ГОСТ 21153.8-88
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*
______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 3-93 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 5/6, 1993 год). -
.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством угольной промышленности СССР, Академией наук СССР, Министерством геологии СССР, Академией наук УССР, Академией наук Кирг. ССР, Министерством высшего и среднего специального образования СССР
ИСПОЛНИТЕЛИ
Ю.М.Карташов, Г.В.Михеев, Б.В.Матвеев, С.И.Войцеховская, В.А.Козлов, С.Е.Чирков, И.А.Соломина, В.В.Шухман, Л.Г.Медведев, Р.И.Тедер, К.А.-К.Вайтекунас, В.В.Фромм, Б.М.Усаченко, В.В.Виноградов, В.П.Чередниченко, В.А.Мансуров, В.Н.Медведев, Г.Я.Новик, И.Ю.Буров, В.Н.Морозов, В.Д.Христолюбов
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.03.88 N 546
3. Срок первой проверки - 1992 г.
Периодичность проверки - 5 лет
4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка | Номер раздела, пункта, приложения |
ГОСТ 515-77 | 1.1 |
ГОСТ 2749-77* | 2.1 |
________________ * Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: ГОСТ 3749-77. - . | |
ГОСТ 3647-80 | 2.1 |
ГОСТ 4750-79 | 2.1 |
ГОСТ 5180-84 | 1.1, 4.5 |
ГОСТ 6521-72 | 2.1 |
ГОСТ 8905-82 | 2.1 |
ГОСТ 9753-81 | 2.1 |
ГОСТ 10354-82 | 1.1 |
ГОСТ 21153.0-75 | 1.1, 2.1 |
ГОСТ 21153.2-84 | 2.1 |
ГОСТ 21153.3-85 | Приложение 2 |
ТУ 6-15-1258-80 | 2.1 |
Настоящий стандарт распространяется на твердые горные породы с пределом прочности при одноосном сжатии не менее 1 МПа и устанавливает метод определения предела их прочности при объемном сжатии цилиндрических или призматических образцов.
Метод предназначен для испытаний аналогичных по характеристикам или одинаковых объектов (породных образцов), проводимых для определения их характеристик при расчетах и проектировании горных работ, оборудования, проведении научно-исследовательских работ, а также для сравнения и оценки методов испытаний.
Стандарт не распространяется на мерзлые горные породы.
Сущность метода заключается в измерении разрушающей сжимающей силы, приложенной к торцам образца через стальные плоские плиты при боковом сжатии его гидростатическим давлением.
1. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ
Отбор проб - по ГОСТ 21153.0-75 со следующими дополнениями:
размеры и объем проб должны обеспечивать изготовление образцов необходимого размера и количества, указанного в пп.3.4 и 3.8;
допускается взамен парафинирования производить консервацию 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 породы 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. Определение влажности - по ГОСТ 5180-84.
2. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ
Для проведения испытаний применяют оборудование, инструменты и материалы по ГОСТ 21153.0-75 со следующими дополнениями:
станки обдирочно-шлифовальный любой конструкции с плоским чугунным диском, плоскошлифовальный и токарный - для подготовки 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 образец;
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 9753-88. - .
насос гидравлический любой конструкции, максимальное рабочее давление которого не менее чем на 20% превышает предельное значение гидростатического давления на боковую поверхность образца;
камеру объемного сжатия, изображенную на черт.1 или любой другой конструкции для размещения в ней образца и создания гидростатического давления на его боковые поверхности, обеспечивающую по ГОСТ 21153.2-84 соосное приложение осевой нагрузки к образцу (отклонение от соосности не более 0,5 мм) через стальные плиты;
1 - впускной вентиль; 2 - манометр; 3 - вентиль выпуска воздуха; 4 - стальные плиты; 5 - шток; 6 - крышка; 7 - корпус; 8 - сферическая пята; 9 - накидная гайка; 10 - образец; 11 - изоляция; 12 - выпускной вентиль
Черт.1
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, "Момент-1" и по ТУ 6-15-1268-80** и т.п.) - для предохранения образца от проникновения в его поры рабочей жидкости;
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 4750-89;
** Документ в информационных продуктах не содержится. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. - .
рабочую жидкость (любые технические масла, глицерин и др.);
шлифпорошок N 12-8 по ГОСТ 3647-80 - для доводки поверхности торцов образцов.
3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ
3.1. Для испытания изготовляют цилиндрические или призматические (с квадратным поперечным сечением) образцы.
3.2. Образцы выбуривают или вырезают на камнерезной машине из штуфов и кернов, их торцевые поверхности шлифуют.
3.3. Образцы из гигроскопических пород изготовляют без применения промывочной жидкости и до начала испытания хранят в эксикаторе.
3.4. Размеры образцов выбирают по табл.1.
Таблица 1
Параметр образца | Размеры при испытаниях | ||
сравнительных | массовых | ||
предпочтительные | допускаемые | ||
Диаметр (сторона квадрата), мм | 42±2 | 42±2 | От 30 до 75 включ. |
Отношение высоты к диаметру (стороне квадрата), ед. | 2,0±0,1 |
Измерения производят штангенциркулем с погрешностью не более ±0,1 мм.
Диаметр (сторону квадрата) измеряют в трех местах по высоте образца (в середине и у торцов), в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Допускается разность диаметров (сторон квадрата) по этим измерениям не более 0,5 мм. За расчетный размер принимают среднее арифметическое результатов всех измерений.
3.5. Торцевые поверхности образца должны быть плоскими, параллельными друг другу и перпендикулярными к боковой поверхности. Неплоскостность (выпуклость, вогнутость) проверяют линейкой штангенциркуля или боковой поверхностью слесарного угольника на отсутствие просвета и устраняют шлифованием.
Отклонение от параллельности измеряют индикатором, установленным на стойке, по двум взаимно перпендикулярным направлениям; 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.
3.6. Образующие боковых поверхностей образца должны быть прямолинейными по всей высоте.
Отклонение от прямолинейности контролируют линейкой штангенциркуля или боковой поверхностью слесарного угольника по образующей в четырех положениях, смещенных друг относительно друга на 90°. Допускаемое отклонение от прямолинейности - 0,5 мм.
3.7. Образцы одной выборки должны иметь одинаковые размеры. Допускаются отклонения значений диаметра (стороны квадрата) каждого образца от среднего арифметического по всем образцам выборки не более ±1 мм и высоты не более ±2 мм.
3.8. Количество образцов должно быть не менее четырех при условии обеспечения надежности результатов
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. Образец изолируют от жидкости, передающей гидростатическое давление, либо вместе с приложенными к его торцам стальными плитами (при изоляции боковых поверхностей образца и плит трубчатой резиной), либо отдельно от них сплошным покрытием образца двух-трехкратным слоем клея.
Изолированный образец устанавливают в рабочую полость камеры объемного сжатия в сборе с плитами или прокладывая их между торцами образца и опорными торцами нагрузочных элементов камеры.
4.2. Герметизируют рабочую полость камеры и подачей в нее рабочей жидкости доводят боковое давление на образец до значения, заданного условиями решаемой задачи.
4.3. Поддерживая заданное значение бокового давления с погрешностью ±5%, нагружают образец вдоль оси до разрушения равномерно со скоростью нагружения 1-5 МПа/с. Момент разрушения фиксируют по максимальному значению осевой нагрузки.
4.4. Записывают значения разрушающей силы
4.5. При необходимости определяют влажность испытанного образца. Для этого выбирают обломки образца без следов проникновения рабочей жидкости, помещают их в бюксы не позже чем через 10 мин после выполнения испытаний. Дальнейшие операции - по ГОСТ 5180-84. Влажность фиксируют в журнале испытаний.
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Предел прочности при объемном сжатии (
где
5.2. Обработку результатов испытаний
Вычисляют среднее арифметическое значение предела прочности
Определение фактической надежности
5.3. Вычисления производят:
площади поперечного сечения образца, частных и среднего арифметического значений, а также среднего квадратического отклонения предела прочности - до третьей значащей цифры;
коэффициента вариации - до целого числа.
5.4. Результаты испытаний представляют средними значениями предела прочности
5.5. Методы построения паспорта прочности горных пород и пример расчета координат точек огибающей и ее построения приведены соответственно в приложениях 2 и 3.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ, УТОЧНЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА ОБРАЗЦОВ
Значение фактической надежности
Таблица 2
Значение отношения | Надежность | ||||||||
Число образцов | |||||||||
4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
0,4 | 52 | 58 | 63 | 66 | 70 | 74 | 76 | 79 | 81 |
0,6 | 68 | 75 | 80 | 84 | 87 | 89 | 91 | 92 | 94 |
0,8 | 79 | 85 | 90 | 92 | 94 | 96 | 96 | 98 | 98 |
1,0 | 86 | 91 | 94 | 96 | 97 | 98 | 99 | 99 | 99 |
1,2 | 90 | 94 | 96 | 98 | 99 | 99 | 100 | 100 | 100 |
1,4 | 93 | 96 | 98 | 99 | 99 | 100 | 100 | 100 | 100 |
1,6 | 95 | 98 | 99 | 99 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Если определенное таким образом значение надежности
При невозможности испытания дополнительного числа образцов принимают заданное значение надежности
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное
МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ПАСПОРТА ПРОЧНОСТИ
Паспортом прочности горной породы является кривая, огибающая предельные круги напряжений Мора в координатах нормальных
На черт.2 приведены наиболее характерные круги Мора, огибающая их кривая и обозначены основные параметры, определяемые по паспорту прочности:
предельное сопротивление срезу
условное сцепление
1 - круг одноосного растяжения; 2 - круг одноосного сжатия; 3 - круг объемного сжатия; nn - касательная к огибающей в точке ее пересечения с осью
Черт.2
1. Метод построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при объемном сжатии, одноосном сжатии и растяжении
1.1. Для построения паспорта прочности используют результаты определения пределов прочности при объемном сжатии
1.2. По совокупности парных значений
1.3. К семейству полуокружностей по п.1.2 добавляют полуокружности радиусами
1.4. Проводят плавную кривую, огибающую все пять (или более) полуокружностей.
2. Метод построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при срезе со сжатием, одноосном сжатии и растяжении
2.1. По совокупности парных значений
Черт.3
2.2. К семейству точек по п.2.1 добавляют полуокружности одноосного растяжения и сжатия по п.1.3.
2.3. Проводят плавную кривую, огибающую полуокружности по п.2.2 и проходящую через точки 1, 2, 3.
3. Расчетный метод построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при одноосном сжатии и растяжении
3.1. Метод предусматривает определение координат точек огибающей расчетным путем по эмпирическому уравнению, приведенному в п.3.1.1 с использованием данных определения пределов прочности при одноосном сжатии
Метод применим в диапазоне нормальных напряжений
3.1.1. Эмпирическое уравнение огибающей предельные круги напряжений Мора (
где
Черт.4
3.2. Определение координат точек огибающей
3.2.1. Для удобства расчетов и табулирования уравнение огибающей переводят в безразмерные координаты
3.2.2. Вводят безразмерные радиусы предельных кругов Мора для одноосного растяжения
значение параметра формы огибающей
значение параметра переноса начала координат
где
Таблица 3
1,3 | 0,6751 | 1,1418 |
1,5 | 0,6567 | 1,1118 |
2,0 | 0,6138 | 0,7317 |
2,5 | 0,5704 | 0,5252 |
3,0 | 0,5253 | 0,3933 |
3,5 | 0,4784 | 0,3011 |
4,0 | 0,4308 | 0,2335 |
4,4 | 0,3936 | 0,1918 |
4,8 | 0,3584 | 0,1586 |
5,2 | 0,3262 | 0,1322 |
5,6 | 0,2972 | 0,1111 |
6,0 | 0,2717 | 0,0942 |
6,4 | 0,2493 | 0,0807 |
6,8 | 0,2297 | 0,0697 |
7,0 | 0,2208 | 0,0649 |
7,2 | 0,2123 | 0,0607 |
7,4 | 0,2047 | 0,0568 |
7,6 | 0,1974 | 0,0533 |
7,8 | 0,1906 | 0,0500 |
8,0 | 0,1841 | 0,0471 |
8,2 | 0,1781 | 0,0443 |
8,4 | 0,1724 | 0,0419 |
8,6 | 0,1670 | 0,0396 |
8,8 | 0,1619 | 0,0375 |
9,0 | 0,1573 | 0,0356 |
9,2 | 0,1526 | 0,0337 |
9,4 | 0,1483 | 0,0320 |
9,6 | 0,1442 | 0,0305 |
9,8 | 0,1403 | 0,0290 |
10,0 | 0,1366 | 0,0277 |
10,2 | 0,1331 | 0,0265 |
10,4 | 0,1298 | 0,0253 |
10,6 | 0,1266 | 0,0242 |
10,8 | 0,1235 | 0,0231 |
11,0 | 0,1206 | 0,0222 |
11,2 | 0,1178 | 0,0213 |
11,4 | 0,1152 | 0,0204 |
11,6 | 0,1126 | 0,0196 |
11,8 | 0,1102 | 0,0189 |
12,0 | 0,1079 | 0,0181 |
12,2 | 0,1056 | 0,0175 |
12,4 | 0,1035 | 0,0169 |
12,6 | 0,1014 | 0,0162 |
12,8 | 0,0994 | 0,0157 |
13,0 | 0,0975 | 0,0151 |
13,5 | 0,0930 | 0,0139 |
14,0 | 0,0889 | 0,0128 |
14,5 | 0,0851 | 0,0118 |
15,0 | 0,0816 | 0,0109 |
16,0 | 0,0754 | 0,0095 |
17,0 | 0,0701 | 0,0083 |
18,0 | 0,0654 | 0,0073 |
19,0 | 0,0614 | 0,0065 |
20,0 | 0,0578 | 0,0058 |
21,0 | 0,0546 | 0,0052 |
22,0 | 0,0517 | 0,0047 |
23,0 | 0,0491 | 0,0043 |
24,0 | 0,0467 | 0,0039 |
25,0 | 0,0446 | 0,0036 |
30,0 | 0,0363 | 0,0024 |
3.2.3. Вычисляют координаты
Значения безразмерных координат
Таблица 4
2,00 | 0,6720 |
1,80 | 0,6600 |
1,60 | 0,6450 |
1,40 | 0,6310 |
1,20 | 0,6010 |
1,00 | 0,5630 |
0,90 | 0,5400 |
0,80 | 0,5110 |
0,70 | 0,4820 |
0,60 | 0,4440 |
0,50 | 0,3990 |
0,40 | 0,3410 |
0,30 | 0,2865 |
0,20 | 0,2151 |
0,10 | 0,1294 |
0,08 | 0,1101 |
0,06 | 0,0882 |
0,05 | 0,0771 |
0,04 | 0,0653 |
0,0300 | 0,0526 |
0,0200 | 0,0388 |
0,0100 | 0,0231 |
0,0080 | 0,0196 |
0,0060 | 0,0157 |
0,0050 | 0,0137 |
0,0040 | 0,0115 |
0,0030 | 0,0094 |
0,0020 | 0,0069 |
0,0010 | 0,0041 |
0,0009 | 0,0038 |
0,0008 | 0,0035 |
0,0007 | 0,0031 |
0,0006 | 0,0028 |
0,0005 | 0,0024 |
0,0004 | 0,0020 |
0,0003 | 0,0016 |
0,0002 | 0,0012 |
0,0001 | 0,0007 |
3.2.4. Количество точек для построения огибающей должно быть не менее десяти, в том числе не менее двух точек должны иметь координаты области растяжения.
3.2.5. Результаты вычислений координат точек огибающей представляют в виде таблицы.
3.3. Построение огибающей
3.3.1. По совокупности парных значений
3.3.2. Контроль правильности расчетов и построения огибающей выполняют проведением полуокружностей радиусами
3.3.3. Пример расчета координат точек огибающей и ее построения приведен в приложении 3.
4. Определение основных параметров паспорта прочности
4.1. Предельное сопротивление срезу
4.2. Условное сцепление
4.3. Условное сцепление
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Справочное
ПРИМЕР РАСЧЕТА КООРДИНАТ ТОЧЕК ОГИБАЮЩЕЙ И ЕЕ ПОСТРОЕНИЯ
1. Для монолита мрамора определены по ГОСТ 21153.3-85, разд.4 пределы прочности при одноосном растяжении
2. Определение координат точек огибающей
Последовательно вычисляют и определяют:
отношение безразмерных радиусов
значения параметров формы огибающей
где
Вычисляют координаты
Соответствующее верхнее граничное значение
Результаты вычислений представляют в виде табл.5.
Таблица 5
0,60 | 0,4440 | 111,00 | 89,70 |
0,40 | 0,3410 | 70,40 | 68,90 |
0,30 | 0,2865 | 50,00 | 57,90 |
0,20 | 0,2151 | 30,00 | 43,50 |
0,10 | 0,1294 | 9,80 | 26,10 |
0,08 | 0,1101 | 5,80 | 22,20 |
0,06 | 0,0882 | 1,72 | 17,80 |
0,04 | 0,0653 | -2,32 | 13,20 |
0,02 | 0,0388 | -6,36 | 7,85 |
0,01 | 0,0231 | -8,38 | 4,66 |
3. Построение огибающей
3.1. По совокупности парных значений
Черт.5
4. Определение основных параметров паспорта прочности
4.1. Предельное сопротивление срезу
Угол внутреннего трения
4.2. Условное сцепление в точке 1 с координатами (43 МПа; 53 МПа) (черт.5).
Угол внутреннего трения
4.3. Условное сцепление в диапазоне нормальных напряжений от 85 до 105 МПа (точки 2, 3),
Угол внутреннего трения
Электронный текст документа
и сверен по:
М.: Издательство стандартов, 1988