Введение

В дорожном строительстве механические свойства горных пород напрямую влияют на долговременную безопасность и устойчивость земляных полотен, мостов, тоннелей и откосов. Среди них испытание на одноосное сжатие (UCS) является одним из наиболее фундаментальных и широко используемых лабораторных методов испытаний в механике горных пород.

Это испытание используется для определения предельной прочности горных пород на сжатие в условиях отсутствия бокового сопротивления и является важной основой для проектирования земляных полотен, анализа устойчивости откосов, классификации окружающих тоннели горных пород и оценки несущей способности фундаментов.

I. Международная система стандартов

Для обеспечения точности, сопоставимости и международного признания результатов испытаний, испытания на одноосное сжатие должны строго соответствовать основным международным стандартам, включая рекомендуемые методы испытаний горных пород, опубликованные Международным обществом механики горных пород (ISRM), стандарт ASTM D7012 Американского общества по испытанию материалов (ASTM) и стандарт ЕС EN 1926 для испытаний природного камня. Эти стандарты содержат подробные спецификации для формы и размеров образцов, плоскостности торцевой поверхности, скорости нагружения, регистрации данных и расчета результатов.

II. Принцип тестирования

Основной принцип испытания на одноосное сжатие заключается в следующем: в условиях отсутствия бокового ограничения к стандартному цилиндрическому образцу горной породы прикладывается непрерывное и равномерное сжимающее напряжение вдоль оси до разрушения образца. Максимальное осевое сжимающее напряжение, которое выдерживает образец при разрушении, является пределом прочности горной породы на одноосное сжатие (ПЗС), измеряемым в мегапаскалях (МПа).

III. Подготовка образцов и настройка оборудования

3.1 Качество подготовки образцов напрямую определяет надежность результатов испытаний. В соответствии с международными стандартами, образцы обычно имеют цилиндрическую форму и соответствуют следующим стандартным требованиям:

Диаметр: 50 мм (общепринятый стандартный размер)

Соотношение длины к диаметру (L/D): 2,0–3,0

Оба конца должны быть плоскими, гладкими и параллельными.

3.2. К основному испытательному оборудованию относятся:

Алмазный буровой станок, станок для резки камня и шлифовальный станок (оборудование для подготовки образцов горных пород);

Измерительная платформа;

Угловая линейка и увеличительное стекло (инструменты для проверки геометрии образцов);

Штангенциркуль (диапазон измерения 200 мм, разрешение 0,02 мм);

Машина для испытания прочности на одноосное сжатие (погрешность измерений ≤ ±1%);

Печь, эксикатор и оборудование для насыщения.

Недостаточная точность обработки образца может привести к концентрации напряжений, что может существенно повлиять на точность результатов испытаний.

IV. Методы измерения размеров образцов

Для точного измерения образцов используйте штангенциркуль (точность 0,1 мм):

4.1 Цилиндрический образец:

Измерьте два взаимно ортогональных диаметра на верхней и нижней поверхностях соответственно;

Рассчитайте площади поперечного сечения на обоих концах;

Примите среднее значение измерений на верхней и нижней поверхностях в качестве окончательной площади поперечного сечения А.

4.2 Образец куба:

Измерьте длины сторон верхней и нижней поверхностей соответственно;

Рассчитайте площадь опоры, взяв среднее значение длин параллельных сторон.

V. Процедура тестирования

5.1 Установка образца

Выберите испытательную машину с соответствующей грузоподъемностью и поместите образец в центр прижимной пластины:

Убедитесь, что верхняя и нижняя прижимные пластины выровнены и нагрузка не является эксцентричной;

Размер прижимной пластины не должен превышать удвоенную длину стороны образца;

Толщина прижимной пластины должна составлять 2–3 см для обеспечения равномерного распределения напряжений.

5.2 Первоначальный контакт и защита

Запустите испытательную машину, чтобы убедиться, что образец плотно и равномерно прилегает к верхней и нижней прижимным пластинам.

Установите вокруг образца защитные устройства: проволочную сетку или защитный кожух из оргстекла.

Они используются для предотвращения поломки и разбрызгивания, обеспечивая безопасность испытаний.

5.3 Процесс нагружения

Образец непрерывно нагружался со скоростью 0,5–1,0 МПа/с до разрушения.

Запишите максимальную разрушающую нагрузку P; Наблюдайте за распространением трещин и процессом разрушения; Для мягких пород соответствующим образом уменьшите скорость нагружения.

5.4. Запись о разрушениях

После испытания необходимо подробно описать следующее:

Характер разрушения (расщепление, сдвиг или раздавливание);

Характеристики распределения трещин;

Степень фрагментации и тип нестабильности.

Эта информация имеет важное значение для классификации горных пород и механического анализа.

VI. Метод расчета

Формула для расчета прочности на одноосное сжатие выглядит следующим образом:

Прочность на одноосное сжатие = P/A

Где:

Прочность на одноосное сжатие (МПа)

P: Максимальная нагрузка при разрушении (Н)

A: Площадь поперечного сечения образца (мм²)

Рекомендация: Каждое испытание должно включать не менее 3-5 образцов, а в качестве окончательного результата следует брать среднее значение.

VII. Инженерные приложения

Испытания на одноосное сжатие имеют широкое применение в дорожном и геотехническом строительстве.

При оценке материалов основания и подстилающего слоя они могут использоваться для определения соответствия породы требованиям к заполнителям или щебню;

При анализе устойчивости скальных склонов они предоставляют надежные параметры прочности для предельного равновесия или численного моделирования;

В проектировании тоннелей и подземных сооружений они являются важной основой для классификации окружающих пород и проектирования креплений;

При анализе несущей способности мостов и фундаментов они используются для оценки несущей способности скального основания.

VIII. Заключение

Испытание на одноосное сжатие является одним из наиболее фундаментальных и незаменимых методов испытаний в дорожном строительстве и механике горных пород. Строгое соблюдение международных стандартов и стандартизация подготовки образцов, измерения размеров, контроля скорости нагружения и описания режимов разрушения позволяют эффективно гарантировать точность, сопоставимость и применимость данных испытаний в инженерных целях. По мере расширения транспортной инфраструктуры в районы со сложными геологическими условиями, важность этого испытания в оценке и проектировании горных пород будет только возрастать.

IX. О нас

Мы специализируемся на исследованиях, разработке и производстве оборудования для испытаний асфальта, геотехнических и горных пород, обладая более чем 20-летним опытом работы в отрасли. Наша продукция строго соответствует международным стандартам, таким как ASTM, EN и ISRM, и мы можем предоставлять индивидуальные решения и техническую поддержку для лабораторий дорожного, железнодорожного и геотехнического строительства по всему миру.