Сжатие

При простых видах испытаний

Механические свойства горных пород и минералов

Неоднородность горных пород

Большинство горных пород полиминеральные, поэтому по минеральному составу они неоднородные, разнозернистые. Причем, распределение зерен в массе породы носит хаотичный характер. Распределение пор в горных породах также носит случайный характер как по размеру, так и по форме. Поры в породах могут быть как локальные, так и сообщены между собой. Следует отметить, Что по напластованию поры сообщаются лучше, чем по восстанию пластов. Установлено также, что чем глубже залегает порода, тем больше ее плотность. Уплотнение горных пород зависит и от характера складчатости и от положения на структуре - на крыльях складок породы более плотные, чем на куполе.

В результате динамических и физико-химических процессов в горных породах возникают различного рода трещины. Можно сделать вывод: горные породы неоднородны не только по степени уплотнения, но и по степени трещиноватости. Эти факты существенно влияют на поведение горных пород в процессе бурения скважин.

Неоднородность горных пород и анизотропия их свойств затрудняет правильно оценить механические процессы, приводит к упрощенной математической модели горных пород.

Механические свойства определяются различными методами, применение которых зависит от существенных признаков процесса.

Простыми видами механических испытаний горных пород и минералов называют одноосное растяжение, сжатие, а также изгиб и сдвиг.

Для качественной и количественной оценки поведения горных пород в процессе деформирования простые виды механических испытаний являются основными характеристиками. В естественных условиях деформирование горных пород осложняется многими факторами, которые практически трудно учесть. Поэтому при механических испытаниях всегда стремятся к тому, чтобы эти факторы оказывали минимальное влияние на результаты исследования горных пород.

Одним из простых видов испытаний (как мы уже отмечали) является одноосное сжатие.

Существует множество методик, по которым производятся такие испытания. Исследованию подвергаются различные формы образцов породы (прямоугольные, цилиндрические) различных размеров. В зависимости от принятой методики и условия исследования образцов различны. Однако, для сопоставимости результатов необходимо во всех случаях пользоваться единой методикой. Этим вызвана разработка методики, которая является международным стандартом. Эта методика заключается в следующем:

1. Испытанию подлежали образцы горной породы цилиндрической формы с диаметром 40 - 45 мм, с отношением длины образца к диаметру d равным .

Рис.13

Образец должен иметь шлифованные торцы с отклонением их от параллельности не более 0,05 мм. Перпендикулярность торцов к образующей должна быть в пределе ± 0,05 мм. Выпуклость торцов не должна превышать 0,003 мм.

2. Стенд для испытаний должен представлять пресс с полированными плитами. Одна из плит должна быть на полированной опоре.

3. Образец должен формироваться до разрушения со скоростью приложения нагрузки в пределах от 5 до 10 кг/см²×с.

4. Прочность образца на сжатие определяется по максимальной нагрузке

где F - начальная площадь поперечного сечения образца.

В том случае, если испытанию на сжатие будут подвергаться образцы породы нестандартных размеров, у которых отношение существенно отличается от единицы, то прочность на сжатие такого образца можно подсчитать по формуле:

где - прочность на сжатие нестандартного образца.

При деформировании образца сжатием можно определить модуль деформации на сжатие Е_сж. Для этого в процессе исследования необходимо производить дискретно или непрерывно запись нагрузки (Р) и изменение длины образца .

Модуль деформации на сжатие определяется из отношения: