ASTM D 7012 Bản dịch

th INTERNATIONAL

Phư ơ ng pháp thử nghiệm tiêu chuân cho

1 Phạm vi

1.1 Phư ơng pháp thí nghiệm này bao gồm việc xác định cư ờng độ của mẫu lõi đá nguyên vẹn trong quá trình nén một trục và nén giới hạn Các thử nghiệm cung cấp dữ liệu trong việc xác định độ bền của đá, cụ thể là: độ bền đơn trục, độ bền cắt ở áp suất khác nhau và nhiệt độ khác nhau, góc ma sát trong,

(góc chống cắt) và lực dính dính Phư ởng pháp thử này quy định thiết bị,

dụng cụ và quy trình xác định biến dạng ứng suất dọc trục và đư ờng cong ứng suất biến dạng ngang cũng như mô đun Young, E và tỷ số Poisson, y Can luu ý rằng phư ở ng pháp này không cung cấp phép đo áp lực nư ớc lỗ rỗng và mẫu thử không thoát nư ớc (các tấm không đư ợc thông hơ i) Do đó, các giá trị cư ờng độ được xác định theo ứng suất tổng, nghĩa là không đư ợc hiệu chỉnh theo áp lực lỗ rỗng Phư øng pháp thử này không bao gồm các quy trình cần thiết để đạt được đư ờng cong ứng suất - biến dạng vư ợt quá cư ờng độ giới hạn

1.1.1 Tiêu chuẩn này thay thế và kết hợp các Phư ởng pháp thử nghiệm tiêu chuẩn sau đây đối với: D 2664 Cư ờng độ nén ba trục của mẫu lõi đá không thoát nư ớc mà không cần đo áp suất lỗ rỗng; D 54987 Mô đun đàn hồi của mẫu lõi đá không thoát nư ớc trong quá trình nén ba trục không cần đo áp lực lỗ rỗng; D 2938 Cư ờng độ nén không giới hạn của mẫu lõi đá nguyên vẹn; và D 3148 Mô đun đàn hồi của mẫu lõi đá nguyên vẹn trong quá trình nén một trục

1.1.2 Bốn tiêu chuẩn ban đầu hiện nay được gọi là Phuong phap trong tiêu chuẩn này như sau: Phư ởng pháp A - Cư ờng độ nén ba trục của mẫu lõi đá không thoát nư ớc mà không cần đo áp suất lỗ rỗng; Phư ng pháp B - Mô dun đàn hồi của mẫu lõi đá không thoát nư ớc trong quá trình nén ba trục không đo áp lực lễ rỗng; Phư ởơng pháp C - Cư ờng độ nén không giới hạn của đặc tính lõi đá nguyên ven

° phư ở ng pháp thử nghiệm này thuộc thẩm quyền của Ủy ban ASTM D18 về Đất và Đá và là trách nhiệm trực tiếp của Tiểu ban D18.12 về Cơ học Đá

Phiên bản hiện tại đư ợc phê duyệt ngày 1 tháng 2 năm 2904 Xuất ban tháng 2 năm 2094

nam giới; Phư ở ng pháp D - Mô đun đàn hồi của mẫu lõi đá nguyên vẹn khi nén một trục; và Lựa chọn A - Nhiệt độ tăng cao

1.1.3 Bốn tiêu chuẩn ban đầu hiện nay được gọi là Phư ơng pháp trong tiêu chuẩn nay nhu sau: Phư ơng pháp A (D2664)

Cư ờng độ nén ba trục của mẫu lõi đá không có dăm mà không cần đo áp lực lỗ rỗng; Phư ơ ng pháp B (D5497) Mô đun đàn hồi của mẫu lõi đá không thoát nư ớc trong quá trình nén ba trục không đo áp suất lỗ rỗng, Phư ơng pháp C (D2938 Cư ờng độ nén không giới hạn của mẫu lõi đá nguyên vẹn; Phư ở ng pháp D (d3148) Mô đun đàn hồi của mẫu lõi đá nguyên vẹn trong quá trình nén một trục; và Lựa chọn A Nhiệt độ tăng cao

1.2 Đối với vật liệu đẳng hư ớng, mối quan hệ giữa mô đun cắt và mô đun khối với mô đun Young và tỷ số Poisson là:

đó: G = mô đun cắt, K = mô đun khối, E = mô đun Young và y = tỷ số Poisson

1.2.1 Khả năng ứng dụng kỹ thuật của các phư đng trình này giảm đi khi tinh di hu ớng của đá tăng lên Nên tiến hành các thử nghiệm trong mặt phẳng phân phiến, phân cắt hoặc phân lớp và vuông góc với nó để xác định mức độ dị hư ớng Cần lưu ý rằng các phư ởng trình được xây dựng cho vật liệu đẳng hư ớng có thể chỉ cho kết quả tính toán gần đúng nếu chênh lệch mô đun đàn hồi theo hai hư ớng trực giao lớn hơn 19 % đối với một mức ứng suất nhất định

CHÚ THÍCH 1: Mô đun đàn hồi đư ợc đo bằng phư ở ng pháp âm thanh (Phư ở ng pháp thử D 2845) thu dng có thể được sử dụng làm thước đo sơ bộ về tính dị hư ớng

1.3 Phương pháp thử nghiệm được đư a ra để xác định các hằng số đàn hồi này không áp dụng cho các loại đá chịu biến dạng không đàn hồi đáng kể trong quá trình thử nghiệm, chẳng hạn như kali và muối Các

mô đun đàn hồi đối với các loại đá như vậy phải đư ợc xác định từ các chu kỳ dỡ tải-tải lại, không được đề cập trong phư ở ng pháp thử nghiệm này

1.4 Các giá trị tính theo đơn vị ST được coi là giá trị tiêu chuẩn

1.5 Tiêu chuẩn này không nhằm mục đích giải quyết tất cả các mối lo ngại về an toàn, nếu có, liên quan đến việc sử dụng tiêu chuẩn này Ngư ời sử dụng tiêu chuẩn này có trách nhiệm thiết lập các biện pháp an toàn và sức khỏe thích hợp và xác định khả năng áp dụng các giới hạn quy định trư ớc khi sử

dụng

2 Tài liệu tham khảo

2.1 Tiêu chuẩn ASTM: D653 2

Thuật ngữ liên quan đến đất, đá và các chất chứa trong đó chất lỏng

D 2216 Phu o ng phap thử để xác định nu 6c trong phòng thí nghiệm

(Độ ẩm) Hàm lư ợng đất và đá

D 2845 Phu dng pháp thử nghiệm để xác định xung trong phòng thí nghiệm Vận tốc và hằng số siêu âm của đá

D 3740 Thực hành các yêu cầu tối thiểu đối với các cơ quan

Tham gia vào việc thử nghiệm và/hoặc kiểm tra đất và đá đư ợc sử dụng trong thiết kế kỹ thuật và xây dựng

D 4543 Thực hành chuẩn bị mẫu lõi đá và

Xác định dung sai kích thư ớc và hình dạng E 4 Thực hành kiểm tra luc lư ợng máy kiểm tra E 122 Thực hành lựa chọn cỡ mẫu để ước tính

Đo lư ờng chất lư ợng cho lô hàng hoặc quy trình E 691 Thực hành tiến hành nghiên cứu liên phòng thí nghiệm để

Xác định độ chính xác của phư ởng pháp thử nghiệm 3 Tém tat phu o ng pháp kiểm tra

3.1 Mẫu lõi đá được cắt theo chiều dài và các đầu đư ợc gia công phẳng Mẫu thử được đặt trong khung chịu tải và nếu cần, được đặt trong buồng chịu tải và chịu áp suất giới hạn Trong thử nghiệm nhiệt độ cao, mẫu đư ợc gia nhiệt đến nhiệt độ thử nghiệm mong muốn Tải trọng dọc trục được tăng liên tục trên mẫu và biến dạng được đo như một hàm của tải trọng cho đến khi đạt được tải trọng và phá hủy cực đại

4 Ý nghĩa và công dụng

4.1 Các thông số thu được từ các quy trình này là ứng suất tổng không

thoát nước (như đã đề cập ở 1.1.1.)

Tuy nhiên, có một số trư ờng hợp trong đó loại đá hoặc điều kiện tải trọng của bài toán đang xem xét sẽ yêu cầu xác định ứng suất hữu hiệu hoặc các thông số thoát nư ớc

4.2 Cường độ chịu nén không giới hạn của đá đư ợc sử dụng trong nhiều công

thức thiết kế và đôi khi được dùng làm chi sé dé lua chon kỹ thuật đào thích

hợp Biến dạng và độ bền của đá đư ợc biết đến là hàm số của áp suất hạn chế Thí nghiệm nén giới hạn thư ờng đư ợc sử dụng để mô phỏng các điều kiện ứng suất mà hầu hết

Để tham khảo các tiêu chuẩn ASTM, hãy truy cập trang web của ASTM, www.astm.org hoặc liên hệ với Dịch vụ khách hàng của ASTM tại service@astm.org Để biết thông tin về số 1ư ợng Sách Tiêu chuẩn ASTM

khối đá ngầm tồn tại Các hằng số đàn hồi đư ợc sử dụng để tính toán ứng suất và biến dạng trong cấu trúc đá

4.3 Các đặc tính biến dạng và cư ờng độ của lõi đá được đo trong phòng thí nghiệm thư ờng không phản ánh chính xác các đặc tính tại chỗ ở quy mô lớn vì các đặc tính tại chỗ bị ảnh hư ởng mạnh mẽ bởi các khe nối, đứt gãy, tính không đồng nhất, mặt phẳng yếu và các yếu tế khác Do đó, các giá trị trong phòng thí nghiệm đối với các mẫu còn nguyên vẹn phải đư ợc sử dụng với sự đánh giá đúng đắn trong các ứng dụng kỹ thuật

CHÚ THÍCH 2: Bất chấp các tuyên bố về độ chụm và độ lệch trong phư ở ng pháp thử này; thư ớc đo độ chính xác của các phư ơng pháp thử này phụ thuộc vào năng lực của ngư ời thực hiện chúng và vào sự phù hợp của thiết bị và phư ở ng tiện đư ợc sử dụng Các cơ quan đáp ứng tiêu chí của Thực hành D 3748 thư ờng đư ợc coi là có khả năng kiểm tra năng lực và khách quan Ngư ời sử dụng phư đng pháp thử nghiệm này cần lưu ý rằng việc tuân thủ Tiêu chuẩn D 3748 bản thân nó không đảm bảo việc thử nghiệm đáng tin cậy Việc kiểm tra dang tin cậy phụ thuộc vào nhiều yếu tế; Thực hành D 3740 cung cấp phư dng tiện để đánh giá một số yếu tố đó

5, Thiết bị 5.1

Thiết bị chất tải - Thiết bị chất tải phải có đủ công suất để tác dụng

tải ở tốc độ phù hợp với các yêu cầu quy định ở 9.6 Nó phải đư ợc kiểm tra xác nhận ở những khoảng thời gian thích hợp theo các quy trình nêu trong Thực hành E 4 và tuân thủ các yêu cầu được quy định trong phư ở ng pháp Thiết bị chất tải có thể đư ợc trang bị một bộ chuyển đổi chuyển vị có thể được sử dụng để nâng thanh truyền tải lên ở một tốc độ xác định

CHÚ THÍCH 3: Nếu thiết bị đo tải trọng được đặt bên ngoài thiết bị nén hạn chế thì cần phải hiệu chuẩn để xác định ma sát của vòng đệm để

đảm bảo độ chính xác quy định trong Thực hành E 4

5.2 Thiết bị hạn chế3 - Thiết bị chịu áp suất giới hạn phải bao gồm một

buồng trong đó mẫu thử có thể chịu áp suất chất lỏng ngang không đổi và tải trọng trục yêu cầu Thiết bị phải có các van an toàn, các cổng vào thích hợp để dé đầy buồng và các ống mềm, đồng hồ đo và van liên quan khi cần thiết

5.3 Màng linh hoạt - Màng này bao bọc mẫu đá và trải dài trên các tấm ép để ngăn chặn sự xâm nhập của chất lỏng giam giữ ống bọc bằng cao su hoặc nhựa tự nhiên hoặc tổng hợp đáp ứng các thử nghiệm ở nhiệt độ phòng; tuy nhiên, áo khoác bằng kim loại hoặc cao su nhiệt độ cao (ví dụ, viton) thư ờng đư ợc yêu cầu cho các thử nghiệm ở nhiệt độ cao Màng phải trơ so với chất lỏng hạn chế và phải che phủ các lỗ nhỏ trong mẫu mà không bị vỡ khi tác dụng áp suất hạn chế Lớp phủ bằng nhựa hoặc cao su silicon có thể được phủ trực tiếp lên mẫu thử với điều kiện những vật liệu này không xuyên qua và làm cứng hoặc làm yếu mẫu thử Phải cẩn thận để tạo thành một Jớp bịt kín hiệu quả nơ i tấm ép và mẫu thử gặp nhau Màng đư ợc tạo thành từ lớp phủ phải có các yêu cầu về tính năng tửdng tự như màng bọc đàn hồi

5.4 Thiết bị duy trì áp suất - Máy bơm thủy lực, bộ tăng áp hoặc hệ thống khác phải có đủ công suất để

Bản vẽ lắp ráp và chỉ tiết của một thiết bị đáp ứng các yêu câu này và được thiết kê đê chứa 21⁄8 inch (53,975 mm) mẫu vật và hoạt động ở áp suất chất lỏng giới hạn 68,9 Mpa (19 999 psi) có sẵn tại

duy trì không đổi áp lực bên mong muốn Hệ thống điều áp phải có khả năng duy trì hằng số áp suất giới hạn trong phạm vi 61 % trong suốt quá trình thử nghiệm Áp suất giới hạn phải đư ợc đo bằng đồng hồ đo áp suất thủy lực hoặc

a ộ chuyển đổi điện tử có độ chính xác ít nhất 61% áp suất giới hạn, bao gồm cả sai số do thiết bị đọc và độ phân giải ít nhất 9,5% áp suất giới hạn

5.5 Chất lỏng hạn chế áp suất - Đối với các thử nghiệm ở nhiệt độ phòng,

phải sử dụng chất lỏng thủy lực tư ơng thích với thiết bị duy trì áp suất

Đối với các thử nghiệm ở nhiệt độ cao, chất lỏng phải duy trì ổn định ở mức

nhiệt độ và áp suất được chỉ định cho thử nghiệm

5.6 Vỏ bọc nhiệt độ cao - Vỏ bọc có nhiệt độ cao phải là hệ thống bên

trong lắp bên trong thiết bị chất tải hoặc thiết bị áp suất giới hạn, một hệ

thống bên ngoài bao quanh toàn bộ thiết bị áp suất giới hạn hoặc hệ thống

bên ngoài bao gồm toàn bộ thử nghiệm bộ máy Đối với nhiệt độ cao, thư ờng cần

có hệ thống lò sưởi, vật liệu cách nhiệt và thiết bị đo nhiệt độ để duy trì

nhiệt độ quy định Nhiệt độ phải được đo ở ba vị trí, với một cảm biến ở gần

đỉnh, một ở giữa độ cao và một ở gần đáy của mẫu

Nhiệt độ mẫu “trung bình”, dựa trên cảm biến độ cao trung bình, phải đư ợc duy trì trong khoảng 61°C so với nhiệt độ thử nghiệm yêu cầu Chênh lệch nhiệt độ tối đa giữa cảm biến độ cao giữa và cảm biến cuối không đư ợc vư ợt quá 3°C

CHÚ THÍCH 4: Một cách khác để đo nhiệt độ tại ba vị trí dọc theo mẫu trong quá trình thử là xác định sự phân bố nhiệt độ trong mẫu có cảm biến nhiệt độ đặt trong các lỗ khoan ở ít nhất sáu vị trí: dọc theo cả du ờng tâm và ngoại vi mẫu tại chiều cao giữa và mỗi đầu của mẫu vật Mẫu thử có thể có nguồn gốc từ cùng một lô với mẫu thử và có cùng dung sai kích thư ớc và cùng mức độ nguyên vẹn Điểm đặt của bộ điều khiển nhiệt độ có thể được điều chỉnh để đạt đư ợc nhiệt độ ở trạng thái ổn định trong mẫu đáp ứng các yêu cầu về nhiệt độ ở mỗi nhiệt độ thử nghiệm (nhiệt độ đư ờng trung tâm ở độ cao giữa có thể nằm trong khoảng 61°C so với nhiệt độ thử nghiệm yêu cầu và tất cả các nhiệt độ khác của mẫu thử có thể

không lệch khỏi nhiệt độ này quá 3°C) Mối quan hệ giữa điểm đặt của bộ điều khiển và nhiệt

độ mẫu có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ mẫu trong quá trình thử nghiệm với điều kiện là đầu ra của cảm biến phản hồi nhiệt độ (hoặc cảm biến nhiệt độ có vị trí cố định

khác trong thiết bị ba trục) đư ợc duy trì không đổi trong khoảng 61°C của nhiệt độ mẫu

yêu cầu nhiệt độ thử nghiệm Mối quan hệ giữa điểm đặt của bộ điều khiển nhiệt độ và nhiệt độ mẫu ở trạng thái ổn định có thể được xác minh định kỳ Mẫu thử chi đư ợc sử dụng để xác định sự phân bố nhiệt độ trong mẫu thử trong thiết bị ba trục Nó không được sử dụng để xác định cư ờng độ nén hoặc hằng số đàn hồi

5.7 Thiết bị đo nhiệt độ - Phải sử dụng cặp nhiệt điện có giới hạn sai số

đặc biệt hoặc nhiệt kế điện trở bạch kim (RTD) có độ chính xác ít nhất là 6 + 1°C với độ phân giải 0,1°C

5.8 Tấm ép - Hai tấm ép thép được sử dụng để truyền tải trọng dọc trục đến các đầu của mẫu thử Chúng phải đư ợc làm bằng thép đư ợc tôi cứng bằng dụng cụ có độ cứng Rockwell tối thiểu là 58 trên thang “C” Một trong các tấm ép phải có dạng hình cầu và tấm còn lại phải là tấm ép phẳng, cứng Các mặt của ổ trục không đư ợc lệch khỏi mặt phẳng quá 9,015 mm khi

các tấm ép là mới và phải được duy trì trong phạm vi sai số cho phép là 0,025 mm Du dng kính của mặt tựa hình cầu ít nhất phải bằng du ờng kính của mẫu thử như ng không đư ợc vư ợt quá hai lần đư ờng kính của mẫu thử Tâm của quả cầu trong mặt cầu phải trùng với tâm của mặt chịu lực của mẫu thử Ghế hình cầu

phải đư ợc bôi trơn thích hợp để đảm bảo chuyển động tự do Phần di động của

tấm ép phải đư ợc giữ chặt trong bệ hình cầu như ng phải đư ợc thiết kế sao cho mặt ổ trục có thể quay và nghiêng theo các góc nhỏ theo bất kỳ hư ớng nào Nếu không sử dụng mặt tựa hình cầu thì các mặt chịu lực của khối phải song song với đư ờng kính tấm ép là 0,0905 mm/mm Du dng kính của tắm ép ít nhất phải bằng đư ờng kính của mẫu thử và có tỷ lệ giữa chiều dài và đư ờng kính ít nhất là 1:2

5.9 Thiết bị đo biến dạng/biến dạng - Hệ thống đo biến dạng/biến dạng phải đo biến dạng với độ phân giải ít nhất là 25 3 19-6 biến dạng và độ chính xác

trong khoảng 2 % giá trị của số đọc trên 259 3 19-6 biến dạng và độ chính xác và độ phân giải trong vòng 5 3 19 -6 đối với số đọc thắp hơn biến dạng 259 3

10-6 , bao gồm cả các lỗi do thiết bị kích thích và thiết bị đọc gây ra Hệ

thống không đư ợc có sự mất ổn định dài hạn không đặc trư ng (trôi dạt) gây ra biến dạng biểu kiến bằng 10-8/s hoặc lớn hơ n

CHÚ THÍCH 5: Ngư ời sử dụng cần lưu ý về ảnh hư ởng của áp suất và nhiệt độ đến đầu ra của các cảm biến biến dạng và biến dạng đặt trong thiết bị chịu áp suất giới hạn

5,9,1 Xác định độ biến dạng dọc trục - Biến dạng hoặc biến dạng dọc trục có thể đư ợc xác định từ dữ liệu thu được từ máy đo biến dạng điện trở, máy đo nén, máy biến áp vi sai tuyến tính có thể thay đổi (LVDT) hoặc các phư ơ ng

tiện phù hợp khác Thiết kế của thiết bị đo phải sao cho có thể xác định đư ợc

giá trị trung bình của ít nhất hai phép đo biến dạng dọc trục Các vị trí đo phải cách đều nhau xung quanh chu vi của mẫu, gần bằng chiều cao giữa

Chiều dài thư ớc đo để xác định biến dạng dọc trục phải có độ lớn ít nhất là 18 lần du ờng kính hat

5.9.2 Xác định biến dạng ngang - Biến dạng hoặc biến dạng ngang có thể được đo bằng bất kỳ phư ở ng pháp nào đư ợc đề cập trong 5.9.1 Có thể đo các biến dạng theo chu vi hoặc đư ờng kính (hoặc biến dạng) Có thể sử dụng một đầu dò duy nhất quấn quanh mẫu vật để đo sự thay đổi chu vi Phải sử dụng ít nhất hai cảm biến biến dạng đư ờng kính nếu đo biến dạng đư ờng kính Các cảm biến này phải đư ợc đặt cách đều nhau xung quanh chu vi của mẫu gần với chiều cao trung bình Phải ghi lại biến dạng (hoặc biến dạng) trung bình từ các cảm

biến đư ờng kính

CHÚ THÍCH 6: Không được phép sử dụng chất kết dính đo biến dạng yêu cầu nhiệt độ xử lý trên 65°C trừ khi biết rằng các vết nứt vi mô không phát triển và những thay đổi về khoáng vật không xảy ra ở nhiệt độ xử lý

6 Biện pháp phòng ngừa an toàn

6.1 Nguy hiểm tồn tại gần thiết bị kiểm tra áp suất hạn chế do áp suất và tải trọng cao phát triển trong hệ thống Hệ thống thử nghiệm phải đư ợc thiết kế và xây dựng với hệ số an toàn phù hợp, đư ợc lắp ráp với các phụ kiện đư ợc đánh giá phù hợp và được trang bị tấm chắn bảo vệ để bảo vệ ngư ời dân trong khu vực khỏi sự cố hệ thống không mong muốn Việc sử dụng khí làm

Chất lỏng áp suất hạn chế có khả năng gây ra bạo lực cực độ trong trư ờng

hợp hệ thống bị lỗi

6.2 Nhiều loại đá bị hư hỏng nặng khi chịu tải trọng nén Một tấm chắn bảo vệ phải đư ợc đặt xung quanh mẫu thử không đư ợc bao bọc để tránh bị thư ơng do các mảnh đá bay vào

6.3 Nhiệt độ tăng cao làm tăng nguy cơ chập điện và cháy nỗ Điểm chớp cháy của chất lỏng có áp suất giới hạn phải cao hơn nhiệt độ vận hành trong quá trình thử

7 Lấy mẫu 7.1

Mẫu cho mỗi mẫu phải đư ợc chọn từ các lõi đại diện cho giá trị trung bình hợp lệ của loại đá đang đư ợc xem xét Điều này có thể đạt đư ợc bằng cách quan sát trực quan các thành phần khoáng chất, kích thư ớc và hình dạng hạt, các phần và khuyết tật như lỗ rỗng và vết nứt hoặc bằng các phư ở ng pháp khác như đo vận tốc siêu âm Đư ờng kính của mẫu thử đá phải ít nhất gấp 19 lần

đư ờng kính của hạt khoáng lớn nhất Đối với các loại đá yếu, có tính chất

giống đất hơn (ví dụ, đá sa thạch xi măng yếu), đư ờng kính mẫu phải ít nhất

bằng sáu lần đư ờng kính hạt tối đa Đư ờng kính mẫu tối thiểu được quy định

là khoảng 47 mm, điều này đáp ứng tiêu chí này trong phần lớn các trư ờng hợp

Khi lõi có đư ờng kính nhỏ hơn mức tếi thiểu quy định phải đư ợc kiểm tra do

không có sẵn lõi có đư ờng kính lớn hơn, như thư ờng thấy trong ngành khai

thác mỏ, thì ký hiệu phù hợp về thực tế này phải đư ợc đư a vào báo cáo

7.2 Số lư ợng mẫu thử cần thiết để đạt đư ợc mức kết quả thống kê cụ thể có thể được xác định bằng cách sử dung Phu ong pháp thử E 122 Tuy nhiên, có thể không đạt đư ợc mức tin cậy cụ thể về mặt kinh tế và cũng có thể cần phải có đánh giá chuyên môn

hòa, đá sa thạch xếp có thể gặp ít hoặc không gặp khó khăn gì Đối với bột kết, độ bão hòa có thể lâu hơn Đối với các loại đá chặt như đá granit

nguyên vẹn, độ bão hòa của nư ớc có thể là không thực tế

9 Thủ tục

9.1 Ghế hình cầu phải quay tự do trong ổ cắm của nó trư ớc mỗi lần thử

9.2 Tấm ép phía dư ới phải đư ợc đặt trên đế hoặc thanh dẫn động của thiết

bị chất tải Các mặt chịu lực của tấm ép trên và tấm ép dư ới và của mẫu thử phải đư ợc lau sạch và mẫu thử phải đư ợc đặt trên tấm ép dư ới Tấm ép phía trên phải đư ợc đặt trên mẫu thử và căn chỉnh đúng cách Khi thích hợp, màng phải đư ợc lắp trên mẫu và các tấm ép để bịt kín mẫu khỏi chất lỏng giam giữ

Mẫu phải đư ợc đặt trong buồng thử nghiệm, đảm bảo bịt kín với đế và kết nối

với các đư ờng áp suất giới hạn Một tải trọng dọc trục nhỏ, <1 % cư ờng độ

giới hạn dự đoán, có thể được tác dụng lên buồng nén hạn chế bằng thiết bị chất tải để đặt đúng các bộ phận chịu lực của thiết bị

9.3 Khi thích hợp, lắp đặt các bộ chuyển đổi vỏ bọc và biến dạng nhiệt độ

cao cho thiết bị và cảm biến đư ợc sử dụng

9.4 Nếu thử nghiệm ở trạng thái nén giới hạn thì buồng phải được đổ đầy

chất lỏng giới hạn và ứng suất giới hạn phải đư ợc tăng đồng đều đến mức quy định trong vòng 5 phút Các thành phần ngang và dọc trục của ứng suất giới hạn không đư ợc phép chênh lệch quá 5% áp suất tức thời tại bất kỳ thời điểm nào

9.5 Nếu thử nghiệm ở nhiệt độ cao thì nhiệt độ phải đư ợc tăng với tốc độ không quá 2°C/phút cho đến khi đạt được nhiệt độ yêu cầu (Chú thích 8) Mẫu thử phải đư ợc coi là đã đạt đến trạng thái cân bằng về áp suất và nhiệt độ

khi tất cả đầu ra của bộ chuyển đổi biến dạng ổn định trong ít nhất ba số đọc được lấy ở các khoảng bằng nhau trong khoảng thời gian không ít hơn 39 phút (3 phút đối với các thử nghiệm đư ợc thực hiện ở nhiệt độ phòng) đúng

vậy) Độ ổn định được định nghĩa là số đọc không đổi chỉ hiển thị các tác động của biến động bình thư ờng của thiết bị và bộ gia nhiệt

Ghi lại các số đọc biến dạng ban đầu, các số này đư ợc lấy bằng 0 cho phép thử

CHÚ THÍCH 7: Ngư ời ta quan sát thấy rằng đối với một số loại đá, vết nứt vi mô sẽ xảy

ra khi tốc độ gia nhiệt trên 1°C/phút Ngư ời vận hành nân chọn tốc độ gia nhiệt sao cho

vết nứt vi mô không ảnh hư ởng đáng kể đến kết quả thử nghiệm

9.6 Tải trọng dọc trục phải được tác dụng liên tục và không bị va đập cho

đến khi tải trở nên không đổi, giảm đi hoặc đạt đư ợc mức biến dạng xác định

trước Tải trọng phải được đặt theo cách sao cho tạo ra tốc độ ứng suất hoặc tốc độ biến dạng càng không đổi càng tốt trong suốt quá trình thử Tốc độ ứng suất hoặc tốc độ biến dạng không đư ợc phép sai lệch quá 19% so với tốc độ đã

chọn tại bất kỳ thời điểm nào Tốc độ ứng suất hoặc tốc độ biến dạng đư ợc

chọn phải là tốc độ sẽ gây ra sự phá hủy của mẫu thử trong nhóm khi nén không giới hạn, trong thời gian thử từ 2 đến 15 phút Tốc độ ứng suất hoặc tốc độ biến dạng đã chọn cho một loại đá nhất định phải đư ợc tuân thủ cho tất cả các thử nghiệm trong một loạt nghiên cứu nhất định (Chú thích 9) Áp suất giới hạn được xác định trư ớc phải được duy trì gần như trong suốt quá trình thử nghiệm Các số đọc về biến dạng phải đư ợc quan sát và ghi lại ở ít nhất mư ời mức tải cách đều nhau trên phạm vi tải Cho phép ghi dữ liệu liên tục với

điều kiện là hệ thống ghi đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác và độ chính xác

của 5.9 Phải ghi lại tải trọng lớn nhất mà mẫu phải chịu Số đọc tải tính bằng kilonewton phải đư ợc ghi đến 2 chữ số thập phân Số đọc ứng suất tính bằng megapascal phải đư ợc ghi đến 1 chữ số thập phân.

LƯU Ý 8 - Kết quả thử nghiệm của các nhà nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng DL = thay đổi chiều dài trục đo được (âm khi giảm chiều dài) tốc độ biến dạng trong phạm vi này sẽ cung cấp các giá trị cư ờng độ không bị

ảnh hư ởng bởi tải trọng nhanh và có thể tái tạo trong dung sai chấp nhận đư ợc

Tốc độ biến dạng thấp hơn có thể đư ợc cho phép nếu cuộc điều tra yêu cầu CHÚ THÍCH 13 Nếu biến dạng ghi đư ợc trong quá trình thử nghiệm bao gồm cả

Độ lệch của hệ thống đo biến dạng (xem 5.9) có thể bị hạn chế nghiêm ngặt biến dạng của thiết bị thì phải thực hiện hiệu chuẩn thích hợp cho biến dạng

hơn, tương ứng với thời gian thử nghiệm dài hơ n của thiết bị Điều này có thể được thực hiện bằng cách lắp vào thiết bị một CHÚ THÍCH 9: Việc đặt một mẫu có độ bền cao đến mức bị phá hủy trong một khung ống trụ bằng thép có đặc tính đàn hồi đã biết và quan sát sự khác biệt về

tải không cứng thư ờng sẽ dẫn đến sự phá hủy nghiêm trọng, có xu hư ớng làm hỏng biến dạng giữa cụm lắp ráp và ống trụ bằng thép trong suốt phạm vi tải Sau

các thiết bị đo biến dạng/biến dạng và gây nguy hiểm cho ngư ời vận hành đó, biến dạng của thiết bị được trừ khỏi biến dạng tổng ở mỗi mức tải để đạt

đư ợc biến dạng của mẫu từ đó tính đư ợc biến dạng dọc trục của mẫu Độ chính 9.7 Để đảm bảo rằng không có chất lỏng giam giữ nào xâm nhập vào mẫu, màng mẫu phải xác của việc hiệu chỉnh này phải đư ợc kiêm tra băng cách do bien dang đàn

, , - ` hôi của hình trụ bằng vật liệu có đặc tính dan hoi đã biệt (trừ thép) va so

đư ợc kiêm tra cân thận xem có vêt nứt hoặc vết thủng không và mâu phải đư ợc kiêm tra bằng ,

sánh các biên dang do du dc và tính toán đư gc thấu kính cầm tay khi hoàn thành mỗi thử nghiệm giam giữ

10.2.2 Bién dang ngang e1 được tính như sau:

DD = thay đổi đư ờng kính (dư ơ ng khi tăng đư ờng kính

eter) trong

đó: s = ứng suất sai hỏng khác nhau, s1 LƯU Ý 14 - Nhiêu bộ chuyên đổi chu vi đo sự thay đôi độ dài dây cung và không thay đôi ; độ dài cung (chu vi) Mối quan hệ phi tuyến tính về mặt hình hoc giữa sự thay đổi độ dài

„ " dây cung và sự thay đôi đư ờng kính phải được sử dụng để thu được giá trị chính xác của

1.1.1 Tỷ lệ chiều dài/đư ờng kính mẫu mong muốn nhất là 2,00:1,00 (L/D

x ` ` x x " 18.3 Các đư ờng cong ứng suât so với biên dạng phải đư ợc vẽ theo hư ớng = 2,00) Bat ky L/D nao < 2,00 6 0,05 đều không đư ợc chap nhận Các giá

` " ke oe x ` và ; dọc trục và hư ớng ngang (xem Hình 1) Đư ờng cong hoàn chỉnh đư a ra mô tả trị trong phòng thí nghiệm đôi với các mâu còn nguyên vẹn phải được sử ; H ;

" oa : ;, tốt nhât về đặc tính biên dạng của đá có quan hệ ứng suât-biên dạng phi dụng với sự đánh giá đúng dan trong cac ứng dụng kỹ thuật

tuyển ở mức ứng suât thập và ứng suất cao CHÚ THÍCH 19 - Đối với L/D > 2,08 cư ờng độ nén một trục được ghi lại

có thê giảm bằng cách nhân hệ sô hiệu chỉnh như sau: 10.4 Giá trị mô đun Young, E, phải được tính toán bằng cách sử dụng bất sc 5 giây / ~0,88 1 0,222 ~d/t!! (4) kỳ phư ơ ng pháp nào đư ợc sử dụng trong thực hành kỹ thuật Các phư đng pháp

phổ biến nhất, đư ợc mô tả trong Hình 2, như sau: 19.4.1 Mô đun tiếp tuyến

kes ok 10.4.2 Dd déc trung binh của phân đư ờng thăng ít nhiêu của du dng cong

ứng suât - biển dạng Độ dốc trung bình phải đư ợc tính bằng cách chia sự

CHÚ THÍCH 11 - Ứng suất kéo và biến dạng thư ờng đư ợc ghi là dương Có thay đổi ứng suất cho sự thay đổi độ biến dạng hoặc bằng cách lập bình the ap dụng nhất quán quy ước ký hiệu nén dư ở ng nêu muôn Quy ước ký hiệu phư ơ ng tuyến tính nhỏ nhất phù hợp với dữ liệu ứng suất-biễn dạng trong

đư ợc thông qua can phải đư ge neu rõ ràng trong báo cáo Các công thức đư a phần du dng thang của du dng cong

4 oe aed ¬ ` x „ 1 " 10.4.3 M6 dun cát tuyên, thư ờng từ ứng suât bằng 9 đên một sô biên dạng thực với điêu kiện là biêt được đư ờng kính mâu tại thời điêm tải `

trọng đỉnh

CHÚ THÍCH 12 - Nếu đư ờng kính mẫu thử không bằng đư ờng kính pittông qua

thiết bị ba trục thì có thể áp dụng hiệu chỉnh cho tải trọng đo được để tính

đư ợc xác định trực tiếp từ thiết bị chỉ thị biến dạng hoặc phải đư ợc tính 5

toán từ các số đọc biến dạng, tùy thuộc vào loại thiết bị hoặc dụng cụ do a đư ợc sử dụng Số đọc biến dạng phải đư ợc ghi đến sáu chữ số thập phân %

10.2.1 Bién dang doc truc, ea được tính như sau: DL

‹ 0 <j LATERAL STRAIN(+) — AXIAL STRAIN (~)

QUẢ SUNG 1 Định dạng trình bày dữ liệu bằng đồ họa

Ở đâu:

L = chiều dài trục không bị biến dạng ban đầu, và

ơ(

ơ(=) ơØ,Ì——————

$g (-)

(b) Average Modulus of Linear

Portion of Axial Stress -Strain Curve

de,

(C) Secont Modulus Measured up

to a Fixed Percentage of

Ultimate Strength €g (-)

QUA SUNG 2 phu dng pháp tính mô dun Young từ đư ờng cong ứng suất dọc trục - biến dang doc trục

10.5 Giá trị của tỷ số Poisson, y, bị ảnh hư ởng lớn bởi sự phi tuyến ở các mức ứng suất thấp trong các đư ờng cong ứng suất - biến dạng dọc trục và ngang Điều mong muốn là tỷ số Poisson phải được tính từ phư ơ ng trình sau: độ dốc của đư ờng cong trục độ dốc của

đư ờng cong bên

VÀ độ dốc của đư ờng cong bên

trong đó độ dốc của đư ờng cong bên đư ợc xác định theo cùng một cách theo cách được thực hiện ở 10.4 đối với môđun Young, E

CHÚ THÍCH 15 - Mẫu số trong phư ơng trình ở 10.5 thư ờng có

giá trị âm nếu quy ước dấu đư ợc áp dụng đúng

18.6 Các vòng tròn ứng suất Mohr phải được xây dựng trên đồ thị số học

với ứng suất cắt là hoành độ và ứng suất pháp là hoành độ Phải tiến hành ít nhất ba thử nghiệm nén giới hạn, mỗi thử nghiệm ở một áp suất giới hạn khác

nhau, trên cùng một vật liệu để xác định đư ờng bao cho các vòng tròn ứng suất Mohr Do tính không đồng nhất của đá và sự phân tán trong các kết quả thư ờng

gặp, nên thực hành tốt đòi hỏi phải thực hiện ít nhất ba thử nghiệm trên các

mẫu về cơ bản giống hệt nhau ở mỗi áp suất giới hạn hoặc các thử nghiệm đơ n lẻ ở chín áp suất giới hạn khác nhau trong phạm vi đư ợc nghiên cứu Các vòng tròn ứng suất riêng lẻ phải đư ợc vẽ và sử dụng để vẽ đư ờng bao

18.6.1 Một đư ờng cong hoặc du ờng thẳng “phù hợp nhất” (đư ờng bao Mohr) phải đư ợc vẽ gần như tiếp tuyến với các vòng tròn Mohr, như thể hiện trên Hình 3 Hình này cũng phải bao gồm một ghi chú ngắn gọn chỉ ra liệu mặt phẳng phá hủy rõ rệt có đã hoặc không đư ợc phát triển trong quá trình thử nghiệm và độ nghiêng của mặt phẳng này có liên quan đến mặt phẳng có ứng suất chính lớn Nếu đư ờng bao là một đư ờng thẳng thì góc của đư ờng đó với phư ởng ngang phải đư ợc ghi là góc ma sát trong, f

(hoặc độ dốc của đư ờng thẳng là tan f tùy theo sở thích) và giao điểm của đư ờng này tại trục tung được báo cáo là giao điểm cố kết, c Nếu đư ờng bao không phải là một đư ờng thẳng thì các giá trị f (hoặc tan f) phải được xác định bằng cách xây dựng một tiếp tuyến với du dng tròn Mohr đối với từng áp suất giới hạn tại điểm tiếp xúc với đư ờng bao và điểm chặn dính tư ở ng ứng đã được ghi lại

11 Báo cáo

11.1 Báo cáo phải bao gồm các nội dung sau tùy thuộc vào các thông số thử nghiệm:

11.1.1 Nguồn mẫu bao gồm tên dự án và vị trí (thư ờng vị trí đư ợc

xác định theo số lỗ khoan và độ sâu của mẫu thử tính từ cổ của ống

khoan) hố},

11.1.2 Mô tả thạch học của đá, tên thành tạo và hư ớng tải trọng

đối với thạch học,

11.1.3 Điều kiện ẩm của mẫu trư ớc khi thử, 11.1.4 Bu dng

kính và chiều cao của mẫu, phù hợp với yêu cầu về kích thư 6c,

11.1.5 Mức ứng suất giới hạn tại đó thực hiện thử nghiệm giới hạn,

11.1.6 Nhiệt

độ tại đó thử nghiệm đư ợc thực hiện, 11.1.7 Tốc độ tải trọng hoặc tốc độ biến dạng, 11.1.8 Cư ờng độ nén không giới hạn, 11.1.9 Biểu đồ ứng suất so với

-các đư ờng cong biến dạng (xem Hình 1), 11.1.10 Đồ thị các vòng tròn ứng suất Mohr (xem Hình 3), 11.1.11 Môđun Young, E, phư ởng pháp xác định như cho trong Hình 2, và tại mức ứng suất nào hoặc mức xác định, 11.1.12 Tỷ số Poisson, y, phương pháp xác định

trong 10.5,

và ở mức hoặc các mức ứng suất đư ợc xác định,

11.1.13 Mô tả hình thức bên ngoài của mẫu thử sau khi thử, bao gồm các ảnh hư ởng cuối cùng có thể nhìn thấy đư ợc như vết nứt,

Mohs Stress Circle

QUA SUNG 3 vòng tròn ứng suất Mohr điển hình

nứt vỡ hoặc cắt ở bề mặt tiếp xúc giữa tấm và mẫu Một bản phác thảo của mẫu bị gãy đư ợc khuyến khích, và

CHÚ THÍCH 16 - Nếu phá hủy là dẻo thì tải trọng tác dụng lên mẫu vẫn tăng khi thử nghiệm kết thúc, biến dạng tại đó lực nén

sức mạnh đã được tính toán có thể đư ợc báo cáo

11.1.14 Nếu thiết bị hoặc quy trình thực tế có thay đổi

từ các yêu cầu có trong phư dng pháp thử nghiệm này, mỗi sự khác biệt và nguyên nhân của nó sẽ đư ợc trình bày chỉ tiết 12 Độ chính xác và độ lệch

12.1 Dữ liệu trong Bảng 1-5 là sản phẩm của Chư d ng trình thử nghiệm liên phòng thí nghiệm Bảng 1 là sản phẩm của công việc

của 7 phòng thí nghiệm với 5 lần lặp lại Bảng 5 là

sản phẩm của công việc của tám phòng thí nghiệm với năm lần lặp lại

Vòng 1 liên quan đến bốn loại đá, như ng chỉ có dữ liệu từ ba loại đá

được trưng bày ở đây là các loại đá được sử dụng trong tất cả các bộ truyện của các bài kiểm tra Các bảng còn lại (Bảng 6-18) là sản phẩm của Vòng 2 trong đó sáu phòng thử nghiệm, mỗi phòng thử nghiệm năm mẫu

ba loại đá khác nhau, ba áp lực hạn chế và bốn lần tái tạo Chỉ tiết

nghiên cứu được tham khảo ở Phần 2.2 Các

BẢNG 1 CƯ ờng độ nén (MPa) ở giới hạn Ø MPa

BANG 5 M6 dun Young (GPa) & 4p suat gidi han @ MPa BANG 9 Ty sé Poisson 6 4p sudt gidi han 25 MPa

25 % 58 % 25 % 50% 25 % 50 % 25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 %

Độ lặp lại 3,37 4,15 14,8 10,1 6,12 6,75 Độ lặp lại 0,02 9,02 9,05 9,05 0,03 0,03 Khả năng tái lập 4,17 5,18 17,2 12,3 6,45 7,77 Khả năng tái lập 0,04 0,04 9,06 9,05 0,04 9,05

BẰNG 6 Mô đun Young (6Pa) ở áp suất giới hạn 25 MPa BẢNG 10 Tỷ số Poisson ở áp suất giới hạn 40 MPa

25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 %

Giá trị trung bình 23,5 Độ 22,5 71,1 65,2 68,4 59,8 Giá trị trung bình 0,20 9,24 9,32 0,34 9,29 0,33 lặp lại 9,90 Độ tái lập 3,34 1,28 11,4 9,15 2,53 2,49 Độ lặp lại 0,01 09,02 09,04 9,05 9,03 9,04 3,47 13,9 11,6 6,80 6.12 Khả năng tái lập 0,03 0,03 0,04 9,05 9,05 9,06

BẰNG 7 Mô đun Young (GPa) ở áp suất giới hạn 40 MPa 12.1.1 Xác suât là khoảng 95 % răng hai thử nghiệm

Berea Tennessee Barre kêt quả thu được trong cùng một phòng thí nghiệm trên cùng một vật liệu Đá sa thạch Đá hoa đá granit sẽ không khác biệt nhiêu hơn giới hạn lặp lại r Tương tự như vậy,

25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 % 25-50 % 40-60 % xác suât xâp xỉ 95 % là hai kêt quả thử nghiệm

thu đư ợc ở các phòng thí nghiệm khác nhau trên cùng một vật liệu sẽ không Giá trị trung bình 24,2 Độ 22,8 79,0 63,4 61,9 68,6 `

lặp lại 1,09 Độ tái lập 3,82 0,79 9,60 9,57 2,27 2,49 khác nhau nhiêu hơn giới hạn tái lập R Độ chính xác

3,57 9,69 9,57 5,95 5,34 thống kê đư ợc tính từ:

BANG 8 Tỷ sô Poisson ở áp suât giới hạn 10 MPa Ở đâu:

B erea T ennessee B arre st = độ lệch chuẩn lặp lại ^ TA Ä x :

Giá trị trung bình 0,28 Độ 9,34 9,30 9,33 9,26 9,30 Ở đâu

lặp lại 0,03 Độ tái lập 0,05 9,04 0,05 9,03 0,06 9,97 0,09 9,03 0,04 9,03 0,04 sR = độ lệch chuân tái lập _ HA HA 2 te 4A

giá trị tiêu chuẩn của mỗi hằng số đàn hồi có thể đư ợc sử dụng

để so sánh với các giá trị đư ợc xác định bằng phư ở ng pháp thử nghiệm này

áp suất 10, 25 và 4Ø Mpa và 25% và 59% đối với

trư ờng hợp thử nghiệm nén Tài liệu tham khảo bổ sung đư ợc tìm thấy trong Tạp chí địa kỹ thuật ASTM.4,5

13 Từ khóa

13.1 thử nén; cư ờng độ nén; hạn chế nén; kiểm tra tải; mô đun đàn hồi ; độ lặp lại; Khả năng tái lập; đá; nén đơn trục; Mô đun Young

+ Tạp chí Địa kỹ thuật ASTM, “Chư ơ ng trình thử nghiệm liên phòng thí nghiệm đối với các đặc tính:

Vòng một- Vận tốc xung dọc và ngang, nén không giới hạn ° Tạp chí thử nghiệm địa kỹ thuật của ASTM, “Chư ởng trình thử nghiệm liên phòng thí nghiệm cho

Sức bền, Mô đun đơn trục và Độ bền kéo chia cắt” của Howard J Pincus, Tính chất của đá: Lực nén giới hạn vòng hai: Mô đun Young, Poisson

Tập 16, Số 1, tháng 3 năm 1993 và Phụ lục Tập 17, số 2, tháng 6 năm 1993; trang 138-163 Tỷ lệ và Sức mạnh tối thư gng9 của Howard J Pincus, Tập 19, số 3, tháng 9 năm 1996;

ASTM Quốc tế không có quan điểm tôn trọng hiệu lực của quyền sáng cHấếtiuk‡c dih"hú gtịrthđri@nbáoarðđártmucrằmggwiđầ o@pc định tính hợp

trong tiêu chuẩn này Người sử dụng tiêu chuẩn này là lệ của các quyền sáng chế đó và rủi ro hoàn

toàn là trách nRÿệRữtủa họ

YỈ phạm các quyền đó, là

Tiéu chuan nay co the gy gc ban kỹ thuật chịu trách đir#ệtkỳ ửàrđônănàoếtùidh@ntgbXidigễm sửa giải từ dood xảm xi đài và

hoặc đang hoặc nên đư ợcÝglájấến dủa 4#aquólưtớœ„aờETw a đổi tiêu chuẩn này để có thêm các tiêu chuẩn Ý kiến của bạn sẽ đư ợc xem xét cẩn thận tại cuộc họp của ủy ban kỹ thuật có trách nhiệm, thông báo tham dU sạn có thể theo Tiêu chuẩn cole ao, tihâyn# nằm đóa£ lư a du gc lang nghe công bang thi nên quan điểm cho Ủy ban ASTM của bạn về

Hoa Kỳ Các bản in lại riêng lẻ (nhiều bản) của tiêu chuabPaiays ete thế slisdjgs 1lắenbằngi rác†o-äs2êns hệ (ớïi, A@Mficdgaem địa chỉ trên