При вдавливании конического штампа с площадью торцовой поверхности 2,07·10-6 м2 в образец скальной горной породы диорит получена зависимость F - δ, характерная для пластично-хрупких горных пород (рис.2). Используемый предел нагружения - 10000 Н.
Необходимые для подсчета механических характеристик значения силы и деформации определяем из полученного графика, они равны следующим величинам:
δу°= ОД = (26·10-3/400) м = 0,065·10-3 м,
δун = ДN= (17·10-3/400) м = 0,0425·10-3 м,
δНу = ДС = (40·10-3/400) м = 0.1·10-3 м,
FA = 55·100 н,
FB = 92·100 Н.
По приведённым в методическом указании формулам определяем механические характеристики диорита:
а) по формуле (1) определяем величину условного предела текучести
Ро = 5500 Н / 2,07·10 -б м2= 2657 МПа;
б) по формуле (2) определяем твердость
Рш = 9200 Н / 2,07·10-б м2 = 4444 MПа;
в) по формуле (4) определяем жесткость
Сш = 5500 Н / 0,065·10-3 м = 8,4615·107 Н/м;
г) по формуле (6) определяем суммарную упругую деформацию
δУ =ОД + ДN= (0,065·10-3 + 0,0425·10-3) м = 0,108·10-3 м
и определяем полную работу упругого деформирования Ауш:
Ауш = Fв·δу / 2 = 9200·0,108·10-3 / 2 ≈ 0,497 Н·м;
д) заменяя кривую АВ двумя ломаными прямыми AL. и LB и используя
формулу для площади трапеции, находим энергию неупругой деформации
Ану= 0,5· (АД + LK)·ДК + 0,5·(LK + ВС)·КС ≈ 0,735 Н·м;
е) по формуле (7) определяем коэффициент пластичности Кпл
Кпл = (0,179 + 0,735)/ 0,497 ≈ 1.84;
ж) по формуле (9) определяем величину удельной контактной энергии
разрушения
А3 = (0,179 + 0,735) Н·м / 2,07·10-6 м2 ≈4,42·105(Н·м)/м2;
з) определяем работу упругого деформирования АУЕ:
АУЕ =FA·δy°/ 2 = 5500·0,065·10-3/2 ≈ 0,179 Н·м;
и) по формуле (8) определяем коэффициент пластичности Кпл*
Кпл*= 1 + 0, 735 / 0,179 = 5.106.
Величина Кпл* в 2,775 раз превосходит значение Кпл;
Полученные значения величин заносятся в первую строку таблицы 1. Аналогичным образом определяются механические характеристики и при последующих вдавливаниях штампа в образец породы. После этого определяются характеристики рассеивания экспериментально определенных величин, т.е. средние арифметические значения величин, эмпирический стандарт и коэффициент вариации. По усредненной величине твердости определяем категорию горной породы с помощью табл.2. По этой же схеме заполняется и табл.3.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Цель работы.
2. Краткие сведения о методике подготовки образцов к исследованию, о соответствии используемого штампа испытуемой горной породе.
3. Сведения о типовых диаграммах деформации горных пород.
4. Диаграмма деформации испытанного образца; вычисление механических характеристик с выводами о категории горной породы по шкале твердости и занесением результатов в табл. 1 и табл. 3.
5. Вычисление коэффициентов вариации механических характеристик.
6. Сравнение величин коэффициента пластичности Кпл* и Кпл.
7. Определение времени задержанного разрушения при фиксированной величине контактного давления; вычисление коэффициента вариации времени задержанного разрушения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Спивак Л.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин: Учебник для вузов.- 5-е изд., перераб. и доп.-М.: Недра., 1994. - 208 с..
2. Механические и абразивные свойства горных пород / Л.А.Шрейнер, О.П. Петрова, В.П. Якушев и др.; Под ред. Л.А. Шрейнера. - М: Гостоптехиздат, 1958.
3. ГОСТ 12288-66. Горные породы. Метод определения механических свойств вдавливанием пуансона.
4. Симонянц Л.Е. Разрушение горных пород и рациональная характеристика двигателей для бурения. - М.: Недра, 1965. - 228 с.
5. Рожков В.П. Пособие к лабораторным работам по теоретическим основам бурения скважин. - Томск: Изд-во ТПИ, 1975. - 146 с.
6. Механические свойства горных пород при вдавливании и их практическое использование / Под общей редакцией Л. А.Шрейнера. - М.: ВНИИОЭНГ, 1965. - 273 с.
7. Евсеев В.Д., Мавлютов М.Р. Природа остаточной деформации и механизм разрушения горных пород при вдавливании штампа. - Томск, 1996. -28 с.- Деп. в ВИНИТИ 27.09.96, N 2888-В96.
Таблица 1. Механические свойства (название породы), определенные методом Шрейнера Л.А.
| № п/п | А1у, Н·м | А2у, Н·м | Po, MПa | Pш, МПа | Ану, Н·м | Кпл*, - | Кпл, - | V, м3 | Av, (Н·м)/м3 |
| 1. 2. 3. |
Таблица 2. Классификация горных пород по величине твердости по штампу
| Группа | Категория | Твердость по штампу, МПа |
| I | <100 100-250 250-500 500 -1000 | |
| II | 1000 -1500 1500 -2000 2000 -3000 3000-4000 | |
| III | 4000 -5000 5000 -6000 6000-7000 >7000 |
Таблица 3. Характеристики задержанного разрушения (название горной породы)
| № п/п | Рк, МПа | Ро, МПа | АуЕ, Н·м | Ану, Н·м | А, Н·м | Рш, МПа | Т, С |
| 1. 2. 3. |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ВДАВЛИВАНИЯ ЖЕСТКОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ШТАМПА
Методические указания
Составитель: Виктор Дмитриевич Евсеев
Подписано к печати
Формат 60х84/16. Бумага писчая №2.
Плоская печать. Усл.печ.л. Уч.-изд.л.
Тираж 30 экз. Заказ. Цена договорная.
ИПФ ТПУ. Лицензия ЛТ № 1 от 18.07.94.
Ротапринт ТПУ. 634034, Томск, пр. Ленина, 30.