Том 337 № 3 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/3/5097
Оценка влияния формы испытательного образца хлоридных пород на точность определения предела прочности на одноосное сжатие
испытательных образцов хлоридных пород на точность определения предела прочности при одноосном сжатии, что имеют существенную значимость для обеспечения безопасности ведения горных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей. Понимание степени этого влияния, а также определение и использование переходных зависимостей между образцами с различным коэффициентом формы позволяет минимизировать погрешности при проектировании и эксплуатации подземных сооружений. Цель. Качественная и количественная оценка влияния формы и соотношения линейных размеров образцов (высота/диаметр или высота/сторона квадрата) на предел прочности при одноосном сжатии для двух литотипов хлоридных пород – каменной соли и сильвинита – с учетом типа поперечного сечения (круглое или квадратное). Методы. Лабораторные испытания на одноосное сжатие с использованием автоматизированного комплекса «АСИС», статистическая обработка данных, аппроксимация степенными зависимостями. Результаты и выводы. Установлено, что зависимость предела прочности от относительной высоты образца (h/d или h/a) различна для каменной соли и сильвинита, а также зависит от типа поперечного сечения. Для сильвинита с квадратным сечением наблюдается наиболее значительное увеличение прочности при уменьшении h/a, в то время как для каменной соли полученные кривые в координатах относительной прочности и соотношения линейных размеров для круглого и квадратного сечений схожи. Показано, что применение обобщенных зависимостей приводит к погрешностям свыше 10 %, особенно при испытаниях образцов сильвинита. Предложены специализированные формулы для пересчета прочности с учетом литологии и типа сечения, обеспечивающие более точные значения параметра прочности. Результаты исследования подчеркивают необходимость раздельного учета геометрических параметров образцов при испытаниях хлоридных пород для повышения достоверности геомеханических расчетов.
Для цитирования: Оценка влияния формы испытательного образца хлоридных пород на точность определения предела прочности на одноосное сжатие. А.И. Рысин, А.С. Нуртдинов, Н.А. Румянцева, А.М. Лебедева. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2026, Т. 337, № 3, С. 192–201. https://doi.org/10.18799/24131830/2026/3/5097
Ключевые слова:
хлоридные породы, сильвинит, каменная соль, предел прочности, коэффициент формы, форма поперечного сечения
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зубов В.П., Смычник А.Д. Снижение рисков затопления калийных рудников при прорывах в горные выработки подземных вод. Записки Горного института, 2015, Т. 215, С. 29–37.
2. Громцев К.В. Обеспечение безопасности разработки калийных пластов и сохранение целостности водозащитной толщи. Горный информационно-аналитический бюллетень, 2017, № S5-2, С. 34–41.
3. Калийная промышленность России: проблемы рационального и безопасного недропользования. А.А. Барях, Э.В. Смирнов, С.Ю. Квиткин, Л.О. Тенисон. Горная промышленность, 2022, № 1, С. 41–50. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-1-41-50.
4. Андрейко С.С., Литвиновская Н.А. Локальный прогноз зон, опасных по газодинамическим явлениям из почвы горных выработок пласта АБ на южной части шахтного поля БКПРУ-4 Верхнекамского месторождения калийных солей. Горный информационно-аналитический бюллетень, 2013, № 4, С. 205–211.
5. Андрейко С.С. Современное состояние проблемы газодинамических явлений на действующих и вводимых в эксплуатацию калийных рудниках. Горное эхо, 2019, № 2 (75), С. 82–89. DOI: 10.7242/echo.2019.2.20.
6. Лукьянец Е.В., Бобров Д.А. Механизм образования очагов газодинамических явлений в складчатых структурах калийных пластов. Горное эхо, 2020, № 2 (79), С. 106–114. DOI: 10.7242/echo.2020.2.21.
7. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей и их влияние на инженерно-геологические условия. Современные проблемы науки и образования, 2011, № 5, С. 146–153.
8. Филатов В.В., Болотнова Л.А. О сейсмичности Верхнекамского месторождения калийных солей. Известия высших учебных заведений. Горный журнал, 2020, № 1, С. 60–67. DOI: 10.21440/0536-1028-2020-1-60-67.
9. Чайковский И.И. Механизмы реализации соляной тектоники на Верхнекамском месторождении, Пермский край. Металлогения древних и современных океанов-2014. Двадцать лет на передовых рубежах геологии месторождений полезных ископаемых. Научное издание. Миасс: Институт Минералогии УрО РАН, 2014. С. 23–27.
10. Чайковский И.И. Типизация основных механизмов соляной тектоники мира: Верхнекамское месторождение как эталон многоэтапного гравитационного скольжения. Вестник пермского научного центра, 2013, № 1, С. 18–37.
11. Effect of strain rate on the mechanical properties of salt rock. W.G. Liang, Y.S. Zhao, S.G. Xu, M.B. Dusseault. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2011, Vol. 48, P. 161–167. DOI: 10.3724/SP.J.1235.2012.00054.
12. Experimental investigation of mechanical properties of bedded salt rock. W. Liang, C. Yang, Y. Zhao, M.B. Dusseault, J. Liu. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2007, vol. 44, № 3, P. 400–411. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2006.09.007.
13. Kolano M., Flisiak D., Comparison of geo-mechanical properties of white rock salt and pink rock salt in Kłodawa salt diaper. Studia Geotechnica et Mechanica, 2013, Vol. 35, № 1, P. 119–127. DOI: 10.2478/sgem-2013-0010.
14. Study on the mechanism of roof collapse and leakage of horizontal cavern in thinly bedded salt rocks. Z. Zhang, D. Jiang, W. Liu, J. Chen et al. Environ. Earth, 2019, Sci. 78, 10, 292. DOI: 10.1007/s12665- 019-8292-2.
15. A three-dimensional numerical investigation of the fracture of rock specimens containing a pre-existing surface flaw. Z.Z. Liang, H. Xing, S.Y. Wang, D.J. Williams, C.A. Tang. Computers and Geotechnics, 2012, Vol. 45, P. 19–33. DOI: 10.1016/j.compgeo.2012.04.011.
16. Mechanical behavior and fracture evolution mechanism of composite rock under triaxial compression: insights from three-dimensional DEM modeling. Y. Song, S.Q. Yang, K.S. Li, P.F. Yin, P.Z.P. Shad et al. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2023, Vol. 56, P. 7673–7699. DOI: 10.1007/s00603-023-03443-8.
17. Analysis of damage characteristics and energy evolution of salt rock under triaxial cyclic loading and unloading. Hao Lin, Jianfeng Liu, Jianxiong Yang, Lina Ran, Guosheng Ding, Zhide Wu, Cheng Lyu Yu Bian. Journal of Energy Storage, 2022, Vol. 56, Part B. DOI: 10.1016/j.est.2022.106145.
18. The impact of soft interlayers on the mechanical behavior of bedded salt rock. W. Liang, Y. Zhao, S. Xu, M.B. Dusseault. Mechanical Behavior of Salt VII, 2012, P. 23–30.
19. ASTM D4543-08 Standard practices for preparing rock core as cylindrical test specimens and verifying conformance to dimensional and shape tolerances. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2008. 9 p. DOI: 10.1520/D4543-08.
20. Kashfi M., Shad S., Zivar D. Evaluation of sample scale effect on geomechanical tests. Petroleum Research, 2022, Vol. 7, P. 527–535. DOI: 10.1016/j.ptlrs.2022.01.003.
21. ГОСТ 21153.2-84. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии. М.: Изд-во стандартов, 1984. 8 с.
22. Рысин А.И., Тюпин В.Н. Влияние геометрической формы образцов сильвинита на значение их прочности при одноосном сжатии для горно-геологических условий Палашерского участка Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Маркшейдерия и недропользование, 2024, № 3, С. 67–71.
23. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей. Пермь: ГИ УрО РАН, 2014. 130 с.
REFERENCES
1. Zubov V.P., Smychnik A.D. Reducing the risks of flooding in potash mines during underground water breakthroughs into mine workings. Journal of mining institute, 2015, vol. 215, pp. 29–37. (In Russ.)
2. Gromtsev K.V. Ensuring the safety of potash seam mining and preserving the integrity of the water-protective stratum. Mining informational and analytical bulletin, 2017, vol. S5-2, pp. 34–41. (In Russ.)
3. Baryakh A.A., Smirnov E.V., Kvitkin S.Yu., Tenison L.O. Russia’s potash industry: Problems of rational and safe subsoil use. Mining Industry, 2022, vol. 1, pp. 41–50. (In Russ.) DOI: 10.30686/1609-9192-2022-1-41-50.
4. Andreyko S.S., Litvinovskaya N.A. Local prediction of zones hazardous for gas-dynamic phenomena from the floor of mine workings in the AB seam in the southern part of the BKPRU-4 mine field of the Verkhnekamsk potash salt deposit. Mining informational and analytical bulletin, 2013, vol. 4, pp. 205–211. (In Russ.)
5. Andreyko S.S. Current state of gas-dynamic phenomena in operating and newly commissioned potash mines. Gornoe Ekho, 2019, vol. 2 (75), pp. 82–89. (In Russ.) DOI: 10.7242/echo.2019.2.20.
6. Lukyanets E.V., Bobrov D.A. Mechanism of gas-dynamic phenomena in folded structures of potash seams. Gornoe Ekho, 2020, vol. 2 (79), pp. 106–114. (In Russ.) DOI: 10.7242/echo.2020.2.21
7. Kopylov I.S. Geodynamically active zones of the Verkhnekamsk potassium-magnesium salt deposit and their influence on engineering-geological conditions. Modern problems of science and education, 2011, vol. 5, pp. 146–153. (In Russ.)
8. Filatov V.V., Bolotnova L.A. On the seismicity of the Verkhnekamsk potash salt deposit. News of higher educational institutions. Mining magazine, 2020, vol. 1, pp. 60–67. (In Russ.) DOI: 10.21440/0536-1028-2020-1-60-67.
9. Chaykovskiy I.I. Mechanisms of salt tectonics in the Verkhnekamsk deposit, Perm Krai. Metallogeny of ancient and modern oceans–2014. Twenty Years at the Frontline of Geology of Mineral Deposits. Scientific edition. Miass, Institute of Mineralogy UB RAS Publ., 2014. pp. 23–27. (In Russ.)
10. Chaykovskiy I.I. Typification of the main mechanisms of salt tectonics worldwide: The Verkhnekamsk deposit as a benchmark of multistage gravitational sliding. Bulletin of the Perm Scientific Center, 2013, vol. 1, pp. 18–37. (In Russ.)
11. Liang W.G., Zhao Y.S., Xu S.G., Dusseault M.B. Effect of strain rate on the mechanical properties of salt rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2011, vol. 4, pp. 161–167. DOI: 10.3724/SP.J.1235.2012.00054.
12. Liang W., Yang C., Zhao Y., Dusseault M.B., Liu J., Experimental investigation of mechanical properties of bedded salt rock. Int. J. Rock Mech, 2007, vol. 44, no. 3, pp. 400–411. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2006.09.007.
13. Kolano M., Flisiak D. Comparison of geo-mechanical properties of white rock salt and pink rock salt in Kłodawa salt diaper. Studia Geotechnica et Mechanica, 2013, vol. 35, no. 1, pp. 119–127. DOI: 10.2478/sgem-2013-0010.
14. Zhang Z., Jiang D., Liu W., Chen J. Study on the mechanism of roof collapse and leakage of horizontal cavern in thinly bedded salt rocks. Environ. Earth, 2019, vol. 78, no. 10, pp. 292. DOI: 10.1007/s12665- 019-8292-2.
15. Liang Z.Z., Xing H., Wang S.Y., Williams D.J., Tang C.A. A three-dimensional numerical investigation of the fracture of rock specimens containing a pre-existing surface flaw. Computers and Geotechnics, 2012, vol. 45, pp. 19–33. DOI: 10.1016/j.compgeo.2012.04.011.
16. Song Y., Yang S.Q., Li K.S., Yin P.F., Shad P.Z.P. Mechanical behavior and fracture evolution mechanism of composite rock under triaxial compression: insights from three-dimensional DEM modeling. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2023, vol. 56, pp. 7673–7699. DOI: 10.1007/s00603-023-03443-8.
17. Hao Lin, Jianfeng Liu, Jianxiong Yang, Lina Ran, Guosheng Ding, Zhide Wu, Cheng Lyu Yu Bian. Analysis of damage characteristics and energy evolution of salt rock under triaxial cyclic loading and unloading. Journal of Energy Storage, 2022, vol. 56, Part B. DOI: 10.1016/j.est.2022.106145.
18. Liang W., Zhao Y., Xu S., Dusseault M.B. The impact of soft interlayers on the mechanical behavior of bedded salt rock. Mechanical Behavior of Salt VII, 2012, pp. 23–30.
19. ASTM D4543-08 standard practices for preparing rock core as cylindrical test specimens and verifying conformance to dimensional and shape tolerances. West Conshohocken, PA, ASTM International, 2008. 9 p. DOI: 10.1520/D4543-08.
20. Kashfi M., Shad S., Zivar D. Evaluation of sample scale effect on geomechanical tests. Petroleum Research, 2022, vol. 7, pp. 527–535. DOI: 10.1016/j.ptlrs.2022.01.003.
21. SS 21153.2-84. Methods for determining uniaxial compressive strength. Moscow, Gosstandart of the USSR Publ., 1984. 8 p.
22. Rysin A.I., Tyupin V.N. Influence of the geometric shape of sylvinite samples on their uniaxial compressive strength under mining-geological conditions of the Palashersky area of the Verkhnekamsk potassium-magnesium salt deposit. Surveying and subsurface use, 2024, no. 3, pp. 67–71. (In Russ.)
23. Guidelines for protecting mines from flooding and safeguarding undermined facilities at the Verkhnekamsk potassium-magnesium salt deposit. Perm, GI Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Publ., 2014. 130 p. (In Russ.)
