Национальной академии наук республики казахстан

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
32  
 
Рисунок 3 – Кривые хи-квадрат распределений для трех и четырех степеней свободы при разных значениях 
коррелированности биометрических данных 
 
Из рисунка 3 видно, что хи-квадрат распределения зависимых данных имеют математические 
ожидания точно совпадающее с числом его степеней свободы: 
m
))
r
,
m
(
(
E
2


                  (4) 
Свойство (4) распределения 
)
r
,
m
(
2

 сохраняется для любых значений коэффициентов равной 
коррелированности.  Во  всем  остальном  поведение  плотностей  зависимых  распределений 
))
0
r
,
m
(
(
p
2


  и  не  зависимых  плотностей 
))
0
r
,
m
(
(
p
2


  сильно  отличаются.  По  мере 
увеличения коррелированности данных фактически происходит частичная  утрата числа степеней 
свободы.  
Тем не менее, зная число степеней свободы (число столбцов у классической или «сглаженной» 
гистограммы) и, соответствующий ей коэффициент равной коррелированности данных мы всегда 
можем  скорректировать  критерий  хи-квадрат  проверки  статистических  гипотез.  Тем  самым  мы 
можем существенно увеличить достоверность оценок проверки статистических гипотез.  
Решение 
обратной 
задачи 
определения 
коррелированности 
данных 
заданным 
«сглаживающим» фильтром. 
Получается,  что  число  степеней  свободы  может быть  существенно  увеличенно,  что  является 
положительным  фактором.  Однако  при  этом  растет  коррелированность  данных,  что 
отрицательным  фактором  снижающим  эффективность  расчетов.  Необходимо  искать  оптимум. 
Оптимум  может  быть  найден,  если  мы  будем  менять  параметры  сглаживающего  фильтра  (число 
микро  квантов,  ширину  окна  усреднения)  и  параллельно  просчитывать  квантили  хи-квадрат 
критерия проверки статистических гипотез для разного значения степеней свободы.  
Задача  оптимизации  была  бы  простой,  если  бы  мы  умели  оценивать  значения  равной 
коррелированность  данных  на  выходе  сглаживающего  фильтра.  Выражение  (1)  для  этой  цели  не 
подходит  из-за  его  приближенного  характера.    Более  точно  решить  задачу  оценки  равной 
коррелированности 
данных 
удается, 
если 
осуществить 
многократное 
имитационное 
моделирование  работы  «сглаживающего»  гистограмму  цифрового  фильтра.  Схема  численного 
эксперимента приведена на рисунке 4. 
 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
33 
 
Рисунок 4– Накапливание данных, позволяющих оценить коэффициент равной коррелированности 
«сглаживающего» фильтра 
 
В  соответствии  с  блок-схемой  рисунка  4  необходимо  многократно  синтезировать  выборку 
нормальных  данных  (n=8  для  рассмотренного  выше  случая).  Далее  по  8  отсчетам  следует 
синтезировать  классическую  гистограмму.  Далее  следует  осуществить  сглаживание  данных, 
получив  гистограмму  с  m=20  степенями  свободы  (рис.2).    Параллельно  необходимо  вычислять 
математическое  ожидание  -  E(xn)  и  среднеквадратическое  отклонение 

(xn)  входных  данных. 
Располагая  этими  данными,  следует  найти  значение  хи-квадрат  критерия. Повторив  многократно 
перечисленные выше операции, получим плотность распределения значений p(

2(m, r)) отличную 
от  классического  распределения  Пирсона.    После  этого  достаточно  обратиться  к  заранее 
вычисленным таблицам распределений p(

2(m, r)) для поиска ближайшего распределения.  
В  итоге  мы  имеем  оценку  равнокоррелированности  данных,  вносимых  усредняющим 
фильтром, работа которого иллюстрируется рисунком 2.    
Выводы.  Таким  образом,  задача  искусственного  увеличения  числа  степеней  свободы  при 
использовании  хи-квадрат  критерия  согласия  является  корректной  и  вполне  может  быть 
реализована  в  современных  программных  пакетах  статистической  обработки  биометрических 
данных. 
 
ЛИТЕРАТУРA 
 
[1]
 
Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика для инженеров и научных работников. М.: ФИЗМАТЛИТ, 
2006 г., 816 с. 
[2]
 
Волчихин  В.И.,  Иванов  А.И.,  Фунтиков  В.А.,  Назаров  И.Г.,  Язов  Ю.К.  Нейросетевая  защита  персональных 
биометрических данных. // М.: Радиотехника, 2012, 157 с., ISBN 978-5-88070-044-8. 
[3]
 
B. Akhmetov, A. Doszhanova, A. Ivanov, T. Kartbaev and A.Malygin. Biometric Technology in Securing the Internet 
Using  Large  Neural  Network  Technology.  //  World  Academy  of  Science,  Engineering  and  Technology.  Issue  79,  July,  2013,  
Singapore, p. 129-138, pISSN 2010-376X, eISSN 2010-3778, www.waset.org. 
[4]
 
Иванов  А.И.,  Кисляев  С.Е.,  Гелашвили  П.А.  Искусственные  нейронные  сети  в  биометрии,  медицине, 
здравоохранении. Самара: ООО «Офорт», 2004, 236 с. 
[5]
 
ГОСТ Р 52633.5-2011  «Защита  информации.  Техника  защиты  информации.  Автоматическое  обучение 
нейросетевых преобразователей биометрия-код доступа» 
[6]
 
B. Akhmetov, A. Ivanov, V. Funtikov, I. Urnev. Evaluation of Multidimensional Entropy on Short Strings of Biometric 
Codes with Dependent Bits. // «Progress in Electromagnetics Research Symposium» PIERS Proceedings, August 19-23, Moscow, 
RUSSIA 2012, p.66-69. 
[7]
 
Ахметов  Б.С.,  Надеев  Д.Н.,  Урнев  И.В.  Сериков  И.В.  Аппроксимация  биномиального  зависимого  закона 
композициями 
нормального, 
равномерного, 
арксинусного 
распределения 
значений. 
М.: 
Радиотехника, 
«Нейрокомпьютеры: разработка, применение», №3, 2012. С. 17-20.   
[8]
 
Ахметов  Б.С.,  Иванов  А.И.,  Урнев  И.В.,  Сериков  И.В.,  Газин  А.И.  Оценка  значений  числа  степеней  свободы 
статистик описания выходного кода преобразователя биометрия-код при использовании распределения 

2. Алматы: Изд-
во КазНТУ имени К.И. Сатпаева, http://portal.kazntu.kz/files/publicate/2013-04-05-elbib.pdf 
[9]
 
Фунтикова  Ю.В.,  Иванов  А.И.,  Захаров  О.С.  Гипотеза 

2  распределения  расстояний  Хэмминга  для  кодов 
биометрической  аутентификации  примеров  образа  «Свой».  //  Труды  научно-технической  конференции  кластера 
Генератор 
случай
ных 
дан
ных
 
Синтез 
кла
сс
ич
еск
ой 
гисто
грам
мы
 
n 
«С
глажив
ан
ие» 
 
гисто
грам
мы
 
n/2 
Расчет
 хи
-квадр
ат 
крит
ер
ия
 
m 
E(xn),  

(xn) 
Накопитель 
статистики 
 
p(

2(m, r)) 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
34  
пензенских  предприятий,  обеспечивающих  БЕЗОПАСНОСТЬ  ИНФОРМАЦИОННЫХ  ТЕХНОЛОГИЙ.  Пенза:  Изд-во 
Пензенского гос. ун-та, 2014. Том 9, , с. 7-8., http://www.pniei.penza.ru/RV-conf/T9/С7. 
 
REFERENCES 
 
[1]
 
Kobzar’ A.I. Prikladnaya matematicheskaya statistika dlya inzhenerov i nauchnyh rabotnikov.  М.: Fizmatlit, 2006 g., 
816 s. 
 
[2]
 
Volchihin  V.I.,  Ivanov  A.I.,  Funtikov  V.A.,  Nazarov  I.G.,  Yazov  Yu.K.  Neirosetevaya  zawita  personalnih 
biometricheskih dannyh. // М.: Radiotehnika, 2012, 157 p., ISBN 978-5-88070-044-8. 
[3]
 
B. Akhmetov, A. Doszhanova, A. Ivanov, T. Kartbaev and A.Malygin. Biometric Technology in Securing the Internet 
Using  Large  Neural  Network  Technology.  //  World  Academy  of  Science,  Engineering  and  Technology.  Issue  79,  July,  2013,  
Singapore, p. 129-138, pISSN 2010-376X, eISSN 2010-3778, www.waset.org. 
[4]
 
Ivanov  A.I.,  Кislyaev  S.Е.,  Gelashvili  P.А.  Iskusstvennie  neironnye  seti  v  biometrii,  medicine,  zdravoohranenii. 
Samara: ООО «Оfort», 2004, 236 p. 
[5]
 
GOST  R  52633.5-2011  «Zashhita  informacii.  Tehnika  zashhity  informacii.  Avtomaticheskoe  obuchenie  nejrosetevyh 
preobrazovatelej biometrija-kod dostupa» 
[6]
 
B. Akhmetov, A. Ivanov, V. Funtikov, I. Urnev. Evaluation of Multidimensional Entropy on Short Strings of Biometric 
Codes with Dependent Bits. // «Progress in Electromagnetics Research Symposium» PIERS Proceedings, August 19-23, Moscow, 
RUSSIA 2012, p.66-69. 
[7]
 
Ahmetov B.S., Nadeev D.N., Urnev I.V. Serikov I.V. Approksimacija binomial'nogo zavisimogo zakona kompozicijami 
normal'nogo,  ravnomernogo,  arksinusnogo  raspredelenija  znachenij.  M.:  Radiotehnika,  «Nejrokomp'jutery:  razrabotka, 
primenenie», №3, 2012. S. 17-20.   
[8]
 
Ahmetov  B.S.,  Ivanov  A.I.,  Urnev  I.V.,  Serikov  I.V.,  Gazin  A.I.  Ocenka  znachenij  chisla  stepenej  svobody  statistik 
opisanija  vyhodnogo  koda  preobrazovatelja  biometrija-kod  pri  ispol'zovanii  raspredelenija 

2.  Almaty:  Izd-vo  KazNTU  imeni 
K.I. Satpaeva, http://portal.kazntu.kz/files/publicate/2013-04-05-elbib.pdf 
[9]
 
Funtikova  Ju.V.,  Ivanov  A.I.,  Zaharov  O.S.  Gipoteza 

2  raspredelenija  rasstojanij  Hjemminga  dlja  kodov 
biometricheskoj  autentifikacii  primerov  obraza  «Svoj».  //  Trudy  nauchno-tehnicheskoj  konferencii  klastera  penzenskih 
predprijatij,  obespechivajushhih BEZOPASNOST''  INFORMACIONNYH  TEHNOLOGIJ.  Penza:  Izd-vo  Penzenskogo  gos.  un-
ta, 2014. Tom 9, , s. 7-8., http://www.pniei.penza.ru/RV-conf/T9/С7. 
 
ХИ-КВАДРАТ КЕЛІСІМ КРИТЕРИІ БОЙЫНША БИОМЕТРИЯЛЫҚ ДЕРЕКТЕРДІ 
ТАЛДАУ КЕЗІНДЕ БОСТАНДЫҚ ДӘРЕЖЕЛЕР САНЫН ЖАСАНДЫ ЖОҒАРЛАТУ 
АЛГОРИТМІ 
 
Б.С. Ахметов1,  А.И. Иванов2, Н.И. Серикова3,  Ю.В. Фунтикова3 
 
Тірек  сөздер:  биометриялық  деректерді  таңдау,  жасанды  нейронды  желілер,  статистикалық 
гипотезалардың шынайлығын бағалау, хи-квадрат критерийі. 
Аннотация.  Хи-квадрат  критериін  қолдану    кезінде  еркіндіктің  дәрежесінің  санын  жасанды 
көбейту есебі қарастырылған. 
 
Поступила 08.08.2014 г. 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
35 
BULLETIN OF NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES  
OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN 
ISSN 1991-3494 
Volume  5,   Number   5(2014),  35 – 42 
 
 
UDC: 541.13 
 
DEVELOPMENT OF A CHEMICAL SOURCE OF CURRENT  
WHEN USING TITANIUM ELECTRODE 
 
A. B. Baeshov, Z. M. Mussina,A.E. Konurbaev, M. Zh. Zhurinov 
bayeshov@mail.ru 
D.V.Sokolskii Institute of Organic Catalysis & Electrochemistry, JSC, Almaty 
 
Key words: Galvanic cells, electromotive force (EMF), short-circuit current (SCC). 
Abstract. This paper proposes a method for the development of available chemical current source (CCS) using 
the "titanium – graphite” galvanic couple. The values of the electromotive force (EMF) and the short-circuit current 
(SCC) are determined, forming between the "titanium – graphite” electrodes. 
The  values  of  electromotive  force    (EMF)  and  short-circuit  current  (SCC)  in  a  chain  of  the  CCS  are  defined. 
Electromotive force of the current source is investigated in a water solution of iron sulphates and sodium fluoride, at 
the  room  temperature,  in  absence  of  external  loading.  Thus  maximum  value  of  electromotive  force  (EMF)  was  - 
1100 mV , in solution FeSO4 - 5 g/l, Fe2(SO4)3 – 30 g/l, NaF - 5 g/l,  H2SO4 – 50 g/l. 
Now  chemical  current  source  (CCS)  is  used  in  all  the  areas  of  technics  and  national  economy.  The  chemical 
sources of a current continue to play the big role in the various branches of a science and technics. In some areas, for 
example, in the portable radio-electronic equipment and communication equipment, they occupy absolutely  special 
position  as  in  these  cases  having  no  substitutes  to  itself.    It  is  impossible  to  imagine  a  life  of  the  modern  society 
which is not using the chemical sources of a current. The CSC is a device in which chemical energy directly turns to 
the electric. A basis of the CSC work is oxidation-reduction   reactions to electrodes. In the course of interaction the 
oxidizer, being reduced, attaches the electrons, and the reducer, being oxidized, gives electrons. 
 
УДК: 541.13 
 
ТИТАН ЭЛЕКТРОДЫН ҚОЛДАНУ АРҚЫЛЫ  
ХИМИЯЛЫҚ ТОК КӨЗІН ЖАСАУ 
 
А.Б. Баешов, З.М. Мусина, А.Е. Қоңырбаев, М. Ж. Жұрынов 
 
«Д.В.Сокольский атындағы органикалық катализ және электрохимия институты»  АҚ, Алматы қаласы 
 
Тірек сөздер: Гальваникалық элемент, электр қозғаушы күш (ЭҚК), қысқа тұйықталған ток (ҚТТ). 
Аннотация.  Мақалада  «титан  –  графит» гальваникалық жұбын  қолдану арқылы  қарапайым химиялық 
ток көзін (ХТК) жасау ұсынылған. «Титан  – графит» электродтары арасында туындайтын электр қозғаушы 
күштің (ЭҚК) және тізбектегі қысқа тұйықталған токтың (ҚТТ) мәндері анықталды. 
 
Қазіргі қоғамда химиялық ток көздерін қолдану кең өріс алуда. Ол, алуан түрлі электрондық 
аппараттарды    (компьютер,  радиотелефон,  ұялы  телефон  және  т.б.)  қоректендіру  үшін 
қолданылатын автономды электр энергияның негізгі көзі болып табылады [1-4]. 
 Көп  жағдайда,  ХТК  жасауда  электр  қозғаушы  күш  (ЭҚК)  пен  сәйкесінше  жұмыс  күші 
мәндерінің  жоғары  болуына  аса  мән  береді.  Сондықтан,  тотықтырғышты  таңдаған  кезде 
электродтық  потенциалы  анағұрлым  оң  мәнін,  ал  тотықсыздандырғышты  –  теріс  мәндеріне  ие 
материалдар  алынады  [5-10].  Біздің  жағдайымызда  ХТК  жасауда,  анод  материалы  ретінде  титан 
электродын қолдандық. Оның стандартты электродтық потенциалы теріс мәнге ие, сонымен қатар 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
36  
эквивалентті салмағы мен көлемі аз болып келеді. Осы көрсеткіштер химиялық ток көзін жасаудың 
негізгі талаптарына сәйкес келеді. 
«Д.  В.  Сокольский  атындағы  органикалық  катализ  және  электрохимия  институтындағы», 
«Электрохимиялық  технологиялар»  зертханасының  қызметкерлері  химиялық  ток  көздерін  жасау 
бағытында  бірқатар  ғылыми  еңбектері  жүргізіліп  жатыр  [11-14].  Жүргізілген  жұмыстардың 
нәтижелерінің  ғылыми  және  практикалық  құны  зор.  Зерттеу  жұмыстарының  нәтижелері,  темір  – 
графит,  қорғасын  –  графит,  титан  –  графит,  Fe2O3  –  Fe  жүйесін  қолдана  отырып  ХТК  алудың 
қарапайым  тәсілдерін  жасау  мүмкіншіліктерін  көрсетіп,  олардың  жаңалығы  ҚР  алдын-ала 
патентімен қорғалған. 
Титан  және  оның  қосылыстары  атмосфералық  жағдайда  коррозиялық  тұрақтылық  қасиетін 
көрсетеді.  Титанның  аса  күшті  коррозиялық  тұрақтылық  қасиеті,  оның  металл  бетінде  өте  жұқа, 
инертті  оксидтік  қабатының  болуымен  түсіндіріледі.  Қиын  балқитын  металдардың 
электрохимиялық  қасиеттерінің  бір  ерекшелігі  –  олар  ион  түрінде  ерітіндіге  өтпей,  оксидтік 
қабатпен  пассивтеліп  қалады  [15].  Титанның  бетінде  жоғары  төзімділік  көрсететін  оксидтік 
қабаттың  түзілуі  оның  коррозияға  тұрақтылық  қасиетін  арттырады.  Бірақ,  активаторлардың 
қатысында  (иод,  хлор  және  фтор  иондары)  пассивті  қабаттың  бұзылуымен  және  коррозия 
жылдамдығының жоғарылауымен потенциал мәнінің өсу мүмкіншіліктері туады.  
Л.Л.  Кузьмин,  А.М.  Агаповтың  ғылыми  еңбектерінде  [16]  титанның  фторсутек 
қышқылындағы коррозиялық және анодтық жағдайы туралы мәліметтер толық келтірілген.  
Активатор ретінде фтор иондарын қолданған кезде, титанның коррозия жылдамдығы өте тез 
өседі.  Бірақ,  концентрлі  фторсутек  қышқылында  титанның  коррозия  жылдамдығы  төмендейді. 
Мысалы, 40% ерітіндіге қарағанда, 60 – 70 % фторсутек қышқылының коррозия жылдамдығы 100 
есе  аз,  ол  титанның  бетінде  гидридтік  жұқа  қабаттың  түзілуімен  түсіндіріледі.  Оны  келесі 
теңдеумен көрсетуге болады: 
Ti + 2H+ + 2e → TiH2 
Бұл  жағдайда  коррозия  жылдамдығы  потенциалға  байланысты  болмайды,  ол  гидридтік 
қабаттың еру жылдамдығымен байланысты: 
TiH2+ 2H+ → Ti + + 2H2 
Біздің  жұмысымызда  «титан  –  графит»  гальваникалық  жұбын  қолдану  арқылы  құрылымы 
қарапайым ток көздерін жасауды ұсынып отырмыз.  
Құрамында  Fe  (II)  және  Fe  (III)  иондары  бар  натрий  фториді  ерітіндісінде  «титан  –  графит» 
гальваникалық  жүйесінде  түзілетін  электр  қозғаушы  күштің  түзілуіне  әртүрлі  параметрлердің 
әсерлері қарастырылды. Бұл гальваникалық жүйені төмендегідей етіп жазуға болады: 
Ti | Fe (II), Fe (III), H2SO4, NaF| С 
Ток көздері ретінде қолданылған титан электроды ерітіндіде элементтің теріс полюсі болса, ал 
графит - оң полюсі қызметін атқара алады. 
Графит  электродында  Fe  (II)  және  Fe  (III)  иондарының  ара  қатынасына  сәйкес  тотығу-
тотықсыздану потенциалы орнығады: 
Fe3+  + е ↔ Fe2+                          Е0 = + 0,771 В              (1) 
Фторид иондары бар ерітіндіге титан электродын салғанда төмендегідей тепе - теңдіктер орын 
алады: 
Ti + 6F- → TiF62- + 4 e                          E0 = - 1,19 B       (2) 
Теориялық  тұрғыдан  қарағанда  (1)  және  (2)  жартылай  реакциялар  нәтижесінде  «титан  – 
графит» гальваникалық жұбында түзілетін ЭҚК мәні 1961 мВ – қа тең болуы керек: 
Е = + 771 - ( - 1190)  = 1961 мB                                       (3) 
Тәжірибелер  сыйымдылығы  50  мл  ыдыста  жүргізілді.  Электрод  ретінде  титан  және  графит 
электродтары  қолданылды.  Электрод  кеңістіктері  бөлінбеген  және  электродтар  арасындағы 
арақашықтық 2 см-ге тең. Титан электродының ауданы 12,7 см2, ал графит электроды  – графитті 
стерженінен жасалған, ауданы – 6,47 см2  құрайды. 
1  –  кестеде  «титан  –  графит»    гальваникалық  жұбындағы  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндерінің  темірдің 
(III) иондарына тәуелділігі қарастырылған. Темір (III) ионының концентрациясын 30 г/л – ге дейін 
жоғарылатқан  кезде  ЭҚК  мәні  18  мВ  –  қа  дейін  көтеріліп,  одан  әрі  қарай  70  г/л–ге  дейін 
концентрацияны  жоғарылатқан  кезде  15  мВ  –  қа  дейін  аздап  төмендегенін  байқадық.  Осы 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
37 
жағдайды тұйықталған  ток мәнінен де байқауға болады, яғни ҚТТ  – ның жоғарғы көрсеткіші 30 
г/л-де - 0,03 мА болса, ал 70 г/л-де - 0,015 мА-ге дейін төмендейді. 
 
1  -  кесте.  «Титан  –  графит»  гальваникалық  жұбындағы  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндерінің  Fe2(SO4)3 
концентрациясына тәуелділігі 
 
Fe2(SO4)3,  
г/л 
10 
20 
30 
40 
50 
70 
E, mV 
0,6 
10 
18,0 
17,5 
16,2 
15,0 
I, mA 
0,005 
0,01 
0,03 
0,025 
0,020 
0,015 
Ескерту: FeSO4 - 0 г/л, τ – 15 мин 
 
Келесі зерттеу жұмысында темірдің (II) ионы тұрақты болған кездегі ЭҚК пен ҚТТ мәндеріне 
темірдің  (III)  иондарының  әсері  қарастырылған  (2–кесте).  Темірдің  (II)  ионы  ЭҚК  мәнінің 
өзгеруіне әсерін тигізетіні анықталды. Мысалы, темірдің (III) ионының 10 г/л–де - 0,6 мВ – ке тең 
болса, ал темірдің (II) ионының қатысында 6 есеге дейін (4 мВ) жоғарылағанын байқауға болады. 
Бірақ, бұл ҚТТ мәндеріне оншалықты әсерін тигізбейді. 
 
2  -  кесте.  «Титан  –  графит»    гальваникалық  жұбындағы  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндерінің  Fe2(SO4)3  
концентрациясына тәуелділігі 
 
Fe2(SO4)3, 
 г/л 
5 
10 
15 
20 
25 
30 
E, mV 
3,0 
4,0 
4,5 
5,2 
7,4 
9,0 
I, mA 
0,005 
0,005 
0,005 
0,01 
0,01 
0,01 
Ескерту, FeSO4 - 5 г/л,  τ - 15 мин 
 
Келесі 3 - кестеде темірдің (III) ионы тұрақты болған жағдайда ЭҚК пен ҚТТ мәндеріне темір 
(II)  иондарының  әсері  қарастырылған.  Кестеден  көрініп  тұрғандай,  темір  (II)  иондарының 
концентрациясы жоғарылаған сайын ЭҚК пен ҚТТ мәндерінің төмендегенін байқадық.  
Жүргізілген зерттеу жұмыстарының алынған нәтижелері, бейтарап ортада, яғни темір (II) және 
(III)  сульфат    иондарының  -  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндерінің  жоғарылауына  көп  әсерін  тигізбейтіндігі 
анықталды. 
 
3  -  кесте.  «Титан  –  графит»  гальваникалық  жұбындағы  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндерінің  FeSO4  концентрациясына 
тәуелділігі  
 
FeSO4, 
г/л 
1 
5 
10 
15 
20 
30 
E, mV 
4,0 
4,0 
3,5 
3,3 
2,7 
2,0 
I, mA 
0,01 
0,01 
0,01 
0,01 
0,01 
0,01 
Ескерту: Fe2(SO4)3 - 10 г/л,  τ - 15 мин 
 
4  –  кестеде  «титан  –  графит»    гальваникалық  жұбындағы  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндерінің  күкірт 
қышқылы иондарының концентрациясына тәуелділігі қарастырылған. Бұл тәжірибелер темірдің екі 
және  үш  валентті  иондарының  қатысында  жүргізілді  және  алдыңғы  бейтарап  ортада  жүргізілген 
зерттеу  жұмыстарына  қарағанда  ЭҚК  –  тің  мәні  3  -  4  есеге  жоғарылағанын,  яғни  күкірт 
қышқылының концентрациясы 10 г/л – де 12 мВ – тан, максимальді көрсеткіш 50 г/л – де 27 мВ – 
қа  дейін  көтеріліп,  концентрацияны  одан  әрі  100  г/л-ге  көбейткен  кезде  19  мВ  –  қа  дейін  сәл 
төмендесе,  ал  ҚТТ  мәні  керісінше  0,045  –  0,1  мА  аралықтарында  бірқалыпты  төмендегенін 
байқадық.   
 
 
4 - кесте. «Титан – графит» гальваникалық жұбындағы ЭҚК пен ҚТТ мәндерінің H2SO4 концентрациясына 
тәуелділігі 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
38  
 
H2SO4, г/л  0 
10 
20 
30 
40 
50 
100 
E, mV 
4 
12 
19 
21 
24 
27 
19 
I, mA 
0,005 
0,1 
0,1 
0,09 
0,08 
0,07 
0,045 
Ескерту, FeSO4 - 5 г/л, Fe2(SO4)3 - 10 г/л, τ - 15 мин 
 
1-суретте  «титан  -  графит»  гальваникалық  жұбындағы  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндеріне  5  –  15  г/л 
аралықтарында  алынған  NaF  концентрациясының  әсері  қарастырылған.  Зерттеу  нәтижелері 
бойынша ЭҚК мәні - 0,5 г/л – де 420 мВ, одан соң 1 г/л – де 520 мВ құраса, максималды көрсеткіші 
5  г/л  –  де  980  мВ  көрсетіп,  әрі  қарай  фторид  иондарының  концентациясын  10  –  15  г/л  
жоғарылатқан кезде 76 мВ – қа дейін төмендегенін байқадық (1а - сурет, 1 - қисық). Сәйкесінше, 
ҚТТ мәні де 5 г/л – де 11,5 мА – ге дейін көтеріліп,       15 г/л – де 0,25 мА – ге дейін төмендеді (2б - 
сурет,1 - қисық).  
Фторид  –  иондары  титанның  оксид  пленкасымен  әрекеттесіп,  титанның  еруіне  толық 
мүмкіншіліктер тудырады. 5 – кестеде фторид ионының концентрациясын 0,5 г/л – ден 15 г/л – ге 
дейін жоғарылатқан кездегі титанның  еру мөлшері көрсетілген.  
 
 
 
1 - сурет.  «Титан – графит»  гальваникалық жұбындағы ЭҚК (а) пен ҚТТ (б) мәндерінің NaF концентрациясына 
тәуелділігі: 
(FeSO4 - 5 г/л, Fe2(SO4)3 - 10 г/л, H2SO4 - 50 г/л; τ, мин: 1 - 5; 2 - 15; 3 – 30) 
 
5  -  кесте.  «Титан  –  графит»  гальваникалық  жұбындағы  NaF  концентрациясының  өзгеруіне  байланысты 
титанның еруі 
 
NaF, г/л 
0 
0,5 
1 
5 
10 
 
 
15 
∆ m, г 
0 
0 
0,0211 
0,0622 
0,1320 
0,1890 
Ескерту: FeSO4 - 5 г/л, Fe2(SO4)3 - 10 г/л, H2SO4 - 50 г/л 
 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
39 
Келесі тәжірибеде «титан – графит» гальваникалық  жұбындағы  ЭҚК пен ҚТТ мәндеріне 1 – 
50 г/л аралығында алынған күкірт қышқылы концентрациясының әсері қарастырылды. Алғашында 
күкірт қышқылы қатыспаған жағдайда, тек қана темірдің екі және үш валентті иондарымен қатар 
фторид  иондарының  қатысында  ЭҚК  мәні  125  мВ,  ҚТТ  мәні    0,16  мА  құрайды.  Кейін,  күкірт 
қышқылының концентрациясынан 1 г/л қосқанның өзінде ЭҚК мәні - 700 мВ көрсетіп 5 - 6 есеге 
дейін жоғарылағанын (2а - сурет, 1 - қисық), ал тұйықталған токтың мәні - 8,2 мА – ге жетіп, ҚТТ 
мәнінің 50 еседей жоғарылағанын байқадық (2б - сурет, 1 - қисық).   
Айта  кету  керек,  темірдің  екі  және  үш  валентті  және  фторид  иондарымен  қатар,  күкірт 
қышқылының  болуы,  «титан  –  графит»  системасында  пайда  болатын  ЭҚК  және  ҚТТ  мәндеріне 
айтарлықтай әсерін тигізетінін байқауға болады. 
 
 
 
2 - сурет.  «Титан – графит»  гальваникалық жұбындағы ЭҚК (а) пен ҚТТ (б) мәндерінің H2SO4 концентрациясына 
тәуелділігі: 
(FeSO4 - 5 г/л, Fe2(SO4)3 - 10 г/л, NaF - 5 г/л; τ, мин: 1 - 5; 2 - 15; 3 - 30) 
 
Титанның  қышқылдарда  еруінің  нәтижесінде,  ерітіндінің  түсі  бастапқы  кезде  күлгін  түске 
боялады  да,  қаныққан  ерітінді  кезінде  жасыл  түске  ауысады.  Бұл,  кейбір  әдебиеттерде 
көрсетілгендей  титан  (III)  тұздарының  ерітіндіде  гексагидрат  [Ti(H2O)6]3+    формасындағы 
аквакомплекстер  түрінде  болатындығын  растайды.  Концентрленген  қышқыл  ерітінділерінде,  бұл 
комплексті қосылыстың су молекуласының жартысы сульфотобына ауысатындықтан, ерітінді түсі 
күлгін түстен, жасыл түске ауысады [10].  
Зерттеу  кезінде,  ерітіндінің  құрамындағы  екі  валентті  темір  мен  фторид  иондарының  және 
күкірт қышқылының концентрациясы тұрақты болған кезде, үш валентті темір ионының ЭҚК пен 
ҚТТ  мәндеріне  әсері  зерттелінді  (3  -  сурет).  Зерттеу  нәтижесі  бойынша,  темір  (III)  иондарының 
концентрациясын  көбейткен  сайын,  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндерінің  жоғарылағанын  анықтадық.  Яғни, 
ЭҚК мәні - 5 г/л – де 720 мВ, 10 г/л – де - 980 мВ, 50 г/л – де - 1020 мВ көрсетсе (3а - сурет, 1 - 
қисық), сәйкесінше ҚТТ мәні де төмен концентрацияда 5,2 мА құраса, 10 г/л – де – 11,5 мА, ал 50 
г/л – де – 14,5 мА –ге дейін жоғарылайтындығы көрсетілген (3б - сурет, 1 - қисық). 
 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
40  
 
 
 
3 - сурет.  «Титан – графит»  гальваникалық жұбындағы ЭҚК (а) пен ҚТТ (б) мәндерінің Fe2(SO4)3 
концентрациясына тәуелділігі: 
(FeSO4 - 5 г/л, H2SO4 - 10 г/л, NaF - 5 г/л; τ, мин: 1 - 5; 2 - 15; 3 - 30) 
 
Келесі  суретте  «титан  –  графит»    гальваникалық  жұбындағы  ЭҚК  пен  ҚТТ  мәндерінің  екі 
валентті  темір  иондарының  концентрациясына  тәуелділігі  қарастырылған.  Қышқылды  ортада 
жүргізілген зерттеу нәтижелері бойынша, темірдің екі валентті иондарын 50 г/л-ге дейін көбейткен 
кезде,  электродтар  арасында  туындайтын  электр  қозғаушы  күш  мәнінің  оншалықты 
өзгермейтіндігін  көрсетеді.  Мәселен,  темір  (II)  ионының  концентрациясы  5  –  50  г/л  аралығында 
ЭҚК мәні 980 – 1060 мВ көрсетсе (4а–сурет, 1-қисық), ал ҚТТ мәні 8,0 ден 11,5 мА дейін өзгергені  
байқалды (4б–сурет, 1-қисық). 
 
 
 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
41 
 
 
 
4 - сурет.  «Титан – графит»  гальваникалық жұбындағы ЭҚК (а) пен ҚТТ (б) мәндерінің FeSO4 иондарының 
концентрациясына тәуелділігі: 
(Fe2(SO4)3 - 5 г/л, H2SO4 - 10 г/л, NaF - 5 г/л; τ, мин: 1 - 5; 2 - 15; 3 - 30) 
 
Жүргізілген  зерттеу  нәтижелері  бойынша  қорыта  айтатын  болсақ,  фторид  ионы  бар  күкірт 
қышқылы ортасында «титан  – графит» және Fe (II)  – Fe (III)  тотығу  – тотықсыздану системасын 
қолдана отырып қарапайым ток көздерін жасауға болатындығы көрсетілді. ЭҚК – тің максимальді 
мәні мынадай құрамдағы ерітінділерде байқалады: FeSO4  - 5 г/л, Fe2(SO4)3 – 30 г/л, NaF - 5 г/л,  
H2SO4 – 50 г/л және оның мәні 1100 мВ құрайтындығы анықталды.  
 
ӘДЕБИЕТ 
 
[1]
 
Багоцкий В. С., Скундин А. М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с. 
[2]
 
Багоцкий  В.  С.,  Флеров  В.  Н.  Новейшие  достижения  в  области  химических  источников  тока,  М.  –  Л., 
Госэнергоиздат, 1963. -  256 с.  
[3]
 
Нижниковский  Е.А.,  Шимченко  В.А.,  Кузовов  В.В.  Обеспечение  резервного  электропитания  автономной 
радиоэлектронной аппаратуры длительного действия. Электрохимическая энергетика. 2000. № 1. - 68–73 с. 
[4]
 
Романов В. В., Хашев Ю. М. Химические источники тока. Изд-во «Советское радио», 1968.  - 384 с. 
[5]
 
Таганова А. А., Пак И. А. Герметичные химические источники тока для портативной аппаратуры: Справочник. 
– СПб.: ХИМИЗДАТ, 2003. – 208 с. 
[6]
 
Миомандр Ф., Садки С., Одебер П., Меалле–Рено Р. Электрохимия, Москва: Техносфера, 2008. – 360 с. 
[7]
 
Бахчисарайцьян Н. Г., Борисоглебский Ю. В., Буркат Г. К. и др. Практикум по прикладной электрохимии. Л.: 
Химия, 1990. – 304 с.   
[8]
 
Коровин Н. В. Электрохимическая энергетика. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 264 с. 
[9]
 
Эрдей – Груз Т. Химические источники энергии. М., «Мир», 1974. –304 с. 
[10]
 
Зарецкий С. А., Сучков В. Н., Животинский П. Б. Электрохимическая технология неоргани’/ческих веществ и 
химические источники тока: Учебник для учащихся техникумов. – М.: Высш. школа, 1980. – 423 с.  
[11]
 
Иннов.патент  №  22448  РК.  Химический  источник  тока  /  Баешов  А.Б.,  Асабаева  З.К.,  Баешова  С.А.,  Баешова 
А.К., Тойшибекова Г.С.; опубл. Бюл. -№ 4, 2010. 
[12]
 
Ә.  Баешов,  А.К.  Баешова,  А.  Қоңырбаев,  А.  Дәулетбаев.  «Темір  –графит»  гальваникалық  жұбындағы  электр 
қозғаушы күштің түзілуі // Известия НАН РК. Серия химии и технологии. 2012. № 5. 12 - 16 б. 
[13]
 
Ә.  Б.  Баешов,  З.  М.  Мусина,  А.  Е.  Қоңырбаев.  Тeмір  және  графитті  қолдану  арқылы  химиялық  ток  көздерін 
жасау. Известия НАН РК. Серия химии и технологии. № 3. 2013. - 40 - 43 б. 
[14]
 
Иннов. Патент № 26304 РК. Химический источник тока / Баешов А.Б.,  Конурбаев А., Баешова А.К., Журинов 
М.; опубл. Бюл.- №10, 2012. 
[15]
 
Васько А. Т., Ковач С.К. Электрохимия тугоплавких металлов, Киев, 1983. - 160 с. 
[16]
 
Лучинский Г.П. Химия титана.: Издательство "Химия", 1971. - 471 с. 
 
REFERENCES 
 
[1]
 
Bagotskii V. S., Skundin A. M. Chimicheskye istochniki toka. M.: Energoizdat, 1981. - 360 p. 
[2]
 
Bagotskii  V.  S.,  Flerov  V.  N.  Noveyshiye  dostizheniya  v  oblasti  chimicheskich  istochnikov  toka,  M.  –  L., 
Gosenergoizdat, 1963. - 256 p.  
[3]
 
Nizhnikovskii  E.  A.,  Shimchenko  V.  A.,  Kuzovov  V.  V.  Obespecheniye  rezervnogo  elektropitaniya  avtonomnoy 
radioelektronnoy apparatury dlitel'nogo deystviya. Elektrochimicheskaya energetika. 2000. № 1. - 68–73 p. 
[4]
 
Romanov V. V., Khashev YU. M. Chimicheskye istochniki toka. Izd-vo «Sovetskoye radio», 1968. - 384 p. 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
42  
[5]
 
Taganova  A.  A.,  Pak  I.  A.  Germetichnye  chimicheskiye  istochniki  toka  dlya  portativnoy  apparatury:  Spravochnik.  – 
SPb.:CHIMIZDAT, 2003. – 208 p. 
[6]
 
Miomandr F., Sadki S., Odeber P., Mealle–Reno R. Elektrochimiya, Moskva: Tekhnosfera, 2008. – 360 p. 
[7]
 
Bakhchisarayts'yan  N.  G.,  Borisoglebskiy  YU.  V.,  Burkat  G.  K.  i  dr.  Praktikum  po  prikladnoy  elektrochimii.  L.: 
Chimiya, 1990. – 304 p.  
[8]
 
Korovin N. V. Elektrochimicheskaya energetika. – M.: Energoatomizdat, 1991. – 264 p. 
[9]
 
Erdey – Gruz T. Chimicheskiye istochniki energii. M., «Mir», 1974. –304 p. 
[10]
 
Zaretskiy  S.  A.,  Suchkov  V.  N.,  Zhivotinskiy  P.  B.  Elektrochimicheskaya  technologiya  neorganicheskich  veshestv  i 
chimicheskiye istochniki toka: Ujebnik dlya uchashchikhsya tekhnikumov. – M.: Vyssh. shkola, 1980. – 423 p.  
[11]
 
Innov.patent  №  22448  RK.  Chimicheskii  istochnik  toka  /  Bayeshov  A.  B.,  Asabayeva  Z.  K.,  Bayeshova  S.  A., 
Bayeshova A. K., Toyshibekova G. S.; opubl. Byul. -№ 4, 2010. 
[12]
 
A.  Bayeshov,  A.  K.  Bayeshova,  A.  Konyrbayev,  A.  Dauletbayev.  «Temír  –grafit»  gal'vanikalykˌ  zhұbyndaġy  elektr 
kˌozġaushy kүshtíң tүzíluí // Izvestiya NAN RK. Seriya khimii i tekhnologii. 2012. № 5. 12 - 16 b. 
[13]
 
A.  B.  Bayeshov,  Z.  M.  Musina,  A.  Ye.  Konyrbayev.  Temír  zhәne  grafittí  koldanu  arkyly  khimiyalykˌ  tok  kөzderín 
zhasau. Izvestiya NAN RK. Seriya khimii i tekhnologii. № 3. 2013. - 40 - 43 b. 
[14]
 
Innov. Patent № 26304 RK. Khimicheskiy istochnik toka / Bayeshov A.B., Konurbayev A., Bayeshova A.K., Zhurinov 
M.; opubl. Byul.- №10, 2012.  
[15]
 
Vas'ko A. T., Kovach S. K. Elektrochimiya tugoplavkikh metallov, Kiev, 1983. - 160 p. 
[16]
 
Luchinskiy G.P. Chimiya titana.: Izdatel'stvo "Chimiya", 1971. - 471 p. 
 
 
РАЗРАБОТКА ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ 
ТИТАНОВОГО ЭЛЕКТРОДА 
 
Баешов А. Б, Мусина З. М, Қонурбаев А. Е, Журинов М. Ж. 
 
АО «Институт Органического катализа и электрохимии имени Д.В.Сокольского», г. Алматы 
Ключевые  слова:  Гальванический  элемент,  электродвижущая  сила  (ЭДС),  ток  короткого  замыкания 
(ТКЗ). 
Аннотация.  В  статье  предложен  метод  разработки  доступного  химического  источника  тока  (ХИТ)  с 
использованием гальванической пары «титан - графит». Определены значения электродвижущей силы (ЭДС) 
и тока короткого замыкания (ТКЗ), образующихся между электродами «титан - графит». 
 
 
Поступила 09.08.2014 г. 
 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
43 
BULLETIN OF NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES  
OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN 
ISSN 1991-3494 
Volume  5,   Number   5(2014),  43 – 51 
 
 
UDC 622.271.33:624.131.537 
 
LABORATORY TESTING OF PHYSICAL AND MECHANICAL 
CHARACTERISTICS OF SOFT OVERBURDEN ROCKS 
 
B.R. Rakishev
1
, S.K.Moldabayev
1
, N. N. Ruban
2
, O.S. Kovrov
2
 
 
1
Kazakh National Technical University named after К.I.Satpaev,   
2
National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine 
 
Key words: shear strength of soils and rocks, angle of internal friction, specific cohesion, shear device PS-10, 
Mohr–Coulomb failure criterion, stability of pit walls and waste dumps 
Abstract.  Determination  of  physical  and  mechanical  properties  of  soils  and  soft  overburden  rocks  is  an 
important element of engineering-geological studies both in development of  mineral deposits  while surface  mining 
and  in  the  civil  engineering.  Validated  values  of  such  parameters  as  cohesion,  angle  of  internal  friction,  which 
obtained experimentally, determine the stability and reliability of various facilities and technical installations during 
their  construction  and  operation.  The  objective  of  the  paper  is  the  laboratory  testing  of  physical  and  mechanical 
properties of soils and soft overburden rocks and their shear strength parameters.  
Technique. The paper deals with the method of experimental testing of soils and soft overburden rocks by shear 
strength method using mono-plane shear device PS–10 with a fixed cut plane. Monolithic undisturbed soil samples 
were selected from the pit walls of the Maikubenskiy opencast colliery (Republic of Kazakhstan). When the samples 
are  loaded  by  critical  values  of  vertical  and  tangential  loads  at  the  operating  space  of  the  shearing  device,  the 
cartridge shifting occurs and shear deformations at the soil sample are observed as the horizontal cut. Measurement 
of  soil  strength  properties  and  shear  strength  parameters  were  determined  at  different  values  of  samples  moisture. 
The values of moisture content in samples were measured with a hydrometer KERN MLB. 
Results. Laboratory testing the samples of soft overburden rocks with undisturbed structure and different values 
of moisture enabled to determine the following physical and mechanical properties: shear strength τ, angle of internal 
friction φ and specific cohesion C.  
Originality. As a result of numerous experiments the dependencies of shear strength parameters of soils and soft 
overburden  rocks  from  the  moisture  content  in  relation  to  the  Maikubenskiy  opencast  colliery  are  obtained.  It 
allowed to establish patterns of relationship between physical and mechanical properties of soft rocks and the degree 
of their moisture saturation. 
Practical implementation. Application of reliable experimental data obtained from the shear tests for soils and 
soft rocks allows to use them for assessment of the stability of natural slopes and man-made and bulk rock massifs, 
as well as civil engineering objects. 
 
 
УДК 622.271.33:624.131.537 
 
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ 
ХАРАКТЕРИСТИК МЯГКИХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД 
 
Б.Р. Ракишев
1
, С.К. Молдабаев
1
, Н.Н.Рубан
2
, А.С. Ковров
2
 
 
1
Казахский национальный технический университет им.К.И. Сатпаева, Алматы, Республика Казахстан,  
2
Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина 
 
Ключевые слова: сопротивление грунтов и пород срезу, угол внутреннего трения, удельное сцепление, 
срезной прибор ПС –10, критерий прочности Кулона-Мора, устойчивость бортов карьеров и отвалов. 

Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
44  
Аннотация. В статье в соответствии с планом НИР по проекту №753 МОН ГФ.13. «Многофакторный 
анализ  устойчивости  высоких  внутренних  отвалов  на  основе  численных  геомеханических  моделей  в 
условиях  полого-наклонного  и  наклонного  основания»  выполнены  лабораторные  исследования  физико-
механических  характеристик мягких вскрышных пород, которые использованы при решении поставленных 
проектом  задач.    Определение  физико-механических  характеристик  грунтов  и  мягких  вскрышных  пород 
является  важным  элементом  инженерно-геологических  изысканий  как  при  освоении  месторождений 
полезных  ископаемых  открытым  способом,  так  и  в  процессе  гражданского  строительства.  Достоверные 
значения  таких  величин  как  сцепление,  угол  внутреннего  трения,  полученных  экспериментальным  путем, 
предопределяют устойчивость и надежность разнообразных сооружений и технических объектов в процессе 
их строительства и эксплуатации.  
Целью  работы  является  лабораторное  определение  физико-механических  характеристик  грунтов  и 
мягких вскрышных пород и их сопротивление сдвигу.  
Методика.  В  статье  описана  методика  экспериментальных  испытаний  грунтов  и  мягких  вскрышных 
пород на сдвиг с использованием одноплоскостного срезного прибора ПС–10 с фиксированной плоскостью 
среза.    Монолитные  образцы  грунта  ненарушенного  сложения  были  отобраны  с  рабочих  бортов  угольного 
разреза  Майкубенский  (Республика  Казахстан).  При  критическом  нагружении  образцов  вертикальной  и 
касательной  нагрузкой  в  рабочем  пространстве  прибора  происходит  сдвижение  гильзы,  а  в  грунте 
наблюдаются сдвиговые деформации в виде горизонтального среза. Измерение прочностных характеристик 
грунта  и  сопротивление  сдвигу  определялось  при  различных  значениях  влажности  образцов. 
Влагонасыщение образцов измерялось с помощью влагомера KERN MLB.   
Результаты. Лабораторные испытания образцов мягких вскрышных пород ненарушенного сложения и с 
различными  значениями  влажности  позволили  определить  физико-механические  характеристики: 
сопротивление пород срезу τ, угол внутреннего трения φ и удельное сцепление С.  
Научная новизна. В результате  многочисленных экспериментов  получены  зависимости сопротивления 
грунтов  и  мягких  вскрышных  пород  сдвигу  в  зависимости  от  их  влажности  применительно  к  условиям 
угольного  разреза  Майкубенский,    что  позволило  установить  закономерности  изменения  физико-
механических характеристик грунтов от степени их влагонасыщения.  
Практическая  значимость.  Применение  достоверных  экспериментальных  данных  сопротивления 
грунтов  и  пород  сдвигу  позволяет  использовать  их  для  оценки  устойчивости  природных  склонов, 
техногенных и насыпных массивов пород, а также объектов гражданского строительства.  
 
Введение.  Экспериментальные  исследования  физико-механических  характеристик  мягких 
вскрышных  пород  являются  важной  составляющей  частью  инженерно-геологических  изысканий 
при оценке устойчивости бортов карьеров и отвалов. Такими породами обычно являются светло-
желтые  лессовые  суглинки,  желто-бурые  плотные  суглинки,  супеси  и  другие  инженерно-
геологические элементы  [1].  
Методы  лабораторного  исследования  свойств  грунтов  не  учитывают  особенности 
макроструктуры,  специфику  его  естественного  строения  и  залегания,  а  также  характер 
распределения  в  нем  неоднородностей  и  включений.    Однако,  результаты  лабораторных 
испытаний  пород  могут  быть  использованы  для  оценки  устойчивости  природных  склонов  и 
техногенных  откосов,  прогнозирования  несущей способности  или  осадки грунтовых  оснований с 
определенным  приближением.  Наиболее  важными  параметрами  грунтов,  являются:  угол 
внутреннего  трения,  сцепление  и  модуль  деформации,  которые  позволяют  дать  полную 
инженерную оценку основанию с учетом его физических свойств.  Одним из широко применяемых 
в  практике  инженерно-геологических  исследований  слабых  грунтов  является  метод 
одноплоскостного среза, реализованный в срезном приборе ПС–10. 
Формулирование  целей  и  постановка  задач.  Целью  работы  является  лабораторные 
исследования  прочностных  свойств  верхних  слоев  суглинков  для  горно-геологических  условий 
угольного разреза Майкубенский. В рамках работы поставлены следующие задачи: 1) определить 
значения  сцепления,  угла  внутреннего  трения  и  сопротивления  сдвигу  для  покрывающих  пород, 
представленных  светло-желтыми  лессовыми  суглинками  и  желто-бурыми  суглинками  с 
использованием  одноплоскостного  срезного  прибора  ПС–10;  2)  исследовать  зависимость 
прочностных свойств суглинков от степени их влагонасыщения. 
Методология    определения  прочностных  характеристик  мягких  вскрышных  пород. 
Сопротивление  грунта  сдвигу  является  их  важнейшим  прочностным  свойством,  знание  которого 
необходимо  для  решения  разнообразных  инженерно-геологических  задач.  Под  действием 

ISSN 1991-3494                                                              
№ 5. 2014 
 
 
45 
некоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между частицами разрушаются, и 
происходит смещение (сдвиг) одних частиц относительно других – грунт приобретает способность 
неограниченно деформироваться под данной нагрузкой. Разрушение массива грунта происходит в 
виде перемещения одной части массива относительно другой (оползание откоса, выпор грунта из-
под  сооружения  и  т.  п.).  Сопротивление  грунтов  сдвигу  в  определенном  диапазоне  давлений  (от 
десятых  долей  до  целых  единиц  МПа)  может  быть  выражено  линейной  зависимостью, 
установленной К. Кулоном еще в 1773 г.: 
                                          τпр = σtgφ + С,                           (1) 
 
где  τпр  –  предельное  сдвигающее  напряжение  и  σ  –  нормальное  давление,  Па;  tgφ – 
коэффициент внутреннего трения; φ  – угол внутреннего трения; С – сцепление, Па [2]. 
Величины  φ  и  С  являются  параметрами  зависимости  сопротивления  грунта  сдвигу,  которые 
необходимы  для  инженерных  расчетов  прочности  и  устойчивости  массива  грунтов  и  мягких 
вскрышных пород, а также их давления на конструкции и сооружения.  
Характер деформации образцов грунта зависит как от конструкции приборов, так и от условий 
их нагружения. Для определения прочностных характеристик суглинков использован прибор ПС –
10  переносной,  предназначенный  для  полевых  и стационарных  испытаний  глинистых  и  органо-
минеральных  грунтов  на  сдвиг (определения  угла  внутреннего  трения  и сцепления  грунта);  по 
принципу  действия  –  односрезный  (рис.  1,а).  Прибор  рассчитан  на  следующие  значения 
предельных удельных давлений: горизонтальное – не более 6 кгс/см2; вертикальное – не более 6,5 
кгс/см2.  Объем  грунтоотборной  гильзы  –  не  более  50  см3.  Методика  проведения  лабораторных 
испытаний регламентирована ГОСТ 121248-96 [3]. 
Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при 
котором  образец  грунта  срезается  по  фиксированной  плоскости  при  заданном  нормальном 
напряжении.  Для  определения    с и  φ проводилось  не  менее  трех  испытаний  при  различных 
значениях нормального напряжения. 
С  целью  выполнения  серий  экспериментальных  испытаний  на  сдвиг  в  условиях  угольного 
разреза Майкубенский были отобраны монолитные образцы пород ненарушенного сложения при 
сохранении природного гранулометрического состава в соответствии с ГОСТ 12071-84 [4]. 
Размеры  монолитных  образцов  100x100x100  мм.  Количество  отобранных  образцов  –  3 
монолита для каждой литологической разности, отобранные в разных точках карьера.  
Образцы  верхних  вскрышных  пород,  представленные  светло-желтыми  и  желто-бурыми 
суглинками, отбирались на участках, подвергшихся оползневым процессам. Для отбора монолитов 
использована  специальная  клиновидная  лопата.  С  целью  сохранения  природной  влажности  для 
упаковки  образцов  горных  пород  использованы  полиэтиленовые  пакеты  и  специальные 
пластмассовые емкости с герметически закрывающимися крышками. Места соединения крышки с 
тарой покрывался двойным слоем изоляционной ленты. 
Испытания образцов суглинков с целью определения их физико-механических характеристик 
проводили в лабораторных условиях на приборе одноплоскостного среза ПС-10 при нормальных 
давлениях  0,1,  0,2  и  0,3  МПа.  Сущность  метода  неконсолидированно-дренированного  сдвига  в 
срезном приборе ПС-10 заключается в разрушении образца грунта с образованием фиксированной 
плоскости  среза  путем  сдвига  одной  части  образца  относительно  другой  его  части  при 
одновременном  его  нагружении  нормальной  и  касательной  нагрузкой  относительно  плоскости 
среза  (рис.  1).  Определялись  следующие  характеристики:  сопротивление  пород  срезу  τ,  угол 
внутреннего трения φ и удельное сцепление С. 
Для определения сопротивления сдвигу использованы образцы в форме цилиндра диаметром 
56 мм и высотой 20 мм, отобранные компрессионными гильзами. Затем образцы перекладывались 
с обоих сторон листками фильтровальной бумаги и помещались в станину прибора.  
Порядок выполнения эксперимента следующий. При помощи крепежного устройства нижняя 

жүктеу/скачать 6 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: