Межгосударственный стандарт ГОСТ 21153.2-84 "Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии" (утв. и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по Управлению качеством продукции и стандартам от 19 июня 1984 г. N 1973)

Rocks. Methods for determination of axial compression strength

Группа А09
ОКСТУ 0709

Срок введения установлен с 1 июля 1986 г.
Взамен ГОСТ 21153.2-75

Информационные данные

1. Разработан и внесен Министерством угольной промышленности СССР

2. Утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по Управлению качеством продукции и стандартам от 19.06.84 N 1973

3. Взамен ГОСТ 21153.2-75

4. Ссылочные нормативно-технические документы

Обозначение НТД, на который дана ссылка	Номер пункта
ГОСТ 2789-73	1.2.1; 2.2.1
ГОСТ 3647-80	1.2.1
ГОСТ 5180-84	1.1.1; 1.4.3
ГОСТ 9753-88	1.2.1
ГОСТ 21153.0-75	1.1.1; 1.2.1; 2.1.1; 2.2.1
ГОСТ 28840-90	1.2.1

5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)

6. Издание (январь 2001 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в ноябре 1985 г., декабре 1990 г. (ИУС 2-86, 4-91)

Настоящий стандарт распространяется на твердые (скальные и полускальные) горные породы и устанавливает методы определения предела их 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. N 1, 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 или призматического образца через плоские стальные плиты.

1.1. Метод отбора проб

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

размеры и объем проб должны обеспечивать изготовление образцов необходимой численности, размеров и ориентировки относительно направления слоистости, указанных в пп. 1.3.4, 1.3.5, 1.3.9 и 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 х 30 х 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. Исходную влажность фиксируют в паспорте пробы.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1.2. Оборудование, инструменты и материалы

1.2.1. Для проведения испытания применяют оборудование, инструменты и материалы по ГОСТ 21153.0 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 28840 и ГОСТ 9753, 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 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 плитой;

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

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

Черт. 1

шлифпорошок N 12-8 по ГОСТ 3647 - для доводки торцов образцов.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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. N 2).

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

Таблица 1

Параметр образца	Размеры, мм, при испытаниях
	массовых		сравнительных
	предпочтительные	допускаемые
Диаметр (сторона квадрата)	42  2	От 30 до 80 включ.	42  2
	1,0; 2,0	От 0,7 до 2,0	2  0,05
Отношение высоты образца к его диаметру	1,0; 2,0	От 0,7 до 2,0	2  0,05

Измерения проводят 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. N 1, 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

Наименование допуска	Размеры допуска, мм, при испытаниях
	сравнительных	массовых
Отклонение от плоскостности	0,03	0,05
Отклонение от параллельности	0,20	0,40
Отклонение от перпендикулярности	0,50	1,00

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°.

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

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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

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

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.

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.

1.3.8-1.3.10. (Измененная редакция, Изм. N 2).

1.4. Проведение испытания образца

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

(Измененная редакция, Изм. N 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. Влажность фиксируют в журнале испытаний.

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 - разрушающая образец сила, кН;

- площадь поперечного сечения образца, см²;

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

Таблица 2а

m	0,70	0,80	0,90	1,00	1,20	1,40	1,60	1,80	2,00
	0,68	0,72	0,76	0,80	0,86	0,90	0,94	0,97	1,00

1.5.2. Обработку результатов испытания 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.

1.5.1, 1.5.2. (Измененная редакция, Изм. N 2).

1.5.3. Вычисления проводят 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, значения от 10 до 100 МПа округляют до 0,10 МПа, а значения 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.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.1. Метод отбора проб

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

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.2. Оборудование, инструменты и материалы

2.2.1. Для проведения испытания применяют оборудование, инструменты и материалы по ГОСТ 21153.0 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 торцовыми поверхностями, класс шероховатости которых не ниже 7 по ГОСТ 2789 и твердость по Роквеллу HRC 60-65 ед. Допускаемое отклонение соосности пуансонов - 0,1 мм. Допускаемое отклонение торцовых плоскостей от плоскостности и параллельности - 0,2 мм.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 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.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.3.2. Общие технологические требования к изготовлению образцов - по пп. 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 проводят 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.

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. N 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. N 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.

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

Черт. 2*

------------------------------

* Чертеж 3. (Исключен, Изм. N 1).

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

2.4.1, 2.4.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

2.4.3. Дальнейшие операции - по пп. 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 - разрушающая образец сила, кН;

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

Таблица 3

Диаметр образца (диска), мм	30	40	50	60	70	80	90	100
Условная площадь, см2:
при пуансоне диаметром 11,27 мм	1,52	1,79	2,03	2,26	2,50	2,72	2,94	3,16
при пуансоне диаметром 7,89 мм	0,90	1,06	1,23	1,39	1,56	1,72	1,89	2,05

(Измененная редакция, Изм. N 2).

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