Nghiên cứu tính dị hướng độ bền của than thông qua thí nghiệm nén một trục

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thí nghiệm nén một trục đối với hai tổ hợp mẫu than bùn có góc dị hướng α = 00 và α = 900 . Kết quả cho thấy, đường cong ứng suất - biến dạng trong cả hai trường hợp nói trên đều có thể phân thành bốn vùng: Nén ép, đàn hồi, dẻo và phá hủy.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính dị hướng độ bền của than thông qua thí nghiệm nén một trụcTrường Đại học VinhTạp chí khoa học, Tập 46, Số 4A (2017), tr. 71-80NGHIÊN CỨU TÍNH DỊ HƯỚNG ĐỘ BỀN CỦA THANTHÔNG QUA THÍ NGHIỆM NÉN MỘT TRỤCChu Việt ThứcTrường Đại học Điện lựcNgày nhận bài 06/12/2017, ngày nhận đăng 15/3/2018Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thí nghiệm nén một trục đối với haitổ hợp mẫu than bùn có góc dị hướng α = 00 và α = 900. Kết quả cho thấy, đường congứng suất - biến dạng trong cả hai trường hợp nói trên đều có thể phân thành bốn vùng:Nén ép, đàn hồi, dẻo và phá hủy. Tính dị hướng thể hiện tương đối rõ rệt, nhưng tổ hợpmẫu có góc dị hướng α = 00 tính dị hướng thể hiện rõ rệt hơn. Biến dạng đặc trưng đềuthuộc trạng thái phá hủy dòn, mặt vỡ các mẫu có góc dị hướng α = 900 chủ yếu thuộcloại phá hủy cắt, còn mặt vỡ các mẫu có góc dị hướng α = 00 chủ yếu thuộc loại pháhủy tách.1. Đặt vấn đềKhối đá là một không gian địa chất có kích thước đủ lớn có thể chứa đựng, đặtnền móng của các công trình xây dựng… tuy nhiên, do kích thước không gian lớn và dođặc điểm của quá trình thành tạo nên tính không đồng nhất về cấu trúc là không thể tránhkhỏi, đặc biệt là đá trầm tích.Thực tế quá trình thi công các công trình ngầm ở độ sâu lớn thường gặp phải đátrầm tích có các hệ mặt yếu đặc trưng như mặt phân lớp, mặt phân phiến hoặc các vết nứtvĩ mô, các đới phá hủy hoặc các phay phá đứt gãy [1, 2]. Than chính là đá trầm tích đượchình thành do sự lắng đọng từ mảnh vụn hoặc các chất hữu cơ do đó than có tính phânlớp rất rõ rệt, các mặt phân lớp trong than là ranh giới phân chia các lớp đá trầm tích cóthành phần sinh - hóa hoặc tuổi hình thành khác nhau. Đến nay, việc nghiên cứu tính chấtcơ học của than thông qua thí nghiệm nén một trục đã được một số nhà khoa học tiếnhành nghiên cứu: A. M. Hirt và A. Shakoor thông qua thí nghiệm nén một trục đối vớicác mẫu than cho rằng cường độ kháng nén bình quân tại các vỉa và các mỏ khác nhauđều có sự khác nhau, hoặc trong cùng một vỉa nhưng tính dị hướng cũng rất khác nhau[3]; Liu Baochen, B. Huang và cộng sự nghiên cứu về hiệu ứng của kích thước, cườngđộ kháng nén đối với các mẫu than và đá [4, 5]; Zhao Yangfeng nghiên cứu về quy luậttác động của điện tích trong than [6]; Yin Guangzhi nghiên cứu về quy luật sóng âm, môtả diễn biến quá trình tổn thất của than đá [7]; C. Wang nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệtđộ đến tính chất cơ học của than nguyên khối có chứa gas [8]…Các nghiên cứu đối với than đến nay là tương đối phong phú, tuy vậy chủ yếuđược thực hiện trên các mẫu đúc sẵn từ bột than mà ít có các nghiên cứu trên thannguyên khối; vẫn còn một số phương diện chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ, đặcbiệt là ảnh hưởng của tính dị hướng đến các tính chất cơ học của than. Trong bài báo này,tác giả thông qua thí nghiệm nén một trục để nghiên cứu và đánh giá sự dị hướng độ bềncủa than nhằm bổ sung thêm về lý luận cơ học đá nói chung, tính chất cơ học của than,đặc biệt than bị phân lớp ở độ sâu lớn nói riêng.Email: thucviet@yahoo.com71C. V. Thức / Nghiên cứu tính dị hướng độ bền của than thông qua thí nghiệm nén một trục2. Điều kiện thí nghiệm2.1. Lựa chọn và gia công mẫuThan dùng trong thí nghiệm được lấy từ vỉa có độ sâu -880 m thuộc mỏ HoàiNam, tỉnh An Huy, Trung Quốc, sau đó được bảo quản ở nhiệt độ phòng, đảm bảo khôráo rồi mới được gia công để tạo thành mẫu. Quá trình gia công mẫu phải được làm hếtsức tỉ mỉ, tuân thủ quy trình gia công, chế tạo mẫu thí nghiệm [9]. Đầu tiên, dùng cưa tạocác mặt song song và vuông góc với mặt phân lớp, tiếp đó mài nhẵn, đánh bóng, sau đódùng khoan ZS-100 khoan vuông góc và song song (00 và 900) với mặt phân lớp để lấylõi khoan. Kiểm tra lại góc tạo bởi trụ mẫu và mặt phân lớp, sau đó tiến hành cắt và màinhẵn lại toàn bộ các mẫu một lần nữa để đảm bảo mẫu có kích thước đồng đều theo tiêuchuẩn: ϕ50mm x 100mm. Số lượng mẫu cần gia công cho mỗi loại (một tổ hợp) là 5mẫu, sau gia công xong được đánh dấu quy ước cho mỗi nhóm mẫu để tránh nhầm lẫn(hình 1.(a)).(a)(b)Hình 1: (a) - Mẫu thí nghiệm và phần thừa sau gia công, (b) - Máy RMT-150C2.2. Thiết bị thí nghiệmCác thí nghiệm đều được thực hiện trên máy RMT - 150C tại Phòng thí nghiệmtrọng điểm quốc gia thuộc Viện Cơ học đất đá, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc,Phân viện Vũ Hán (hình 1.(b)).3. Thí nghiệm nén một trục với than có góc dị hướng khác nhau3.1. Phương pháp thí nghiệmTrong quá trình thí nghiệm, luôn để máy ở chế độ vận hành khống chế chuyển vịdọc trục, tốc độ gia tải là 0,01 mm/s. Thí nghiệm được thực hiện theo tuần tự theo nhóm,nhóm 5 mẫu có góc dị hướng α = 900 (mặt phân lớp vuông góc với hướng gia tải) đượcthực hiện trước và 5 mẫu có góc dị hướng α = 00 (mặt phân lớp song song với hướng giatải) được thực hiện sau.3.2. Kết quả thí nghiệm3.2.1. Trường hợp mặt phân lớp vuông góc với trục mẫu (α = 900)Tập các đường cong ứng suất - biến dạng điển hình của thí nghiệm nén một trụcvới gó ...