объёмомётра породу путем
постукивания цилиндра о стол.
8 *, Опустить поршень объй|метра в цилиндр.
9. Сделать отсчет в мм по шкале на поршне оСЬ>ёмометра.
10,
Динамическая прочность исследуемой пopo^Uз^ определяется
по формуле
где П - число сбрасывания гири ( 10);
fj - высота столбика раздробленной породы, мм;
Испытания повторить для каждой пробы.
Результаты испытаний заносят в табл.1.
I . Результаты определения динамической прочности
горных пород методом толчения
Кол-во проб
I
2
3
4
5
i Среднее ПримечаtlPMMP Н
Р
ОПA
аЧСП
ПИ
rlw
Объём пробы \^см ^
4
Число сбра­
сывания гири п ~
Высота стол-1
бмка породы П^мм
Ф
1
Категория по­
роды и степе­
нь прочности
по табл. 2 .
j
1
Динамическая
прочность
породой
1
. 20 -
2. Категория пород по динамической npotwocTM
Показатель
Степень
Категория динамической динамической
гфочности
прочности
6,0 и мвнее
Мало прочные
8*16
Умеренно проч­
ные
16424
Средне про??ные
24+32
Прочные
5
32440
6
40 и более
Очень проч­
ные
Весьма проч­
ные
Л а б о р а т о р н а я
Наименование горных
пород
1фамор, песчаник, медно~цинковый к^олчедан,
днорит, кварцевый порфи­
рит, гранит, габбро, до­
ломит, сланец, хлорито­
кремнистый
Роговик, сиенит, скарнированный, кварцевый дио |т т , эпидоэит, кварцит
магнетитовый, песчаник
квашево-биотитовый, ам»Змболит, руда суль^[мд]но—
магнетитовая
Альбито^ир ороговикованный, сиенито-диорит
туфальбито(!1ф а, роговик
кварце во-биотито вый
Пкроксено-плагиоклаэо*^
вая порода, диабазовый
порфирит, адамелит-пор* “ с актинолитом, порГаббро-дйохшт, порфи­
рит ороговикованный
Диабаз ороговикован­
ный, порфирит эпидоти-
р а б о т а # 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРВДШ ПРОЧНОСТИ FOPffflX ПОРОД Ш
• ОДНООСНОМ СЖАТИИ
Цель работы. Провести испытание образца горной породы на
сжатие на прессе для определения нагрузки на образец, при которой
происход)!Т её разрушение; рассчитать предел прочности -породы на
сжатие •
Теоретическая часть
Механической прочностью твердкх горных пород называют их
- 21 -
спосое^осгь сопротивляться разрушению под действием налряхсений»
возникажщих при нагрузке.
Разли^гают механическую прочность на сжатие, растяжение, из­
гиб, срез и удар* Для инженерно-геологических целей наибольший
•практический интерес предсталяет испытание твердых пород на сжа­
тие
Прочность пород на сжатие характеризуют пределом прочности
на сжатие (5 сж или временным сопротивлением сжатию, под которш понимают величину напряжения, вызывающего разрушение образ­
ца при одноосном сжатии.
Предел прочности на сжатие определяется по формуле
СГсж =
Р /Х >
где Р - нагрузка, при которой происходит разрушение образца
испытуемой порода, Н »
2
Р л- пло(цадь первоначального поперечного сечения образца, м .
Сопротивление породы сжатию зависит от её минерального сос­
тава, текстуры, структуры, характера цемента и др. Наибольшей
прочностью характеризуются равнозернистые и малозернистые крис­
таллические породы - базальты, кварциты и др.
Различают пределы прочности при сжатии образцов:
а) в возд]ушно-сухом состоянии; б) в водонасыщенном состоянии;
в) при естественной влажности.
Предел прочности горной породы определяют путем раздавлива­
ния образцов правильной геометрической формы под прессом.
Оборудование. Гидравлический пресс, шлифовальный и камнерез­
ный станки, технические весы с разновесами, металлический уголь­
ник, штангенциркуль, стеклянные банки для насыщения.
— Подготовка образца —
I . Подготовить образцы испытуемой породы в форме кубиков
или цилиндров и отшлифовать по две параллельные плоскости {гра­
ни кубика или основания цилиндра). Шлифовка должна быть выпол­
нена тщательно.
2.
Образцы, предназначенные для испытания в возрушно-сухом
состоянии, высушить на воздухе до постоянной массы.-
- 22 -
3. Образцы, предназначенные для испытания в водонасыценном
состоянии, увлажнить и взвесить. Для этого поместить их на дао
сосуда и залить щютиллироваиной водой приблизительно на 1/3
высоты. Через 6 часов поднять уровень воды на 5
10 «ш выше
образцов. Насыщение водой производить до постоянной массы, перио­
дически взвешивая образцы {один-два раза в сутки).
4. Образцы с естественной влажностью испытывать непосредст­
венно после их изготовления.
5. Взвешивание образцов производить на технических весах с
точностью до 0,1 г.
6 . Образцы, приготовленные для испытания, тщательно осмот­
реть и описать в таблице их морфологические особенности (слоис­
тость, трещиноватость, включения и т .п .) .
7. Проверить размеры образцов, вычислить площадь поперечного
сечения каждого образца и записать в соответствуйцую графу таб­
лицы.
Проведение испытаний
I.
Испытания проводят на прессе с пределом нагружения не
менее 50 т. Между образцом и плитами пресса помещают каленые
стальные прокладки.
Zш Образец устанавливают в центре между плитами пресса. Для
того, чтобы нагрузка прикладывалась* строго по оси образца, между
ним и одной из плит пресса помещают шариковое центрирукщее
устройство.
3. Скорость нагружения должна находиться в пределах 4,9*10^.
. . . 9,8*10^ Па*с. Нагрузку повышают вплоть до разрушения образ­
ца с фиксацией максимального её значения ( Р ), т .е . в момент
разрушения.
4. Рассчитать величину предела прочности породы при одноосном
сжатии по формуле
= Р /5 я ;
10
- 23 -
Л о /б Л )
где Р - раэрр 1а1щая нш’рузка (усилив), Н ;
- площадь поперечного сечения образца* м^.
5.
В случае, если отношение высоты образца к его диаметру
oarJiH4Hoe от единицы, расчет величины прочности породы п|»1 одно­
осном сжатии рекомендуется производить по формуле
9 Р / 1Х { 7 f ' 2 d / h ) l
(6 .2 )
где
f]
- диаметр и высота образца, м.
б.
Вычислить угол сдвига ^
по формуле, замерив углы
наклона ловеркности скалывания
cL
об =
откуда
“-
>r
f/^
(5.3)
f = 90'--------г -jL
(6.4)
45
?• Испытания изучаемой породы выполнить не менее трех раз.
В. Результаты испытаний занести в таблицу.
Результаты определения предела прочности
горных пород при одноосном сжатии
Кол-во образцов Среднее Примечазначение ние
Параметры
Размер
образца: ,
- высота П м
- диаметр d м
Площадь по­
перечного W 2
сечения Рл м
Разрушающая
нагрузка р Н
Предел проч­
ности на ^
сжатие
0 ^^ Па
Угол скалы­
вания
о(/ град,
Угол сдвига^град
^ 24 -
Л а б о р а т о р н а я
работаМб
ИССЛВДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ И УПРУГИХ СВ0ЙС1В ГОРНЫХ
ПОРОД НА УЛЬШЗВУКОВОЙ УСТАНОВКЕ ’’УЗИС-ЛЭТИ»*
Цель работы. Определить скорости распространения продоль­
ных и поперечных волн церез образец горной породы; уяснить про­
цесс | 1аспространения упругих колебаний, используя закономернос­
ти и (|ормулы связи между акустическими и упругими характеристи­
ками; определить модуль Юнга, модуль сдвига и коэ(Мй!циент Пуас­
сона исследуемой породу.
Теоретическая часть
Упругие колебания - это процесс распространения в породе
знакопеременных упругих деформаций её частичек«
При прохождении упругих колебаний через массив горных по­
род могут возникнуть 3 типа волн:
1. П р о д о л ь н ы е , которые обусловлены деформациями
попеременного объемного сжатия и 1>астяжения и могут распростра­
няться в любой среде.
2 . П о п е р е ч н ы е , обусловленные распространением
переменных деформаций сдвига в среде и присущие только твердым
телам, так как в жидкостях и газах отсутствует сопротивление
сдвигу.
3. П о в е р х н о с т н ы е (релеевские), при прохождении
которых частица испытывает двойное колебание (вдоль и поперек
волны)# условия для возникновения которого имеются только на по­
верхности твердых тело
Характер распространения упругих колебаний в горных породах
определяется акустическими характеристиками пород, К ним отно­
сятся скорости распространения различных типов волн, коэФг^^циенты
поглощения и волновые сопротивления. Породы характеризуются также
различными коэффициентами отражения и преломления упругих bojw.
Согласно теории упругости продольные волны распространяются
в неорганической абсолютно упругой изотропной среде со скоростью
Т/„р , равной
l-J ^
- 25 -
' 6 . 1)
о
г
г
поперечные волны со скоростью
'6 ,2 )
‘релеевскне волны со скоростью
где
i- /
'IjO
;
^6 . 3 )
'ч7
G . .-* модуль сдвига, г/см^;
£ - модуль Юнга, г/см^;
J^. - плотность горных пород, г/см®;
J^* - коэ^х^^ициент Пуассона.
' Эти соотношения показывают максимальную скорость распрост­
ранения упругих колебаний в породах а
Связь между скоростями продольных и поперечных волн опреде­
ляется }юрмулой
.'luL .- Л
1-6.4)
Таким образом, измерив скорости прохождения продольных и
поперечных волн, можно определить величины Е* (>;
Назначение, устройство и принцип работы
ультрозвуковой установки *’УЗИС-ЛЭТ1Г
1. Установка "УЗИС-ЛЭТИ** предоазначена для измерения в ла­
бораторных условиях скорости распространения продольных и попе­
речных ультрозвуковых колебаний в образцах твердых тел.
2 . Блок-схема прибора приведена на рис Л .
3. Размер образцов иссле;оуемой горной породы^ высота не
менее 12 мм, длина и ширина не менее 15 мм.
Прибор ’ТОИС-ЛЭТИ** состоит из:
* '
I) измерительной линии W i), представляющей собой две пары ульт­
развуковых датчиков, укрепленных на металлических штативах,
в которые закладывается испытуемый образец. Одна из пар датчиков
возбуждает и принимает продо,''ьные колебания, другая - поперечные.
- 26 -
'V .
2 ) эталонной линии,' представляющей собой ванну с подвижно укрепленнши ультразвуковым датчиком и приемником, которые запол­
няются эталонной жидкостью;
3) электронного устройства, формирующего короткий импульс напря­
жения для возбуждения кварцевых пластин измерительной и эта­
лонной линий с синхронным осцилоскопом, позволяющим сравнить малыё промежутки времени прохождения ультразвука в образце и эта­
лонной жидкости.
I
РисЛ. Блок-схема прибора ”УЗИС-ЛЭТИ**
•
Измерение скоростей распрост]ранения ультразвуковых колебаний
в образцах твердых тел основано на сравнении времени распростра­
нения ультразвука в образце и в эталонной жидкосту, для которой
известна скорость распространения ультразвука Z p r •
Задающий мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы
переменной длительности. Передним (!'ронтом импульса запускается
генератор коротких импульсов, возбуждающий одновременно пьезопластины эталонной и измерительной линий. Задним (фронтом пря­
моугольного импульса запускается.жлущий мультивибратор^ (форми­
рующий отрицагэльный прямоугольный импульс» длительность которого
^ 27 ~
г
опрецеляется временем развертки луча по экрану элехтронно-лучевой Т|)убх11. 1Ьлож^ние во времени отрицательного импульса муль­
тивибратора по отношению к импульсу генератора коротких импуль­
сов определлется длительностью импульса, задающего мультивибра­
тора и регулируется ручкой "Задержка**. Это устройство позволяет
оператору просматривать импульсы с линией задержки 'ЭЛ) и ^Ш1) в
раэлмчнне отрезки времени от момента запуска генератора коротких
импульсов и с наибольшим удобством производить отсчет по экрану
прибора.
Импульсы ультразвуковых колебаний, преобразованние приёмными
пьезопластинами в электрические колебания, подаются на усилитель
прибора и набз^юдаются на электронно-лучевой трубке. Вращением
микрометрического винта эталонной линии оператор может менять
расстояние между пластинами и, следовательно, время прохождения
ультразвукового импульса через эталонную линию. При измерениях
совмещают, вращая микрометрический винт, изображения импульсов
на экране приборов, то есть делают время прохождения ультразвука
через эталонную и измерительную линии одинаковым.
Таких отсчетов делается два: первый без образца в измерите­
льной линии, второй с образцом. Разница времени прохождения уль­
тразвука в измерительной линии без образца и с образцом опреде­
ляется по длине столба жидкости, в котором время прохождения
ультразвука соответствует времени прохождения в образце. Следо­
вательно, зная длину образца с , скорость распространения
ультразвука в эталонной жидкости
и длину столба эталон­
ной жидкости Lj-r ч ь котором время прохождения ультразвука
соответствует времени прохождения ультразвука через образец,
скорость ультразвуковых колебаний определяется из формулы
6 .5 )
Последовательность выполнения работы
1.
Измерить образец горной породой с точностью до 0,1 мм и
вычислить его объём ^
по формуле
/о * где
-
-
^
t\c - геометрические размеры образца, см.
- 28 -
6 .6 )
Образец взвешивается на аналитических весах с точностью до 0,1 г«
Вычислить объёмную массу
образца по формуле
где fT/o - масса образца, г;
Vo - объём образца, см®;
Плотность образца породы J i
jq
где
j
;
j
1
j
I
I
,j ;
6.8)
- коэ^МЬициент пористости;
- объём пор исследуемого образца, см®;
объём минерального скелета, см®;
2. Произвести подготовку к включению прибора
2.1 . В измерительную линию вставляются датчики продольных
или поперечных колебаний.
2 .2 . Соединительными кабелями соединить:
- клемму "Излучатель -I " на осциллографе с верхним датчиком
на измерительной линии;
- клемму **Приёмник-1" на осциллографе с нижним датчиком на
измерительной линии;
- клемму "Излучатель II" на эталонной линии с клеммой
"Излучатель II" на осциллографе;
- клемму "Приёмник II" на эталонной линии с клеммой "Приём­
ник II" на осциллографе•
в
}
I
Д
Примечание. Если образец неправильной геометр1!ческой
(fopMH, то объёмная масса определяется методом
гидростатического взвешивания.
i
\
;
. f ( i *К„)^
определяется по формуле
2 .3 . Ручки управления на передней панели прибора установить
слецущие положения:
- "Сеть" - выключено - положение тумблера нижнее.
- "Генератор" - выключено - положение тумблера нижнее.
- "Яркость" - ручка управления повернута в крайнее левое
положение.
- "Фокус" - среднее положение,
4 2^ 4
- •Короткая • длинная",
"длинная* - положение тумблера
аоркяве.
- "Диапазон" -г 1,67
- "Усиление общее" - крайнее левое положение,
- "Усиление I" - средоев положение.
о "Задержка" • крайнее левое положение.
Ка эталонной линии
^
^
- " Вк л. " - включено
- "усиление II" - среднее
3, Произвести включение прибора
З Л . Выключатель "Сеть" ставится в положение "Вкл.", при
этом должна загореться сигнальная лампочка.
3 .2. Через 2 мин., вращая ручку "Яркость" по часовой стрел­
ке, добива1/гся появления горизонтальной светящейся линии на
экране прибора.
3.3. Вращая ручку "Фокус", добиваются наибольшей четкости
линии развертки*
4. Скорость прохождения продольных колебаний определяется
при вставленных в измерительную линию соответствующих датчиках
(замена производится при включенном генераторе).
4.1. В соприкосновение вводятся датчики измерительной линии
(без образца). Их контактные поверхности смазывают машинным мас­
лом и сжимают для получения хорошего акустического контакта меж­
ду датчиками.
4 .2 . Выключатель "Генератор" ставится в положение "Вкл.",
при этом на акране должен появиться импульс затухающих колебаний.
4.3. Вращая ручку "Усиление I" , импульс измерительной линии
доводят до величины 30+50 мм.
4.4. Вращением ручки "Мощность" оставляем на экране четко
видимыми 10415 колебаний импульса.
4.5. 1^чка "Усиление" ставится в крайнее левое положение.
4.6. Выключатель на эталонной линии ставится в положение
"Вкл." и вращением ручки "Усиление II " величина импульса эталон­
ной линии устанавливается приблизительно равной импульсу от изме­
рительной линии; вращением микрометрического винта импульс эта­
лонной линии перемещается по экрану несколько вправо от импульса
измерительной линии.
- 30 -
f
г
4.7 , Ручкой "Усиление I" величину импульса измерительной
линии делают такбй же«как и эталонной•
После операций 4.1 . . . 4.7 на экране должны быть видны два
импульса затухающих колебаний, слова - от измерительной линии
и правее его - от эталонной.
4 .6 .
Вращением микрометрического винта добиваются совмещения
эталонного импульса с измерительным.
4.9 . Включаем "короткую’* развертку.
4.10. Совмещаем первые полуволны (с левой стороны импульсов)
измерительного и эталонного импульсов уращонием микрометрического
виита и уточняем совпадение импульсов по максимальной амплитуде
третьей или четвертой полуволны ^с левой стороны) совмещенных
импульсов.
4 . 11. Производим отсчет
по шкале микрометрического винта*
4.12. Включается длинная развертка, тумблер "Короткая - Длин­
ная" - устанавливается в верхнее положение.
4.13. Между датчиками измерительной линии устанавливается
испытуемый образец, контактные поверхности которого смазываются
машинным маслом.
4.14. Вращением эталонного винтд совмещают эталонный импульс
с измерительным.
4 Л 5 . Вращением ручки "Задержка" передвигают совмещенные
импульсы к левому краю развертки.
4.16. Включают "Короткую" развертку.
4.17. Производят точное совмещение импульсов ''как указано в
4 .1 0 ).
4.18. Производят подсчет
по шкале микрометрического винта.
4.19. Вычисляют скорость прохождения продольных колебаний в
испытуемом образце по формуле
= Iгде
T /,r /( r \i- n il
?
(6.9)
L ~ длина исследуемого образца, ш ;
/7 i- первый отсчет по шкале микрометрического винта ( без
образца);
r \ i - отсчет по шкале микрометрического винта с образцами;
скоро ть распространения ультразвуковых колебаний ^
эталонной жидкости, определяемая по графику (рис. 2 )*
- 31 -
костей, имеющих различный состав
Ж Определяем скорость прохождения поперечных колебаний
.
и вводим
спирта создает идеальную среду передачи поперечных колебаний.
5 .2 . Ориентируем датчики поперечных колебаний так, чтобы совпа­
дали плоскости поляризации (совпадение плоскостей поляризации уста­
навливается вращением верхних датчиков до получения максимальной
амплитуды сигнала от измерительной линии на экране прибора),
5 .3 . Дальнейшее исследование проводим согласно пункт-ам 4.3 ..
.• 4.18. После чего выключаем прибор, устанавливая тумблер "Сеть"
в положение 'Ъыкл.*'.
5.4 . Вычисляем скорость распространения упругих коле,баний в
испытуемом образце
- 32 ^
V yгде
I ' l i r / { п 1 - n 'i)
,
(6 . 10)
^ - длина исследуемого образца, loi;
первый отсчет по шкале микрометрического винта
^ (без образца);
/4 - отсчет по шкале микрометрического винта (с образцом);
скорость распространения ультразвуковых коле.баний в
эталонной жидкости (см.4.19).
111 -
6. Коэффициент Пуассона (
) вычисляется по формуле
(Jb .
jb =
,
(6 .12)
Л
где Ay- скорость распространения продольных волн;
7^ - скорость распространения поперечных волн.
7. Модуль Юнга
вычисляется по формуле (6 .1 ).
8. Модуль сдвига О вычисляется по формуле (6.2)*
9. По ранее найденным значениям плотности породдл
и скорос­
ти распространения ультразвука
V вычисляется величина удельного волнового сопротивления для продольных Sftp
и поперечных
2^ волн
■
h
=Л
■
(б. 13)
(6.14)
10. Результаты расчетов записать в таблицу
- 33 -
„У
г
l=t
I
A
О
cs
xnHcLOOHxdaeou
XHHhddauou
xNHqifotfodu
0 /И
‘ Hifoa ХЯН
-jiOOHxdaaou qj^oodoHQ
«и 0 Ы ‘ejnatfo qif>Wow
01
engjOI.I ‘BJHa ^ir^rfOW tq
>»
внооовКц лнаипифсреом
^
o/w‘Hifoa
s
d^^uou qioodoHQ ^
woticBdpo 0 t?
а*
BhcBdpo еэр
с?
о/и *Hifоа •miro'tf ^ ^
-odu qiOodoxQ
wotTCBdpo о
a
t?
BtiGBdpo еар
D/W* •MtfH»*inSJLC C 0 d ah
HMHStmoxodu qxoodoHQ
к
к*
i
i
i
gwo ‘Btietjdpo waq^po
CO
Pf CJ.
о
о
9troQ0U ifewayCrfaL-Dopi
BtieBdpo dawoH
| ^
| ^
“ 34 ~
Л а б о р а т о р н а я
работа1^7
исслвдовАНИЕ сопротивл^мш ГОРНЫХ ПОРОД сдаш ивым
К Ш Ш НА ПРИБОРЕ П 11-30 (ПРШОР КОНСТРУКЦИИ
МАСЛОВА-ЛУРЬЕ)
Цель работы. Исследовать зависимость величины сдвигающей
Нагрузки от величины нормальной нагрузки, приложенной к образцу
несвязной горной породы в состоянии естественной влажности, т .в .
без предварительного уплотнения образцов, и уяснить физический
смысл теории прочности Мора,
Теоретическая часть
При разрушении образца горной породы в сечении среза действуют
3 .компонента напряжения; од^а нормальная и две касательных (ри сЛ ),
бн
РисЛ . Распределение напряжений, действущих в плоскости среза
Ш»и определении предела прочности породы на срез рассматривает­
ся одно касательное напряжение в нагфвлении действия силы.
Напряжения, возникаицие воечениидреза, определяются по фо%щлт:
(7.1)
Г
где
=
■
’
,7 .2 )
Я иРм - соответственно усилия, действующие на срез в
направлении нормального и касательного напряжений;
площадь минеральных зерен , попавших в сечение среза;
$л - сечение разрушения, занятое порами.
- 35-
При сдвиге несвязных горных пород кажд|Л срез дает воэможность
получить точку для построения графика предельного напряжекнса'О
состояния ланяоЯ породы*
Испытание горной породы на сопротивляемость сдвигу базируется
на теории прочности Мора, которая основана на зависимости между
касательными и нормальными напряжениями в каждой точке тела, находящегбся в сложном напряженном состоянии. В системе координат
( Gif J
) эта зависимость вьфажается кривой, огибающей семейство
кругов напряжений, которые построены для различных случаев пре­
дельного напряженного состояния испытываемого образца горной поро­
ды ( Gb*c,
1
ii
I
I? I
5 ^ .
Огибаещую кругов напряжений Мора называют паспортом прочности
горних пород. Согласно теории Мора разрушение наступает тогда,
когда либо касательные напряжения превыся’^ л и ч и н у , ограниченную
огибакщей кругов, либо нормальные растягивасщие напряжения превысят определенный предел ^при
0 )*
В простом случав аналитическая за^симость предельных касательных напряжений
О'^дармальных
выражается прямой линией
и определяется по формуле
ТГ = См • - t f r f + Г .
»
С7.3)
где tTi - предельное касательное напряжение в породе при отсутст­
вии нормальных напряжений.
Для определения касательных напряжений на приборе типа ГГП-30
пользуются (fopмyлoй
г=
g;
,
<7 . 4 )
где "f - угол внутреннего трения;
С -коэффициент сцепления;
*Gv - напряжение, действующее перпендикулярно срезу;
j/* - коэффициент внутреннего трения.
ля несвязных бесструктурных горных пород зависимость между
нормальными и касательными напряжениях!и определяется по формуле
1
I!,
- 36 -
так как силы сцепления в них ничтожны и практически ими можно
принебречь, т .е . С » 0«
На срезньк приборах испытание на срез производится для пород,
плотность которых составляет
^
г/см®.
Описание прибора ГГП-ЭО
Прибор типа ГГП-ЗО позволяет осуществить сдвиг путем приложения
к срезыващему устройству независимого (шешнего) сдвигающего уси*^
лил. Прибор устроен по принципу одноплоскостного сдвига. При этом
плоскость сдвига не является строго фиксированной, что достигается
особым устройством срезывателя.,
А^редварительное уплотнение образцов может осуществляться как
в самом приборе, так и в специальных подготовительных ваннах*
Прибор ГГП-30 состоит из следующих основных узлов;
1) рабочего столкка ;
2 ) срезывающего устройства, включающего верхнюю (подвижную)
и нижнюю .фиксированную) гильзу;
3) горизонтальной тяги, позволяющей создать касательное
напряжение в плоскости среза;
4) вертикальной тяги, создающей нормальное к плоскости^рев^^
напряжение в образце;
5) датчика деформции часового типа, позволяющего определить
момент разрушения образца.
Порядок выполнения работы
Сопротивление]горной породы сдвигу определяется в состоянии
естественной влажности, т .е . без предварительного уплотнения об­
разцов,
1. Прибор устанавливается в горизонтальное положение.
2 . Собирается срезыватель прибора* Для этого верхнюю обойму
ставят на нижнюю , а установочные винты ввинчивают так, чтобы
мвж^]у обоймами не оставалось зазора.
3. Верхнее кольцо внутренней разъёмной гильзы помещают в
рхнюю обойму срезывателя. В нижнюю обойму срезывателя укладываетпористый вкладыш и нижнее кольцо разъёмной гильзы.
4. ПодвижнБтй диск нижней обоймы срезывателя завинчивается
такого положения, при котором нижний перфорировш4ный вкладьйн
^ 37 -
аани тет 1/4 высоты нмжнего кольца гильзы.
6.
В ссбраиЯый прибор закладывается горная порода, имеющая
ест ествекнJ с влажность.
6.
Поверзсность покрывается а[^ильтрационной бумагой, а на нее
укладывается верхний перфорированный вкладап*
После зарядки срезывателя на верхний вкладуда накладывается
штамп^ при этом необходимо, чтобы штамп^ жестко скрепленный с
коромыслом рамы, входил в обойму срезывателя без перекосов и
эахлинивакия.
V 8 . К верхней обойме срезывателя прикладывают вертикальную
нагрузку. Груэ, который необходимо положить на подвеску скользя­
щего рычага, определяется по формуле
где
П:.'
Р« - заданное давление, Па;
$ - площадь образца, м^;
- вес рамы, Н;
- передаточное число рычага*
9. После приложения вертикальной нагрузки присоединяется
трос рычага, передающего горизонтальное усилие к верхней обойме
срезывателя.
10. Для замера горизонтальных деформаций в держателе укреп­
ляют индикатор деформаций часового типа.
11. Между верхней и нижней обоймами срезывателя устанавливает­
ся зазор путем одновременного вращения установочных винтов.
Величина зазора должна быть 0 ,5 ,..1 мм. После установления зазора
винты, соединяюцие обоймы, вывинчивают до тех пор, пока они не
выйдут из своих гнезд в кронштейнах.
12. Прикладывая груз к подвеске рычага, производят сдвиг, соз­
дающий касательное напряжение в плоскости среза. Груз, создающий
сдвигаюцее усилив, прикладывают ступенями от 100,..150 до 1000 г
зависимости от величины вертикального давления) до тех пор.
пока нфудет замечен неравномерный (скачкообразный ) характер
затухания деформаций сдвига. После чего величину ступеней сдви­
гающего усилия уменьшают в 2 раза.
13. Сдвиг образца считают наступившим, если без увеличения
нагрузки происходит непрерывное возрастание скорости деформации
- 38 -
V '
сдвига. Сдвигамцее усилив рассчитывается по формуле
Тп где
0^- f / S .
, .
(V.V)
Q/» - вес груза на подвеске, Н;
f
- передаточное число рычага;
- площадь поперечного сечения образца, м^.
14.
Определяется кoэdfф^циeнт сдвига
из соотношения между
нормальными и горизонтальными давлениями на образец в момент сдвига
(7.8)
где
Г г - горизонтальное давление на образец в момент сдвига, Па;
- соответствующее нормальное давление, Йа.
15.
Графо-аналитическим способом определяются коэффициенты
внутреннего трения и сцепления грунта G^. Для этого в системе пря­
моугольных координат по оси абсцисс откладывают значения вертикаль­
ных давлений
, а по оси ординат - значения сдвигающих уси­
лий, соответствующие моменту сдвига. Через полученные точки
провести некоторую среднюю прямую до пересечения с осью ординат*
Отрезок, отсекаемый прямой, на оси ординат выражает величину
сцепления С^. Тангес угла наклона полученной прямой с осью абсцисс
есть тангенс угла внутреннего трения
Y или коэффициент внут­
реннего трения при сдвиге (см.рис*2 )о
^
ОЛ
Вертикальное давление Р, МПа
Рис*2. График зависимости сдвигающего усилия от вертикальной
нагрузки
Все измерения и вычисления заносятся в таблицу
- 39 -
Рвзуяьтаты исследовани^^оэпротивления горных
пород сдвиговш усилиям
Вертикальные
нагрузки при
сдвиге
Горизонтальные
усилия
Показатели сил
трения и сцепления
о
В»
Ц с?
со
11
sa°-
Ы,s®
до
•<Dсб
«а O'
яССж
О V*7 О ct
Л а б о р а т о р н а я
р а б о т а
^ 0>
«ч о
о t.;
c? C«L, О
с OS-^\
t4(U(
■ъ X t
1^8
ОПРЬдаЛЕНШ УГЛА ВШТЕНН11Г0 ТРЕНИЯ НЕСВЯЗНЫХ (СЫПУЧИХ)
ГРУНТОВ по УГЛУ ЕСТЕСТВЕННОГО OIKOCA
Цель работы. Ознакомиться с методом определения угла естествен­
ного откоса при исследовании рыхлых сыпучих песков на прибореУО
усовераенствованной консгрукоии.
Общие сведе-ния
«г
Изучение сопротивления Грунтов сдвигающим усилиям, возникаю­
щим в результате воздействия различных инженерных сооружений,
имеет большое значение для правильного расчета устойчивости осно­
ваний» оценки устойчивости откосов, расчета давления грунтов на
под^юрные стенкй и для других инженерных расчетов.
Для приближенного определения величины угла внутреннего
трения сыпучих грунтов (чистых песков) применяется способ опреде­
ления сопротивления сдвигу поуглу естественного откоса.
Углом естественного откоса
называют угол, при котором
нау1фепленный откос печаного грунта сохраняет равновесие или
угол, под которым располагаетсй свободно насыпаемый песок. ,
Угол естественного откоса определяют в воздушно-сухом состоянии
на приборе УО.
- 40 -
Оборудование. Прибор УО усовершенствованной конструкции, секундо­
мер, линейка.
Описание прибора
Прибор ^см.рисунок) состоит из прямоугольной банки I и вклады­
ша 2 , внутренняя часть которого разделена перегохюдками 3 на три
части. Вкладьш! имеет ручку 4, Банка и вкладыш изготоЬленЧ^з проз­
рачного органического стекла. На боковых сторонах и задаей стенке
вкладьпиа нанесена угловая сетка со шкалой 5.
Вкладыш помещается внутри банки на осьб, которая установлена
в отверстиях боковых стенок и жестко закреплена посредством гаек 7.
Вкладыш может поворачиваться внутри банки на угол 45® и удерживать­
ся в таком положении упорами 8 .
Порядок выполнения работы
1. Вынуть окладам из банки и поставить его на ровную поверхность.
2. Насыпать испытуемый грунт в три части вкладыша*
3. Придать песку ровную горизонтальную поверхность и удалить избы­
ток песка с помощью линейки.
4. Осторожно поставить вкладап с грунтом внутрь банки так* чтобы
ось вошла в пазы, смонтированные в основании боковых стенок вкладьлпа. При этом ручка вкладыша должна упираться на за д 1юю стенку
банки.
Ь. Плавно, без толчков и сотрясений, повернуть вкладыш при помощи
ручки на угол 45® до упора. Поворот произвести за 546 с. При пово­
роте вклг^дыша часть грунте отсыплется в банку, а оставшаяся часть
образует с нижней стенкой вкладыша угол, который и является углом
естественного откоса.
6 . Определить угол откоса грунта в трех частях вкладыша по деле­
ниям, нанесенным на его боковых и зядаей стенках. Отсчет произ­
вести с точностью до I®.
7. В таблицу занести среднее из отсчетов по трем частям вклащша»,
0. Опыт повторить не менее трех раз.
Расхождение между повторными определениями не должно превышать
1®о
- 41 -
1
..'L
r -5
iJpn'lop У0 ycopepneHc-popriHHOft конструкции
для опреяелоння угла ес есгвенного откосо
ПвС1»ПННЬгу грун OPJ
I - П].ял^оу1ольиая банка;
4
-
ручка;
5
-
шксицц;
Q
•I; г
-
42
^
~
-
oct>;
, 3 7
-
го Рк '-.^;
в
-
у ' 4~ о р
Результаты определения угла откоса грунта
Исслелуемый
грунт
Угол откоса
грунта, град,
в воз;Е1ушно<-сухом состоянии
Примечание
ГИДРАВЛИЧЕСКШ!: СВОЙС'ША ГОРНЫХ пою д
Общие сведения
Под влажностью
горной
понимают степень насыщен­
ности её водой. При этом различают следующие виды и формы влаги
(по П.А.Ребиндеру для коллоид1>4ых капиллярно-пористых тел, в т .ч .
и для горных пород),
— '
^
1. Свободаая вода.
2. Влага адсорбционно-связанная (^Ьиэико-химическая связь)•
3. Влага капиллярно-связанная (физико-механическая связь),
4. Вода химически связанная.
Наиболее прочно удерживаются химически связанная конституцион­
ная вода (гидратная или кристаллогид^тная , образующаяся при наг­
реве из входящих в кристаллическую решетку гидроксильных ионов
иН“ и Н”** (например, малахит Cu2CO^(0H)2 ) и кристалй^ационная,
входящая в кристаллическую решетку в виде молекул (например, опал
Sc02^ri -Н^О).
Адсорбционно-связанная вода образуется в результате действия
молекулярного силового поля. На начальном этапе сорбции на внешних
и внутренних поверхностях породных ^частиц создается мономолекулярный слой, наиболее прочно связанный с поверхностью горной породы адсорбента; затем он сорбирует второй слой, третий и т,д#; послеД1у|ццие слои еьязаны менее прочно.
- 43
КапйJrllЛ|alO“Связанная вода образуется в микрокапидлярах при
поглошении из возлуха или непосредственном соприкосновении*
Прицзтной возникновения данной ^Ьормы связи является капиллярное
давление, обусловленное кривизной поверхности жидкости в капилля­
рах.. К этой же категории относится связь смачиванием при непос­
редственном соприкосновении с поверсностыо горной породы вследвие
действия поверхностного натяжения. Считкетсл, что в отличие от
адсорбщонно-связанной вода физико-механической связи удерживает­
ся в неопределенных соотношениях и в основной массе сохраняет свои
неходкие свойства.
Горные породы обладают ионосорбционной способностью* т .е .
избирательно адсорбируют наряду с водой ионы из насьщащего их
раствора. Адсорбцию и ионосорбцию необходимо учитывать при электрохимическюс процессах, в геотехнологии, электроразведке, элект­
роосмосе, химическом тампонаже, очистке промстоков, гидрообеспыливании и т .д .
Влажность горных пород и показатели, непосредственно связан­
ные с нею ^максимальная молекулярная влагоемкость
» полная
влагоемкость
, водоотдача, числа пластичности, набухаемости,
размокаемости, льдистость, количество незамерзшей воды и т.д.)^
оказывают исключительно большое влияние на технологию добычи и
переработки полезных ископаемых, а также на устойчивость бортов
карьеров и отвалов.
Естественной влажностью \о 4 называют все количество воды,
содержащееся в порах горной породы в условиях ео естЯвственного
залегания. Обычно горную породу, высушенную до постоянной массы
при температуре 100. оЛ50%^называют абсолютно сухой.
Различают весовую (абсолютную) и относительную влажность.
Весовая, или абсолютная влажность V ' - отношение массы, содержа­
щейся в породе воды ^^5^ к массе абсолютно сухой породы
п
\)(/=
Ш в /тс »
,
'!>
Относительная влажость, или коэФ(!ициент водонасыщения
- отношение объёма воды, содержащейся в породе Vfe * ^ объёму
V nop.
К,„ = У ь / у „ , ,
- 44 -
,
2)
-
может быть определен по формуле
Клм = [ ( < o o - p ) V - / J / P
,
(3)
где V - весовая влажность горной породы,
- плотность породы, г/сиР;
Р - пористость.
V /
/
Естественная влажность
^ ^бй “ характеристики состояния
породы*
Л а б о р а т о р н а я
р а б о т а
If 9
ОПРВДЕЛЕНШ ВЛАЖНОСта ГОРНЫХ ШРОД
ПИКНСШПУИЧЕСКИМ МЁТОДОМ
Цель работы. Определить степень насьщения горных пород водой
пикнометрическим методом.
Оборудование. Пикнометр емкостью ЮОсм®, технические весы с
разновесами, воронка.
Порядок выполнения работы
1. Пикнометр высушить и взвесить на технических весах с
точностью до 0,01 г ( 9"
2. Поместить в пикнометр навеску влажной породы не менее 50 г .
Чтобы влажный образец не потерял воду, эту операцию нужно произво­
дить быстро.
3. Взвесить пикнометр с породой ( <^i).
4. Заполнить стакан пикнометр» водой до половины и в течение
3 мин интенсивно взбалтывать для удаления пузырьков воздуха (для
песков и супесей). Для глин и суглинков содержимое пикнометра необ­
ходимо покипятить в течение 30 мин, чтобы разрушить агрегаты и
удали'1Ъ\из замкнутых пор этих грунтов.
5. Охладить пикнометр до температуры овфужаидего воздуха.
В остышшй пикнометр долить воды до метки.
6 . Пикнометр вытереть полотенцем и взвесить (масса пикнометра
- 45 -
с п-эродой и водой ^ 2).
? , Вылить содержимое пикнометра» тцательно промыть пикнометр
и нвлигь в него чистую воду до метк1!. Взвесить пикнометр с водой
1 ^з>.
Расчет влажности
Влажность грунта
у
где
J ^5 -
\(/
вычисляется по формуле
Я г, /
ь - ь
-{
(9.1)
>
плотность воддлу г/см®;
плотность породы, г/см®;
масса пикнбметра, г^
масса пикнометра с породой, г;
масса пикнометра с породой и водой, г;
масса пикнометра с водой, г .
Как тщ о из формулы ( 9 Л ) , для расчета влажности необходимо
знать плотность породы*
Ляя вычисления влажности по формуле f 9. I ) можно принять сле­
дующие значения плотности пород:
- пески 2,66 г/см®
• супеси 2,70 г/см®
- суглинки 2,71 г/см®
- глины 2,74 г/см®
Подставляя соответствующие значения плотности в формулу ^9Л),
получаем рабочие йормулы для определения влажности;
для пескоЕ
Vt для супесей
для суглинков
V
- Ь где
-
Кз . 0,631;
для глин
где
- 46 -
« 0,635
Результаты вычислений заносят в таблицу
«^
Результаты определения вллиности горных
пород пикнометричи<;ким штодом
1 ^
I
§
I
о
о
а
М "м
at
fs
о
ё «
П ?. .
* 1
а
й ^
U
«б й
'> 2
I
I
О)
я
•0
Ч
£ '
§ '
1
>
•4
1
2
3
4
Л а б о р а т о р н а я
р а б о т а
№10
ОПРадЕЛЕНШ К0ЭФ1>ИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ нйсвязних
ПОРОД НА ПРШОРЫ КФ
ООМ
Цель работы* Определить коэффициент фильтрации и соответствукк
щую ему скорость фильтрации горной nopo^jw с нарушенной и ненару­
шенной структурами.
Теоретическая часть
Водопроницаемость пород - это способность их пропускать сквозь
себя воду«
Вода в поровых пространствах может перемещаться под влиянием
следущих факторов: силы тяжести; внешнего давления; капилл|ф|-{ых
сил; адсорбционных сил, развиваицихся на поверхности раздела
твердых части^ и воды; промерзания породы; давления газов и др»
- 47 -
^Ко&(}<!ициентои1 |ильграции Кф называется скорость (фильтрации
при напорном градшенте ^ , равном единице (уравнение Дарси)
S, K f 'O
(см/с, м/ч, м/сут)
(ЮЛ) J
Для определения коэффициента фильтрации существуют следующие
методы:
I» Полевые опытные определения с помощью откачек или полива;
2 . Непосредсгвенное лабораторное определение Кф в приборах;
3. Косвенное определение
путем вычисления по данным
механических анализов и пористости грунта*
Полевые опытные работы дают общую характеристику водопроницае­
мости породы массива.
Лабораторные определения коэффициента фильтрации характеризуют
водопроницаемость отдельных точек водоносного слоя. Г^и этом
более близкую к естественным условиям картину дает опре^.елен1тв
на образцах с ненарушенной структурой с последукщей статической
обработкой данных по определенному количеству образцов.
Приборы и оборудование
!• Прибор КФ-ООМ или трубка СПЕЦГЕО.
2ш Термометр.
3* Образец горной породы.
4, Секундомер.
^
Конструкция прибора КФ-ООМ
Прибор КФ-ООМ (см.рисунок) состоит из фильтрационной трубки
и специального винтового телескопического приспособления, поз­
воляющего насыщать грунт и регулировать напор воды#
Фильтрационная трубка состоит из основного металлического
цилиндра с заостренными 1фаями; основания, надеваемого на нижнюю
часть цилиндра* и латунной сетки. На верхнюю часть цилиндра наде­
вается муфгга с латунной сеткой и стеклянный мерный цилиндр, на
одной сто{Юне которого нанесена шкйлд.
На планке телескопического приспособления нанесены деления
напорного градиента от О до I с ценой деления 0 , 02.
4в -
I - стеклянный баллон; 2 - муфта; 3 - /^атунная сетка;
4 - цилиндр; 5 - дно; 6 - латунная сетка; 7 - винт;
8 - подставка; 9 - планка с делениями напорного градиента;
10 - корпус; II - крышка
- 49 -
иодгстовка прибора к работе и порядок работы
1. Взять цилиндр и простым насыпанием грунта наполнить его
ЛО иео&содимой высоты (это делается при рыхлом его сложении )•
При максимально плотном сложек»1И наполнение грунта aeiiy? слоями
по Г42см с легкой трамбовкой* Для каждого случая производить
определение о(5ъёмной массы грунта.
Если требуется определить коо()^циент Фильтрации с ненарушен­
ной структурой, то с цилиндра снять дио и цилиндр в вертикальном
положении задавить непосредственно в грунт.
2 . После заполнения цилиндра грунтом в корпус налить воды и
вращением вш та поднять подставку до совмещения отметки на планке
напорного градиента
с верхним краем крышки прибора.
3. На по.цставку установить (1)ильтраци0нную трубку с испытывае­
мым грунтом. Вращением винта медленно погрузить трубку с грунтом
в воду до OTMBTKif напорного градиента Э * 0 ,8 . В таком положении
оставить прибор до момента появления влаги в верхнем торце цилин­
дра» о чем судят по изменившемуся цвету грунта.
4. Поместить на грунт латунную сетку, надеть на трубку м^'^^ту
и вращением винта опустить трубку в крайнее нижнее положение.
5. Заполнить мерный баллон ведой, предварительно измерив её
температуру, зажать
отверстие большим пальцем и, быстро опро­
кинув. вставить в муфту фильтрационной трубки так, чгобн горлышко
баллона соприкасалось с .латунной сеткой.^В^таком виде мерный
баллон автоматически поддерживает над грунтом постоянный уровень
воды (1*2 мм). Как только этот уровень вследствие просачивания
воду через грунт понизится, в мерный баллон прорывается пузырек
воздуха и соответствумцее количество ро ды вытекает из него. Этим
достигается постоянство напорюго градиента. Если в мерный баллон
прорываются крупные пузыри возд^тса, это свидетельствует о том,
что горлышко баллона отстоит на значительном расстоянии от повер­
хности rj^HTa. В этом случае необходимо баллон опустить на 1+2 мм
и добиться того, чтобы в него равномерно поднимались мелкие пу­
зырьки воздуха.
6 . После этого установить плднку на градиент О * 0,6 и долить
воду в корпус до верхнего края. Отметить по шкале уровень воды
в мерном баллоне, включить секундомер и по истечении определен­
ного времени (ЬО 4 100 с для среднезернистых грунтов, 250 + 500 с
- для глинистых песков) заметить второй уровень воды в мерном
• 50
Г1аллоне. Разность отсчетов дает возможность определить расход
поды Q , аро^льтровавщейся через грунт за время t
. Для
получения средней величины коэффициента фильтрации повторить
замеры расхода боды при различных положениях уровня вод^ы в мерном
Паллоне за время i .
7,
Установить напорный градиент
Э « 0 ,8 , снять мерный бал*
лон, наполнить его водой и вновь вставить его в муфту, далее пос­
тупают как в пункте 6 . Так производят определение коэффициента
для любого напорного градиента . Для Э *= ItO телескопическим
приспособлением можно не пользоваться, тогда фильтрационную труб­
ку устанавливают на любую ровную поверхность.
6.
По данным опыта производят расчет коэффициента фильтрации
иа выражения
' Q ^ ( i '$ Т
где
С
(м/сут) ;
( 10 . 2 )
- расхсд вода, мм;
р - площадь поперечного сечения цилиндра, см^ ( /5 * 25 см^);
i О Тп Т" 664 -
время, с;
напорный градиент;
температурная поправка ( Тп « 0,7 -f 0,03 Т®С) 5
температура воды, ^С;
переводной коэффициент м/с - м/сут;
9. По форм5/ле ( ЮЛ) определить скорость ^льтрации.
Опыт повторяется не менее трех раз, данные налюдений заносятся
и таблицу.
Результаты определения коэффициента Фильтрации
несвязных горных пород
Описание Номер Время фильтрации Объём Напорный Темпер,
грунта
опыта t » с
воды градиент воды гр.
Q ,мл
D
Кф
т, °с
i
2
3
L-.
- 5i -
список JMTSFAIIfy
1. {^вскяй B.B ., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М.:
Недра, 1984. - 359 с.
2 . CnpasotMNK (кадастр) физических свойств горных пород
/ Под ред.Н.В.Мельникова и др. - М.: Недра, 1975. - 279 с.
а . Чаповский Е .Г . Лабораторные работы по грунтоведению и
иехаиике грунтов. - М.; Недра, 1976. - 303 с.
- 52 -
Некоторые усредненные зкацения физих|еских параметров горных пород
I . Усредненные механические параметры пород и углей
Порода, уголь
•
! Е.ГПа !
I rfc»<i 1
!
О»
I
2,54
2,54
2,66
1,96
г , 65
Альбито(Т»ф
Диорит-порфирит 3,23
Известняк*
мраморизованныИ 2,71
Известняк гли­
2,70
нистый
Магнетитовая
руда богатая
3,87
Магнетитовая
руда бедная
3,24
Маргит пористый 3,56
Песчаник квар­
цевый
2,66
Порфирит диаба­
зовый
2,88
Сиент'т порфиро­
вый
2,61
Скарн пироксенэпидотовый
2,78
альбитофиро-2,66
'
'
I
МПа
сдв ИкоэЛШ1а
J _______1
Т
Алевролит
Аргиллит
Песчаник
Уголь
«бек.
’
!
30-70
0.20-0.28 70^77
45-50
с.зо
52-вО
30-70
0,09-0,13 93-120
18-25 0,14-0,16 12-24
Соколовско-Сат>бай2кий
90
0,28
73
0,24
27С
53
67
прйт)жсиис 1
&-I2
5-7
9-12
0,2-2
ГОК
12
21
'
!
!
МПа
• Угол
' Сцепление
!фицк- !внутрен- !
С,
ент
iHero тре- i
МПа
т е п о с -, ния У,
!,
23-26 6-6,3
17-23 2 ,6 -5 ,8
28-42
2-10 0 ,7 ll ,5
, !_________
27-32
30-32
23-26
5-17
35I 37
e lio
16 9,7
41 2С
29
35
3
14
5
X
. 21
30
85
107
-
65
0,22
Ш
ю
26
6,1
36
46
70
0,36
274
23
45
4,6
34
- 91
68
53
0,27
0,18
214
73
22
2-6
41
2 .4
7 .6
9,2
33
34
67
22
0,21
166
15
30
6 ,5
33
SO
S9
0,23
47
21
37
19,5
31
S6
61
0,30
150
20
80
I 2,'2
31
45
90
47
0,41
0,16
94
12
18 18.7
32
29
161
12
31
32
90
45
■0
9 .9
г
г . Ак^сткчесхие па|>аиетры пород
Порода
Алевролит
Базальт
Глина
Габбро
Гранит
Диорит
Известняк
Кварфчт жвлеэ истый
Мрамор
Песок
Ивсцаимти
Перидотит
Роговик
Сиенит
Скарн
Сланец
Серпентинит
Уголь
f
.г/смЗ
2,60
,м/о
.
(в скобках^)
I6I0
5400
2.66
2,00
2100
2.90
2,78
2.80
2,65
6250^3380)
4350f2260)
4580
4350
3,00
5600
4950
■ 800
2800(2100)
7000
3640
4950
6100
2250
6«Х)(3760)
1950
2.66
1.70
2.50
2,80
2,80
2,71
3,00
2.60
2.74
1,35
^ -I 0-®
кг/(м®' с) при I МГц
42
154
41
181
126
0,05Г0,08)
0.13(0,22)
119
-
■
168
142
15
71
196
102
134
183
59
175
25
0,264(1.09)
•
0,065(0,008)
*•
3. Гидфавлические свойства пород
Порода
‘
Известняки трещиноватые
Пески и супеси тонко­
зернистые
Лески мелкозернистые
и глинистые
Пески среднезернистые
Пески крупнозернистые
Песчаники на глинистом
це*1внтв
Углм бурые
Коэффициент^
водоотдачи f .
Средний коэффициент
фильтрации Кф,
м/сут
I - 5
5
10 - 15
10
15-20
20-25
25-35
5
15
30
2 -3
2 -5
3
-54-
2
»
4. Горно-технологические п«фаметры пород
Порода
Кхр
МПа
Апатит
142
Габбро
185
Гранит биотитовый 186
Джеспилит
313
Диорит-порфирит
256
Известняк мрамориз0ванный
163
Известняк пелитоМ0р(}1НЫЙ
193
Кэарцит железистый
(КМА)
280
Лабрадорит
165
Мпртитовая руда
56
Мрамор белый
95
Мрамор серый
100
Иосманик кварцитоинй слабосцементи­
рованный
170
Кпд
0,29
0,25
0,24
0,39
0,25
2,1
Я.МПа Дробимость
Vmax.CM"
8,3
3,0
1.9
2 ,4
1380
2820
2030
62^
2570
0,23
3,0
1690
4 ,Б
0.24
3,95
1340
3,9
0,38
0,25
2,5
3,36
2,14
3,0
2,88
6740
1580
380
Ш5
725
2,7
6,9
13,4
5,9
9,2
0,20
0,13
0,19
2,7
2,8
2,8
2,0
1,4
0,34
2,14
1620
8,9
Песчаник (Донбасс) 190
0,23
2,66
1830
3,8
Скарн (Тьфныауэ)
290
0,37
2,0
4944
2,7
Уртит
170
0,27
2,7
1940
2,7
-
55-
ПРИЖЖВНИЕ 2
Сервжзд некоторш анвсиствмпа единиц
намерений « «диниф систеш СИ
I . Основные единицы СИ
Фмамчесная
величина
Размерность
Длина
Масса
Ы
Время
Т
Сила электри-^
веского тока
7
Обозначение единицы Множитель
не входя^ для пере-СИ
щей в СИ вода в
систему СИ
метр« м 1сантиметр, см
килограмм грааям, г
кг
секунда,с секунда,с
ампер, А
-
Термодинами­
ческая темпе­
ратура
кельвин,К
•
Сила света
кандела,1;Ц
СВ
10-2
10-3
I
3,335 10"^
А.ед.(СГС)
1,005 КД
Дополнительные
Плоский угол
радиан,рад
1,745 Ю~2р
Телесный угол
стерадиан
ср.
1
47Гср.
-5«-
2. Основные производит единицы СИ в статике, динамике
Физическая
величина
Обоз­
наче­
ние
ё»И!бни§.д£гиэЁ9Ш^£Ш!ИШ< Множитель
В кистене СИ__
через
адрез 0^ другие k i o ^ e
ттт
Масса
т
Не входя- для п о в о д а
51"
тему“ей"'"
СИ
«WHHtw
кг
Х-Ю^кг
Ю^кг
т
Ц 2
КГС cV
m
9,8065 кг
Скорость
м/с
см/с
км/ч
Ускорение
Угловая
.скорость
м/с^
|см/с2
I'IO “V c
0,2778 м/с
r i O 'V c
рад/с
...° /с
об/с
об/ч
0,01745рад/е
6,283 рад/с
0,Ю47рад/с
Плотность
кг/м®
г/см®
I'lO^Kr/M®
ОГЬ>емная
масса
кг/м®
/см®
ГЮ^кг/м®
Уд€)льний
нос
Н/мЗ
K r.c"V 2 кгс/м^
дин/см®
9,Ю666 Н/м®
М О Н/м®
9.80665 Н/м®
• 10 Н/м®
9.80665 Па
Объемный
вес
Н/м^
Давление
Паскаль
кгс/м®
дин/см^
кгс/м^
Механическое п
‘ напряжение
Н/м^ ■
дин/см^
Сила
р
Импульс
силы
Работа,
энергия
Ньютон,
Н
м кг с
м кг с- I
Н-с
А,Е
кг с-2^ м-
кг-с -2
0,1 Па
дин
9.80665 И
1*Ю"^Н
КГС с
9.80665 Н-с
КГС
эрг
I'lO*'^ Дк
Д*
КГС'М
Н/м
кВт‘Ч
9.80666 Д*
3,6*10® Д«
Джоуль,
-
57-
СОДЁРЖАНИЁ
3
ье«дение .......................... ................... ........................... ..
Общий порядок выполнения лабораторньпс работ . . . v . . . * » » . . . * 4
Классийикация физических свойств горных п о р о д .......... .......... 5
Плотностныв свойства горных пород
Общие сведения................ .......................................... ....................... 7
Ла<5ораторная работа № I . Определение плотности
горных п ород........ .................. ......................... ................. .
9
Лабораторная работа 2« Определение объемной массы
горных пород .................... ..............
Лабораторная работа 3. Определение коэффициента
поркстости горных пород .......................... ....................................... 15
Механические свойства горных пород
Общке сиедения .................................. ......................... ............. .
16
Лабораторная работа № 4. Определение динами^есу'прочности горных пород методом толчения • • • • • • • • • • • . . . . * > Тв
Лабораторная работа № 5^ Определение предела прочности
горных пород при одноосном сжатии ......................................... * 24
Лабораторная работа №6 . Исследование акустических
и упругих свойств горных пород на ультразвуковой
установке «УЗИС-ЛЭТИ**................................ ................... ........... . 25
Лабораторная работа № 7, Исследование сопротивления
горных пород сдвиговым усилиям на приборе ГГП-30
(прибор конструкции Маслова-Лурье) .......................................... ^
Лабораторная работа № 8 , Определение угла внутреннего
трения песчан^ых грунтов по углу естественного
о т к о с е ............ ........................................... ...............
40
Гидравлические свойства горных пород
Общие сведения • • • • ...................................... ..
Лабораторная работа № 9^ Определение влажности горных
пород пикнометрическим методом ............................................. .
Лабораторная работа
10. Определение коэф(1мциента
!?»1льтрации несвязных грунтов на приборе КФ-ОШ «•••♦•,.«>.*
Список литературн .................. ..................................... ..
. 56 -
43
45
4?
52
г
г
Hj5ifjioMewHe I. Нвкогорые усредненные значения физических
параметров различных горных пород.................... 53
Приложение 2. Перевод некоторых внесисте|^ых единиц измерений
в единицы системы С И ........ ................. ................ 5б
- 59 -
Редактор Н.П.Романова
Сдамо в производство
Формат 60 X 84
8J08i90 г ;
I/I6
Бум.тип* f 2. Гарнитура литературмая
Печать офсетная. Усл.печ^л.
Уч.-иэд.л. 3,74
Тираж 100 экд.
Бесплатно Н/К
Заказ ‘♦321^
Читинский политехнический институт 672039, Чита,
ул.Алекэаводская, 30
Межвузовская типография ОмПИ
