Cường độ kháng nén một trục là chỉ tiêu thường được dùng nhất khi đánh giá tính chất cơ học của đá. Cường độ kháng nén một trục xác định bằng thí nghiệm nén mẫu đá ở điều kiện một trục không nở hông. Về trị số, cường độ kháng nén được tính bằng tỷ số giữa lực nén lớn nhất làm phá huỷ mẫu Pmax và diện tích tiết diện ngang ban đầu của Ao.
Thí nghiệm nén một trục là thí nghiệm xác định cường độ của mẫu đá ở điều kiện ứng suất đơn giản. Đây là trường đặc biệt cho điều kiện ứng suất 3 trục, s1=s ; s2=s3 = 0
Từ thí nghiệm nén một trục, chúng ta thu được đường quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của mẫu đá. Đây là một trong những quan hệ quan trọng mô tả đặc điểm cơ học của đá. Từ đó quan hệ này, chúng ta có thể xác định được mô đun đàn hồi và hệ số Poisson của đá. Đây là các thông số đàn hồi được dùng để tính toán ứng suất, biến dạng của khối đá. Tuy nhiên, cường độ kháng nén một trục của mẫu đá thường không phản ánh tính chất của đá tại hiện trường do tính chất của khối đá thường bị ảnh hưởng bởi các khe nứt, đứt gãy, tính không đồng nhất của khối đá, các mặt yếu hay mặt phiến và các yếu tố khác. Kết quả thí nghiệm chủ yếu dùng cho việc phân loại và mô tả đá liền khối.
Mô tả thí nghiệm:
Mẫu đá có thường dạng hình trụ tròn, thường được chế tạo nõn khoan. Hai đầu mẫu, cũng là hai mặt tiếp xúc với tải trọng nén, nằm song song với nhau và vuông góc với trục dọc của mẫu. Hai mặt này được mài nhẵn để đảm bảo tải trọng nén được phân bố đều trên mẫu.
Tỷ số giữa chiều cao H và đường kính mẫu d thường được chọn từ 2 tới 2.5 tùy theo tiêu chuẩn, do tỷ số này có ảnh hưởng tới giá trị cường độ kháng nén của mẫu. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy, với tỷ số H/d >2 thì cường độ kháng nén của mẫu đá ít thay đổi và đáng tin cậy hơn. Đường kính mẫu thường được chọn theo tiêu chuẩn. VD: D = 47.6mm (theo ASTM D2938). Đường kính mẫu được chọn sao cho không bị ảnh hưởng bởi kích thước các hạt cấu tạo nên đá. Thường được chọn bằng 10 lần kích thước hạt lớn nhất có trong đá.
Do cường độ kháng nén có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, nên khi thí nghiêm, các đặc điểm của mẫu đá như độ ẩm, mức độ đồng nhất, đặc điểm dị hướng …nên được xác định, mô tả và ghi lại.
Mẫu đá được đặt giữa tâm các tấm đệm của máy nén. Đây là các tấm truyền tải trọng lên mẫu. Các tấm này phải được mài nhẵn mặt và một trong hai tấm phải có dạng mặt cầu hay có bộ phận định tâm đảm bảo tải trọng phân bố đều lên mặt mẫu.
Tải trọng nén được tăng liên tục với tốc độ không đổi cho tới khi mẫu phá hoại hoặc tới một mức biến dạng nào đó được định trước. Trong quá trình nén, biến dạng dọc trục và biến dạng hông của mẫu được đo và ghi lại. Tốc độ gia tải 0.5 tới 1 MPa/s.
Xác định các chỉ tiêu thí nghiệm:
Biến dạng dọc trục của mẫu được xác định theo công thức: en = Delta H/H
Biến dạng ngang của mẫu được xác định theo công thức: er = DeltaD/D
Biến dạng ngang cũng có thể được xác định bằng việc đo sự thay đổi của chu vi mẫu. Chu vi mẫu C=pi*D. Thay đổi chu vi mẫu sẽ là DeltaC = pi*DeltaD
Ứng suất nén của mẫu được xác định theo công thức:
Cường độ kháng nén một trục là giá trị ứng suất nén lớn nhất mà mẫu đá chịu được.
Quan hệ giữa ứng suất dọc trục và biến dạng thẳng đứng và biến dạng ngang có thể thiết lập theo biểu đồ như hình vẽ. Từ biểu đồ này có thể xác định mô đun đàn hồi E của đá theo các các cách khác nhau:
- Mô đun đàn hồi tiếp: Mô đun đàn hồi được xác định bằng độ dốc của đường tiếp tuyến với đường quan hệ ứng suất biến dạng dọc trục ở vị trí ứng suất nào đó, thường được chọn ở 50% cường độ kháng nén.
- Mô đun đàn hồi trung bình: được xác định bằng độ dốc trung bình của đoạn tuyến tính trên đường quan hệ ứng suất – biến dạng dọc trục.
- Mô đun đàn hồi cát tuyến: được xác định bằng độ dốc đường thẳng nối điểm ứng suất dọc trục bằng 0 tới điểm có ứng suất bằng giá trị nào đó, thường được lấy bằng 50% cường độ kháng nén.
No comments:
Post a Comment