ГОСТ 21153.8-88 Породы горные. Метод определения предела прочности при объемном сжатии

государственный стандарт

СОЮЗА ССР

ПОРОДЫ ГОРНЫЕ

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ
ПРИ ОБЪЕМНОМ СЖАТИИ

ГОСТ 21153.8 — 88

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

УДК 553.5:620.173:006 354 Группа А09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПОРОДЫ ГОРНЫЕ

Метод определения предела прочности
при объемном сжатии

Rocks Method for determination
of triaxial compressive strength

ОКСТУ 0709

Срок действия с 01 07 89
до 01.07.94

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на твердые горные поро-
ды с пределом прочности при одноосном сжатии не менее 1 МПа
и устанавливает метод определения предела их прочности при объ-
емном сжатии цилиндрических или призматических образцов.

Метод предназначен для испытаний аналогичных по характе-
ристикам или одинаковых объектов (породных образцов), прово-
димых для определения их характеристик при расчетах и проек-
тировании горных работ, оборудования, проведении научно-иссле-
довательских работ, а также для сравнения и оценки методов ис-
пытаний

Стандарт не распространяется на мерзлые горные породы

Сущность метода заключается в измерении разрушающей сжи-
мающей силы, приложенной к торцам образца через стальные
плоские плиты при боковом сжатии его гидростатическим давле-
нием

Отбор проб — по ГОСТ 21153 0—75 со следующими дополне-
ниями*

размеры и объем проб должны обеспечивать изготовление об-
разцов необходимого размера и количества, указанного в пп 3 4
и 3 8;

Издание официальное Перепечатка воспрещена

® Издательство стандартов, 1988

2-2142

допускается взамен парафинирования производить консерва-
цию проб негигроскопических пород битумированной бумагой по
ГОСТ 515—77, полиэтиленовой пленкой по ГОСТ 10354—82 или
другими водонепроницаемыми материалами, не вступающими во
взаимодействие с горными породами;

при отборе проб дополнительно отбирают несколько кусков по-
роды общей массой не менее 200 г для определения влажности
пробы; куски дробят и сразу же помещают в бюксы, которые для
надежной герметизации обматывают клейкой лентой. Определе-
ние влажности — по ГОСТ 5180—84.

Для проведения испытаний применяют оборудование, инстру-
менты и материалы по ГОСТ 21153.0—75 со следующими допол-
нениями:

станки обдирочно-шлифовальный любой конструкции с плоским
чугунным диском, плоскошлифовальный и токарный — для подго-
товки образцов;

машины испытательные или прессы, отвечающие требованиям
ГОСТ 8905—82 и ГОСТ 9753—81, максимальное усилие которых
не менее чем на 20% превышает предельную нагрузку на обра-
зец;

насос гидравлический любой конструкции, максимальное рабо-
чее давление которого не менее чем на 20% превышает предель-
ное значение гидростатического давления на боковую поверхность
образца;

камеру объемного сжатия, изображенную за черт. 1 или любой
другой конструкции для размещения в ней образца и создания
гидростатического давления на его боковые поверхности, обеспе-
чивающую по ГОСТ 21153.2—84 соосное приложение осевой на-
грузки к образцу (отклонение от соосности не более 0,5 мм) через
стальные плиты;

манометры образцовые по ГОСТ 6521—72;

угольник слесарный по ГОСТ 3749—77;

материал изоляционный (резина трубчатая по ГОСТ 4750—79,
клей, образующий при высыхании эластичную и прочную пленку,
устойчивую к воздействию рабочей жидкости, например, «Мо-
мент-1» и по ТУ 6—15—1268—80 и т. п.) —для предохранения об-
разца от проникновения в его поры рабочей жидкости;

рабочую жидкость (любые технические масла, глицерин и др.)*,

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

Р

1 — впускной вентиль; 2 — манометр, 3 —
вентиль выпуска воздуха; 4 — стальные
плиты; 5 — шток; 6 — крышка; ^ — кор-
пус; 8 — сферическая пята; 9 — накидная
гайка; 10— образец; И—изоляция; 12 —
выпускной вентиль

Черт. 1

Таблица I

Измерения производят штангенциркулем с погрешностью не бо-
лее ±0,1 мм.

Диаметр (сторону квадрата) измеряют в трех местах по вы-
соте образца (в середине и у торцов), в двух взаимно перпендику-
лярных направлениях. Допускается разность диаметров (сторон
квадрата) по этим измерениям не более 0,5 мм. За расчетный раз-
мер принимают среднее арифметическое результатов всех измере-
ний.

Отклонение от параллельности измеряют индикатором, уста-
новленным на стойке, по двум взаимно перпендикулярным направ-
лениям; величина его по диаметру (стороне квадрата) должна
быть не более 0,2 мм при сравнительных и 0,4 мм при массовых
испытаниях.

Отклонение от перпендикулярности контролируют слесарным
угольником на отсутствие просвета.

Отклонение от прямолинейности контролируют линейкой штан-
генциркуля или боковой поверхностью слесарного угольника по
образующей в четырех положениях, смещенных друг относитель-
но друга на 90°. Допускаемое отклонение от прямолинейности —
0,5 мм.

Изолированный образец устанавливают в рабочую полость ка-
меры объемного сжатия в сборе с плитами или прокладывая их

между торцами образца и опорными торцами нагрузочных элемен-
тов камеры.

4 5. При необходимости определяют влажность испытанного
образца. Для этого выбирают обломки образца без следов проник-
новения рабочей жидкости, помещают их в бкжсы не позже чем
через 10 мин после выполнения испытаний. Дальнейшие опера-
ции — по ГОСТ 5180—84. Влажность фиксируют в журнале испы-
таний.

5.1. Предел прочности при объемном сжатии (осж^ в мегапас-
калях при заданном значении бокового давления для каждого об-
разца вычисляют по формуле

Р

где Р — разрушающая сила, приложенная к торцам образца, кН;

S — площадь поперечного сечения образца, см2.

5 2. Обработку результатов испытаний п образцов производят
в следующем порядке.

Вычисляют среднее арифметическое значение предела прочно-
сти о сж по пробе, среднее квадратическое отклонение А и коэффи-
циент вариации V:

Определение фактической надежности а результатов испытаний
и уточнение необходимого числа образцов п для достижения за-
данной надежности производят в соответствии с приложением 1.

площади поперечного сечения образца, частных и среднего
арифметического значений, а также среднего квадратического от-
клонения предела прочности — до третьей значащей цифры;

коэффициента вариации — до целого числа.

предела прочности оСж , бокового давления р и коэффициента
вариации V.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИСПЫТАНИЯ, УТОЧНЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА ОБРАЗЦОВ

Значение фактической надежности а результатов испытания устанавливают
по табл. 2 по заданному максимальному значению относительной погрешности б
в п 3 8, вычисленному значению коэффициента вариации V и числу испытанных
образцов п.

Если определенное таким образом значение надежности а меньше задан-
ного, то испытывают дополнительное число образцов, которое устанавливают
согласно табл 2 После испытания обработку результатов по п. 5 2 повторяют
для нового числа образцов.

При невозможности испытания дополнительного числа образцов принимают
заданное значение надежности а и по табл. 2 устанавливают фактическую от-
носительную погрешность е оценки средней прочности по пробе

Таблица 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ПАСПОРТА ПРОЧНОСТИ

Паспортом прочности горной породы является кривая, огибающая предель-
ные круги напряжений Мора в координатах нормальных о и касательных т на-
пряжений. Предельный круг Мора соответствует предельному напряженному
состоянию, достигаемому при данном соотношении наибольшего amах и наи-

меньшего Отт главных нормальных напряжений, и имеет радиус R•

На черт. 2 приведены наиболее характерные круги Мора, огибающая их
кривая и обозначены основные параметры, определяемые по паспорту прочности:
предельное сопротивление срезу тс (сцепление Со) при отсутствии нормаль-
ных напряжений, т. е. о = 0 и соответствующий угол внутреннего трения ср0 (ко-
эффициент внутреннего трения tg сро) — постоянные параметры

условное сцепление С при различных напряжениях оу т и соответствующий
угол внутреннего трения <р (коэффициент внутреннего трения tg <р) ■— перемен-
ные параметры.

Черт. 2

(в пределах заданного диапазона напряжений) различных значениях бокового
давления р.

тах о—т строят семейство полуокружностей радиусами с координа-

2

тами центров

или 4; аС)к — предел прочности при одноосном сжатии по ГОСТ 21153 2—84,
разд 1 или по ГОСТ 21153 3—85, разд. 4

] 4 Проводят плавную кривую, огибающую все пять (или более) полуок-
ружностей.

21153 5—88, в координатах а—т наносят точки 1, 2 и 3, соответствующие уг-
лам 0 = 25°, 35° и 45° в соответствии с черт. 3.

Черт, 3

3.1 Метод предусматривает определение координат точек огибающей рас-
четным путем по эмпирическому уравнению, приведенному в п. 3.1.1 с исполь-
зованием данных определения пределов прочности при одноосном сжатии о< ж
по ГОСТ 21153 2—84, разд. 1 или ГОСТ 21153.3—85, разд. 4, растяжении оР пс
ГОСТ 21153 3—85, разд. 2 или 4

Метод применим в диапазоне нормальных напряжений а, не превышаю-
щих значения 1,5 аСж-

3.1. L Эмпирическое уравнение огибающей предельные круги напряжений
Мора (т) принимают в виде

где Ттах — максимальное сопротивление породы срезу (сдвигу) при гипоте-
тически полностью закрывшихся под действием нормального дав-
ления трещинах и порах в соответствии с черт. 4.
ак — нормальное напряжение относительно начала координат, перенесен-
ного в точку пересечения огибающей с осью абсцисс;
а — параметр формы огибающей кривой по я, 3,2 2.

А

Черт. 4

32 Определение координат точек огибающей
3 2 1 Для удобства расчетов и табулирования уравнение огибающей пе-
реводят в безразмерные координаты / и К, связанные соотношением

значение параметра формы огибающей

значение параметра переноса начала координат
где q2 и (Ki + qi) определяют по табл. 3 для соответствующего значения отно-
шения <72/^1 (промежуточные значения определяют интерполяцией).

Таблица 3

3w2 3 Вычисляют координаты а и т отдельных точек огибающей:

а=ак—а0=/С • а—а01

*а.

Значения безразмерных координат К и I принимают по табл 4 При этом
сначала определяют верхнее граничное значение К обратным пересчетом по ве-
личине наибольшего нормального напряжения о, которым должна быть задана,
в зависимости от решаемой задачи, верхняя граница диапазона построения пас-
порта прочности

Таблица 4

33 Построение огибающей

33 1 По совокупности парных значений сг и т в координатах а—т наносят
семейство точек, которые соединяют плавной кривой в соответствии с черт 4*
3 3 2 Контроль правильности расчетов и построения огибающей выполняют
проведением полуокружностей радиусами ар/2 и аСж/2 с координатами цент-
ров (—ар/2, 0) и (Осж/2, 0) Если расчеты и построение выполнены правиль-
но, то полуокружности должны коснуться огибающей

3 33 Пример расчета координат точек огибающей и ее построения приве-
ден в приложении 3

касательной и осью а cp — arctg .

или (ti . т2) определяют как ординату точки пересечения прямой, проведен-
ной через соответствующие точки огибающей, с осью т согласно черт 4, а со-
ответствующий угол внутреннего трения <pi_2 как угол между этой прямой и
осью о

_ т2—т,

*1-2= arctg *

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Справочное

ПРИМЕР РАСЧЕТА КООРДИНАТ ТОЧЕК ОГИБАЮЩЕЙ

И ЕЕ ПОСТРОЕНИЯ

Последовательно вычисляют и определяют.

отношение безразмерных радиусов q\ и д2 кругов Мора соответственно для
одноосного растяжения и одноосного сжатия по п 3 2 2 приложения 2

Я 2 __ асж 78,7

Я%~ * р ~ Ю,2 “ ’ '

значения параметров формы огибающей а и переноса начала координат Оо
по п 3 2 приложения 2

а0(Aj+?i)=202 *0,0517—10,4 МПа ,

где ^2 = 0,1940 и (/Сi \~Я\) = 0,0517 определяют по табл 3 приложения 2

Вычисляют координаты а, т отдельных точек огибающей по п 3 2 3 Для
этого сначала определяют верхнее граничное значение безразмерной коорди-
наты К Пусть, например, диапазон построения паспорта прочности ограничен
нормальным напряжением ст = 111 МПа Тогда верхнее граничное значение без-
размерной координаты

„ <Н-50 111+10,4

Соответствующее верхнее граничное значение / = 0,44400 по табл 4 прило-
жения 2 Остальные значения координат К и / выбирают по табл 4 непосред-
ственно ити интерполяцией по требованиям п 32 4 приложения 2
Результаты вычислении представляют в виде табл 5

Таблица 5

3 1 По совокупности парных значений о и т в координатах о—т наносят
семейство точек и соединяют их плавной кривой в соответствии с черт. 5,

т МПа

Черт, 5

4. Определение основных параметров паспорта проч-
ности

4 1 Предельное сопротивление срезу тс (сцепление Со) при отсутствии нор-
мальных напряжений Tc^Qj^IT МПа.

Угол внутреннего трения ср=49°

53—27 0 оо/

Угол внутреннего трения -<Pi—arctg——31 о .

тчЗ

4 3 Условное сцепление в диапазоне нормальных напряжений от 85 до
105 МПа (точки 2, 3), Сг^з^З! МПа Ординаты точек т2=75 МПц, т3 = 87 МПа,

87—76

105—85

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

ИСПОЛНИТЕЛИ

Ю. М. Карташов, Г. В. Михеев, Б. В. Матвеев, С. И. Войце-
ховская, В. А. Козлов, С. Е. Чирков, И. А. Соломина,
В. В. Шухман, Л. Г. Медведев, Р. И. Тедер, К. А.-К. Вайте-
кунас, В. В. Фромм, Б. М. Усаченко, В. В. Виноградов,
В. П. Чередниченко, В. А. Мансуров, В. Н. Медведев, Г. Я. Но-
вик, И. Ю. Буров, В. Н. Морозов, В. Д. Христолюбов

Периодичность проверки — 5 лет

Редактор Н. Е. Шестакова
Технический редактор Г. А. Теребиккина
Корректор В. И. Кануркина

Сде^о в наб 06 04 88 Подп в печ 06 06 8 8 1,2 3 уел и л 1,25 уел гср -отт 0,91 уч-
TiitD 4 000 Цена

Ордена «Знгк Почета» Издательство ста ндг рте в, 123840 Москва, ГСП, Новопреснеы скин пер , 3
Тип. «Московский печатник» Москва, Лялин пер.. 6. Зак. 2142