ПОРОДЫ ГОРНЫЕ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ ОДНООСНОМ СЖАТИИ

ГОСТ 21153.2-84

 

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

 

 

РАЗРАБОТАН Министерством угольной промышленности СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ

Ю.М. Карташов, Г.В. Михеев, С.И. Войцеховская, Б.В. Матвеев, М.П. Мохначев, С.Е. Чирков, И.А. Соломина, Л.Г. Медведев, Р.И. Тедер, А.К. Вайтекунас, В.В. Фромм, В.В. Виноградов, Б.М. Усаченко, Г.Т. Рубец, В.А. Мансуров, К.Т. Тажибаев, К.П. Катин, Г.М. Колесникова, Г.Я. Новик, Ю.И. Буров, В.Н. Морозов, В.Д. Христолюбов

ВНЕСЕН Министерством угольной промышленности СССР

Зам. министра Г.И. Нуждихин

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета ССССР по стандартам от 19 июня 1984 г. № 1973

 

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

 

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

 

Настоящий стандарт распространяется на твердые (скальные и полускальные) горные породы и устанавливает методы определения предела прочности при одноосном сжатии:

одноосное сжатие образцов правильной формы плоскими плитами (породы с пределом прочности при одноосном сжатии не менее 5 МПа);

разрушение образцов-плиток плоскими соосными пуансонами (породы с пределом прочности при одноосном сжатии от 10 до 150 МПа).

(Измененная редакция, Изм. № 1).

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1. МЕТОД ОДНООСНОГО СЖАТИЯ ОБРАЗЦОВ ПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ ПЛОСКИМИ ПЛИТАМИ

Метод предназначен для определения характеристик горных пород применительно к расчетам и проектированию горных работ, оборудования, проведения исследовательских и сравнительных испытаний.

Сущность метода заключается в измерении максимального значения разрушающего давления, приложенного к плоским торцам правильного цилиндрического образца через плоские стальные плиты.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.1. Метод отбора проб

1.1.1. Отбор проб - по ГОСТ 21153.0-75 со следующими дополнениями:

размеры и объем проб должны обеспечивать изготовление образцов необходимой численности, размеров и ориентировки относительно направления слоистости, указанных в п.п. 1.3.4, 1.3.5, 1.3.9, 1.3.10; допускается производить консервацию проб негигроскопических пород с заменой марли, битуминированной бумагой, полиэтиленовой пленкой или другими водонепроницаемыми материалами, не вступающими во взаимодействие с горной породой;

при отборе проб гигроскопических пород (каменные соли, аргиллиты и т.п.) дополнительно отбирают несколько кусков размером не менее 30´30´10 мм и общей массой не менее 200 г для определения исходной влажности пробы. Куски дробят до частиц размером менее 10 мм и сразу же помещают в бюксы, которые для надежной герметизации обматывают клейкой лентой. Определение влажности - по ГОСТ 5180-84. Исходную влажность фиксируют в паспорте пробы.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.2. Оборудование, инструменты и материалы

1.2.1. Для проверки испытания применяют оборудование, инструменты и материалы по ГОСТ 21153.0-75 со следующими дополнениями:

станок обдирочно-шлифовальный любой конструкции с плоским чугунным диском, вращающимся вокруг вертикальной оси, или станок плоскошлифовальный типа ЗГ710 - для изготовления образцов;

машины испытательные или прессы, отвечающие требованиям ГОСТ 8905-82 и ГОСТ 9753-88, максимальное усилие которых не менее чем на 20-30 % превышает предельную нагрузку на образец;

плиты стальные толщиной не менее 0,3 диаметра d (стороны квадрата) образца и диаметром, на 3-5 мм превышающим диаметр (диагональ квадрата ) образца, которые имеют плоскопараллельные рабочие поверхности (допускаемое отклонение от плоскостности 0,02 мм и параллельности 0,01 мм) с классом шероховатости не ниже 7 по ГОСТ 2789-73 и твердостью по Роквеллу HRC 55-60 ед., - применяют в качестве прокладок между торцами образцов и опорными плитами испытательной машины в случае, если испытательная машина оснащена верхней подвесной сферической плиткой;

устройства установочные (черт. 1), оснащенные сферическим шарниром, - применяют при отсутствии на испытательной машине верхней подвесной сферической плиты.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1 - накладная пята; 2- подкладная пята; 3 - верхняя плита;
4 - обойма; 5 - образец; 6 - нижняя плита

Черт. 1

 

шлифпорошок № 12-8 по ГОСТ 3647-80 - для доводки торцов образцов.

1.3. Подготовка к испытанию

1.3.1. Для испытания изготовляют цилиндрические или призматические (с квадратным поперечным сечением) образцы.

1.3.2. Образцы изготовляют выбуриванием или выпиливанием на камнерезной машине из штуфов и кернов, их торцевые поверхности шлифуют на шлифовальном станке.

1.3.3. Образцы из негигроскопических пород изготовляют с применением промывочной жидкости.

Образцы из гигроскопических пород изготовляют без применения промывочной жидкости и до начала испытания хранят в эксикаторе.

1.3.4. Из слоистых или с направленной трещиноватостью горных пород изготовляют образцы, одинаково ориентированные относительно направления слоистости (трещиноватости).

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.3.5. Размеры образцов должны соответствовать указанным в табл. 1.

Таблица 1

Измерения производят штангенциркулем с погрешностью ±0,1 мм. Диаметр измеряют в трех местах по высоте (в середине и у торцов) в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Допускается разность диаметров по всем измерениям не более 0,5 мм. За расчетный диаметр принимают среднее арифметическое результатов всех измерений.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.3.6. Торцевые поверхности образца должны быть плоскими, параллельными друг другу и перпендикулярными боковой поверхности в соответствии с допусками, указанными в табл. 2.

Таблица 2

Отклонение от плоскостности (выпуклость, вогнутость) и параллельности измеряют индикатором, установленным на стойке. В первом случае - по спирали с шагом 5-6 мм от края торца к его центру, во втором случае - по двум взаимно-перпендикулярным диаметрам.

Отклонение от перпендикулярности торцевых поверхностей к образующей контролируют поверочным угольником в четырех точках каждой торцевой поверхности, смещенных относительно друг друга на 90°.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.3.7. Образующие боковой поверхности образца должны быть прямолинейными по всей высоте. Допускаемое отклонение от прямолинейности 0,5 мм.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.3.8. Образцы одной выборки должны иметь одинаковые размеры. Допускаются отклонения расчетных значений диаметра d_i и высоты h_i каждого образца от их средних арифметических значений  и по всем образцам выборки:  и .

Расчетные значения диаметра и высоты образцов, а также указание их ориентировки согласно п. 1.3.4 регистрируют в журнале испытаний.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.3.9. Количество образцов при массовых испытаниях должно обеспечивать относительную погрешность результатов их испытаний не более 20 % при надежности не ниже 0,8 и быть не менее 6.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.3.10. Количество образцов при сравнительных испытаниях должно обеспечивать относительную погрешность результатов их испытаний не более 10 % при надежности не ниже 0,95 и быть не менее 10.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.4. Проведение испытания образца

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.4.1. Образец, в зависимости от наличия или отсутствия на испытательной машине подвесной сферической плиты, размещают соответственно либо только между стальными плитами, либо в установочном устройстве (см. чертеж 1), совмещая ось образца с центром нижней опорной плиты испытательной машины, нагружают равномерно до разрушения со скоростью 1-5 МПа/с.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.4.2. Записывают максимальную величину разрушающей образец силы Р в килоньютонах, зафиксированную силоизмерителем испытательной машины, с указанием отношения m = h/d для образца.

1.4.3. При необходимости определяют влажность пробы непосредственно в момент испытания. Для этого дробят обломки образцов до частиц размером менее 10 мм, помещают в бюксы и взвешивают. Дробленую породу помещают в бюксы не позже чем через 10 мин, а взвешивают не позже чем через 30 мин после выполнения испытания. Дальнейшие операции - по ГОСТ 5180-84. Влажность фиксируют в журнале испытаний.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.5. Обработка результатов

1.5.1. Значение предела прочности при одноосном сжатии () в МПа для каждого i-го образца выборки вычисляют по формуле

где Р - разрушающая образец сила, кН;

S - площадь поперечного сечения образца, см²;

К_в - берразмерный коэффициент высоты образца, равный 1,00 при отношении высоты к диаметру m = 2 ± 0,05. Для других значений отношения m коэффициент К_в устанавливают по табл. 2а.

Таблица 2а

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.5.2. Обработку результатов испытаний n образцов породы производят в следующем порядке.

Вычисляют среднее арифметическое значение предела прочности при одноосном сжатии , среднее квадратическое отклонение  и коэффициент вариации V:

;

Определение фактической надежности  результатов испытаний и уточнение необходимого числа образцов n производят согласно приложению 2.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1.5.3. Вычисления производят с точностью:

площади поперечного сечения образца - до 0,01 см², округляют - до 0,10 см²;

частных значений и среднего значения отношения m - до 0,10;

частных значений и среднего арифметического значения, а также среднего квадратического отклонения предела прочности при одноосном сжатии - до 0,01 МПа, при этом значения менее 10 МПа оставляют без изменения, значение от 10 до 100 МПа округляют до 0,10 МПа, а значение более 100 МПа - до 0,50 МПа;

значений коэффициента вариации - до 0,01.

2. МЕТОД РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ-ПЛИТОК ПЛОСКИМИ СООСНЫМИ ПУАНСОНАМИ

Метод предназначен для массовых испытаний.

Сущность метода заключается в измерении максимальной разрушающей силы, приложенной к торцам образца через стальные плоские встречно и соосно направленные пуансоны.

2.1. Метод отбора проб

2.1.1. Отбор проб - по ГОСТ 21153.0-75 со следующим дополнением: размеры и объем проб должны обеспечивать изготовление образцов необходимого размера согласно п.п. 2.3.1 и 2.3.3 и количества, указанного в п. 2.3.5.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.2. Оборудование, инструменты и материалы

2.2.1. Для проведения испытания применяют оборудование, инструменты и материалы по ГОСТ 21153.0-75 со следующим дополнением:

устройство нагрузочное (черт. 2) или любой другой конструкции, устанавливаемое на опорную плиту испытательной машины, обеспечивающее встречно-соосное приложение нагрузки к торцам образца через стальные пуансоны диаметром 11,27 _-0,011 мм (либо пуансоны диаметром 7,98 _-0,009 мм) с плоскопараллельными торцевыми поверхностями, класс шероховатости которых не ниже 7 по ГОСТ 2789-73 и твердость по Роквеллу HRC 60-65 ед.. Допускаемое отклонение соосности пуансонов - 0,1 мм. Допускаемое отклонение торцевых плоскостей от плоскостности и параллельности - 0,2 мм.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.3. Подготовка к испытанию

2.3.1. Для испытания изготовляют образцы-плитки в виде дисков. Допускается изготовлять образцы-плитки неправильного очертания в плане с необработанными боковыми поверхностями при условии, что контуры их торцов и боковых поверхностей позволяют вписать диск необходимого размера.

1 - верхний шток; 2 - образец; 3 - пуансон;
4 - вкладыш; 5 - нижний шток; 6 - корпус

Черт. 2

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.3.2. Общие технологические требования к изготовлению образцов - по п.п. 1.3.2 и 1.3.3.

2.3.3. Образцы должны иметь следующие размеры:

диаметр от 30 до 100 мм;

высота - от 10 до 12 мм (для пород с пределом прочности при одноосном сжатии не более 120 МПа) либо от 7,5 до 8,5 мм (для пород с пределом прочности при одноосном сжатии свыше 100 МПа).

Измерения производят штангенциркулем. Диаметр измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Допускаемая погрешность измерения ± 1 мм. За расчетный диаметр принимают меньший. Высоту измеряют в среднем сечении. Допускаемая погрешность измерения ± 0,1 мм.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.3.4. Торцевые поверхности образца должны быть плоскими и параллельными друг другу. Допускаемое отклонение от плоскостности 0,03 мм в пределах зоны контакта образца с пуансонами и 0,05 мм по всей поверхности. Зона контакта - круг радиусом 10 мм с центром на оси нагружения. Допускаемое отклонение от параллельности на диаметре образца - 0,1 мм.

Контроль производят в соответствии с п. 1.3.6.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.3.5. Количество образцов должно обеспечивать относительную погрешность результатов испытаний не более 30 % при надежности не ниже 0,8 и быть не менее 6.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.4. Проведение испытания

2.4.1. Образец размещают между пуансонами нагрузочного устройства (см. черт. 2), установленного в центре опорной плиты испытательной машины (пресса), совмещая центр диска с осью нагружения.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.4.2. Образец нагружают через пуансоны равномерно до разрушения со скоростью 0,1 - 0,5 кН/с.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.4.3. Дальнейшие операции - по п.п. 1.4.2 и 1.4.3.

2.5. Обработка результатов

2.5.1. Значение предела прочности при одноосном сжатии  в МПа для каждого образца вычисляют по формуле

где Р - разрушающая образец сила, кН;

S_у - условная площадь поперечного сечения образца, см², выбираемая по табл. 3.

Таблица 3

Примечание. Условная площадь поперечного сечения образца получена экспериментально и в неявной форме отражает зависимость между пределом прочности породы при одноосном сжатии и прочностью породы в условиях всестороннего сжатия в объеме, заключенном непосредственно между пуансонами и окружающей этот объем породной матрицей.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.5.2. Обработка результатов испытания образцов и точность вычислений - в соответствии с п.п. 1.5.2 и 1.5.3.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

(Отменено, Изм. № 2).

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ, УТОЧНЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА ОБРАЗЦОВ

Значение фактической надежности  результатов испытания устанавливают по таблице по заданному максимальному значению относительной погрешности  (см. п.п. 1.3.9, 1.3.10, 2.3.5), вычисленному значению коэффициента вариации V и числу испытанных образцов n.

Если определенное таким образом значение надежности  меньше заданного, то испытывают дополнительное число образцов, которое устанавливают по таблице. После испытания обработку результатов (см. п. 1.5.2.) повторяют для нового числа образцов.

При невозможности испытания дополнительного числа образцов принимают заданное значение надежности  и по таблице устанавливают фактическую относительную погрешность  оценки средней прочности по пробе.