СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОНОЛИТНЫХ ОБРАЗЦОВ
METHOD OF DEFINING ONE-PIECE SPECIMEN MECHANICAL PROPERTIES

Изобретение относится к способам определения показателей механических свойств монолитных образцов, в том числе образцов горных пород, и может быть использовано при определении сцепления образцов как из искусственных, так и природных материалов.
Известен способ определения механических свойств монолитных образцов методом нагружения сферическими инденторами (Коршунов В.А., Карташов Ю.М. Определение показателей объемной прочности образцов горных пород при их нагружении сферическими инденторами. Труды Международной конференции. Геотехника. Оценка состояния оснований и сооружений, Санкт-Петербург, 2001 г., Том 1, с.36-41). Известный способ включает отбор монолитного образца произвольной формы, нагружение монолитного образца сферическими инденторами до его разрушения, измерение величины нагрузки в момент разрушения монолитного образца, последующее измерение площади поверхности разрыва монолитного образца и определение сцепления монолитного образца.
Недостатком известного способа является невысокая точность определения сцепления, связанная с неконтролируемой скоростью нагружения образца и необходимостью дополнительного измерения площади поверхности большей из зон структурно-механических изменений под инденторами. Неконтролируемая скорость нагружения образца приводит к снижению точности измерения величины нагрузки в момент разрушения образца. Определение площади поверхности большей из зон структурно-механических изменений под инденторами представляет значительную сложность, во-первых, из-за малых размеров этих зон структурно-механических изменений. Во-вторых, определение площади производится по небольшим выемкам на двух - трех обломках образца после раскалывания. В-третьих, выемки на обломках образца имеют неудобную для измерений неправильную неплоскую форму. В результате корректно измерить нужные для определения сцепления величину нагрузки в момент разрушения образца и площадь поверхности большей из зон структурно-механических изменений под инденторами затруднительно. Указанные недостатки приводят к снижению точности определения сцепления монолитного образца.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение определения механических свойств монолитных образцов и повышение его точности.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе определения механических свойств монолитных образцов, включающем отбор монолитного образца произвольной формы, осевое нагружение монолитного образца сферическими инденторами до его разрушения, измерение величины нагрузки в момент разрушения монолитного образца, последующее измерение площади поверхности разрыва монолитного образца и определение механических свойств монолитного образца, на двух противоположных поверхностях монолитного образца, в местах предполагаемого контакта с инденторами, подготавливают параллельно расположенные друг другу площадки размером не менее 10×10 мм, последующее осевое нагружение осуществляют путем сжатия монолитного образца парой сферических инденторов, прикладывая равномерную нагрузку с постоянной скоростью нагружения, равной 0,1÷0,5 кН/с, в качестве механических свойств монолитного образца определяют сцепление монолитного образца по формуле
где
F - нагрузка в момент разрушения монолитного образца;
S - площадь поверхности разрыва монолитного образца.
При этом величину нагрузки в момент разрушения монолитного образца измеряют силоизмерителем при сжатии сферическими инденторами.
2
Данный способ реализуется следующим образом. Отбирают монолитный образец произвольной формы. Отобранный образец предварительно подготавливают, для этого на двух противоположных поверхностях монолитного образца, в местах предполагаемого контакта с инденторами, подготавливают параллельно расположенные друг другу соосные площадки размером не менее 10×10 мм. Отобранный монолитный образец устанавливают между инденторами и раскалывают его путем осевого сжатия парой сферических инденторов, прикладывая равномерную нагрузку с постоянной скоростью нагружения, равной 0,1-0,5 кН/с.Измеряют величину нагрузки F (Н) в момент разрушения монолитного образца при сжатии сферическими инденторами с помощью силоизмерителя, а также определяют величину площади поверхности разрыва монолитного образца S (мм). После чего определяют величину сцепления монолитного образца по формуле
Результаты определения сцепления для монолитных образцов песчаника щигровского горизонта Увязовского подземного хранилища газа из интервала 740-
790 м скважины №55 в соответствии с предлагаемым способом приведены в Таблице. Использовались образцы в виде дисков диаметром 30 мм, которые раскалывались при сжатии сферическими инденторами вдоль оси диска.
Установленная экспериментально скорость нагружения образцов, равная 0,1÷0,5 кН/с, оптимальна для более точного определения нагрузки F в момент разрушения образца. Увеличение скорости нагружения (более 0,5 кН/с) приводит к уменьшению точности измерения разрушающей нагрузки F. Уменьшение скорости нагружения (менее 0,1 кН/с) неоправданно увеличивает время проведения эксперимента.
При осуществлении способа проводят измерение площади поверхности разрыва монолитного образца S. При этом поверхность разрыва отобранного и подготовленного соответствующим образом образца имеет преимущественно плоскую форму (близкую к прямоугольной для подобных параллелепипеду и диску образцов), что упрощает измерение величины площади поверхности разрыва образца, и, соответственно, повышает точность ее определения.
Кроме того, в предложенном способе определения сцепления монолитного образца по сравнению с прототипом исключается необходимость дополнительного измерения площади поверхности большей из зон структурно-механических изменений под инденторами, что также повысит точность определения сцепления монолитного образца.
Использование данного изобретения позволяет упростить определение механических свойств монолитных образцов и повысить его точность.
Способ определения механических свойств монолитных образцов
Номер образца
Параметры и единицы измерения
F (H)
S (мм<sup>2</sup>)
С (МПа)
1
42
426,2
0,450
2
99
427,7
1,058
3
113
399
1,294
4
127
420,3
1,381
5
127
413,3
1,405
6
127
404,6
1,435
7
141
382,5
1,685
8
155
401,9
1,763
9
170
429
1,811
10
170
403,2
1,927
11
226
446,6
2,313
12
226
390,3
2,647
13
269
426,2
2,885
14
311
407,5
3,488