Приложение 4. Методика производства натурных испытаний сопротивления сдвигу трещиноватых пород

Приложение 4

Методика
производства натурных испытаний сопротивления сдвигу трещиноватых пород

Натурные испытания проводятся с целью изучения сопротивления срезу анизотропного массива, сложенного скальными, полускальными и песчано-глинистыми трещиноватыми породами, и заключаются в следующем. В массиве пород оконтуривают призму таким образом, чтобы она сохраняла связь с массивом по той поверхности, по которой необходимо определить характеристики сопротивления срезу.

К этой поверхности прикладываются нормальные и касательные силы, создаваемые, как правило, гидравлическими домкратами.

Если плоскость среза в призме располагается по поверхности сплошных трещин, контактов слоев или контактов древних оползней, то в этом случае определяется сопротивляемость массива срезу по поверхностям ослабления. При расположении плоскости среза под углом к направлению трещин и другим контактам ослабления определяется сопротивляемость массива срезу вкрест слоистости и трещиноватости.

При проведении натурных испытаний применяются две схемы нагружения. Первая схема нагружения (рис. 1а) подобна схеме нагружения образцов пород при лабораторных испытаниях на "косой срез", когда нормальные и касательные напряжения на плоскости среза создаются одной силой, направленной под углом 20-45° к плоскости среза. Нагружение по этой схеме является наиболее простым и в основном применяется при испытании призм, оконтуренных на площадках или в откосах уступов карьеров.

По второй схеме (рис. 1б) нормальные и касательные напряжения создаются независимо двумя домкратами.

Испытания по этой схеме проводятся чаще в подземных выработках или шурфах, где проще осуществить нагружение призм по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

Нарезка призм в слабых породах производится вручную кайлом и специальными долотами, а в скальных и полускальных породах - пневматическими отбойными молотками, электросверлами и перфораторами.

После зачистки щелей в одну из них помещают гидродомкрат и с помощью насоса в него подают рабочую жидкость (воду или масло). Опыт считается законченным, когда давление в гидродомкрате перестает расти или начинает падать.

По окончании опыта производится зарисовка призмы, подсчитывается число структурных блоков, слагающих призму, и отбираются образцы для лабораторных опытов с целью определения прочностных характеристик в образце (куске).

Обработка результатов натурных испытаний производится в следующем порядке:

1. Тщательно замеряется поверхность среза, и определяется площадь среза.

2. Определяется угол между поверхностью среза и плоскостью нижней плиты домкрата.

3. Определяется усилие P, действующее на плоскость среза, являющееся геометрической суммой веса призмы вместе с оборудованием на ней и усилия, развиваемого домкратом:

, ;

где D - удельное давление жидкости в домкрате, определяемое по манометру, ;

S - рабочая площадь цилиндра домкрата, ;

t - коэффициент передачи давления (устанавливается при тарировке);

- вес призмы и домкрата с плитами, кг.

4. Величина сцепления массива по поверхности среза вычисляется по формуле:

,

где - угол внутреннего трения, определенный лабораторными испытаниями образцов пород с мест натурных испытаний; - угол между поверхностью среза и плоскостью нижней плиты домкрата.

В комплект оборудования для натурных испытаний входят: гидравлический домкрат с накладными стальными плитами толщиной 10-12 мм, гидравлический насос, роликовая постель, манометр и соединительная трубка высокого давления.

Гидравлический домкрат облегченной конструкции имеет следующие технические характеристики:

1.	Грузоподъемность	70 т
2.	Вес	35 кг
3.	Рабочий ход поршня	12 см
4.	Высота	20 см
5.	Диаметр поршня	28,4 см
6.	Наружный диаметр цилиндра	30 см

Ручной насос обеспечивает необходимую скорость подачи жидкости, так что продолжительность опыта может быть легко сведена до 5-10 мин.

Более детально методика проведения натурных испытаний, описание применяемой аппаратуры изложены в "Методических указаниях по производству натурных испытаний сопротивления сдвигу неоднородных, слоистых и трещиноватых пород" (Изд. ВНИМИ, 1965 г.)