Способ определения термических напряжений в горной породе Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной технике и может быть использовано для onpeдeлeF ия величины и знака термических напряжений в горной породе. Известен способ определения термонапряжений в конструкциях при переменных температурах на их поверхностях, основанный на моделировании конструкций, т.е. создании моделей из оптически активных материалов, где свойства материала конструк ции учитываются через коэффициенты подобия 1. Указанный способ очень сложен в реализации. Наиболее .близким к предлагаемому является способ определения термических напряжений в горной породе, включающий изменение температуры образца и измерение его деформации. Для определения величины термй ческих напряжений определяют модуль Юнга эбразца, например ультразвуковым методом, и затем с учетом параметров теплопро водности рассчитывают величину термических напряжений в горной породе {2}. Известный способ сложен в осуществлении и обладает низкой точностью. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается teM, что согласно способу определения термических напряжений в горной породе, включающему изменение температуры образца и измерение его деформации, образец подвергают тепловому воздействию с одной стороны и измеряют его изгибную деформацию, восстанавливают начальную температуру образца, а затем прикладывают к нему изгибающую нагрузку, соответствующую той же; величине деформаций, что и при тепловом воздействии, и по величине изгибающей механической нагрузки судят о термонапряжении в горной породе. На фиг. I показано устройство для осу-ществления предлагаемого способа, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху. Устройство содержит разъемный корпус, состоящий из верхней крыщки 1 и нижней 2. Отверстие 3 служит для ввода источника нагрева (охлаждения). Отработанный газ выходит через отверстие 4. Зажимы 5 служатдля закрепления образца горной породы 6. Термоизолирующая мембрана 7 делит корпус на две полости, в нижней полости устанавливается датчик 8 перемещения. ОпределеУ1ие термонапряжений в породе осуществляют следующим образом. Образец конкретной горной породы в виде тонкой пластины 6 закрепляют жестко в зажимах 5, в отверстие 3 вводят источник 9 теплового воздействия, через который осуЬцествляется воздействие температурной струей на пластину. Теплоизоляционная мемЬрана 7 служит для того, чтобы прямое температурное воздействне осуществлялось Только как верхнюю плоскость пластины. Так как теплопроводность горны.х пород довольно низка, то через некоторое время после температурного воздействия в верхнем слое пластины начнет развиваться температурное поле (положительное или отрицательное), которое приведет к возникновению термических напряжений в этом слое, в то время как температура нижнего слоя какое-то время будеФ оставаться неизменной. Величина термических напряжений зависит от свойств породы и термодинамических параметров температурного воздействия. Напряжения, возникающие в слое породы, вызывают -соответствующие деформации в этом слое, приводящие к изгибу пластины, который регистрируется датчиком 8 перемещения. Максимальный изгиб пластины соответствует развитию в верхнем ее слое максимальных напряжений сжатия или растяжения, направленных вдоль оси пластины. Затем дают возможность пластине прийти в исходное положение; остыть или нагреться и снять температурные деформации. После этого пластину нагружают сосредоточенной нагрузкой в центре до тех пор, пока деформация изгиба, вызываемая механической нагрузкой , Не станет равной деформации, вызываемой термическими напряжениями. Зная величину механической нагрузки, определяют величину напряжений (и /м), развивающихся в поверхностном слое породы по формуле (с«), где Мтюс- максимальный изгибающий момент, действующий в среднем сечении пластины; . м Р-е Мт«Е , где Р - механическая нагрузка, м ; I - длина пластины, м; W - осевой момент сопротивления; ш -Ь--, где h - ширина пластины, м; b толщина пластины, м. Рассчитанные механические напряжения равняются напряжениям, возникающим и поверхностном слое породы при термических воздействиях. При термическом воздействии величина изгибных деформаций является функцией времени и толщины пластины. Деформация растет до тех пор, пока граница температурного поля не пересечет центральную плоскость пластйны. Затем деформация падает и становится равной О. Это соответствует моменту, когда температура пластины стаНО0НТСЯ одинаковой по всему сечению пластины и равной температуре теплового источника. Таким образом, меняя толщину пластины исследуемой породы, мы можем определить термонапряжения в слое пороДы любой толщины, по истечении любого промежутка времени.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНОЙ ПОРОДЕ, включающий изменение температуры образца и измерение его деформации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, образец подвергают тепло. вом.у воздействию с одной стороны и измеряют его изгнбную деформацию, восстанавливают начальную температуру образца, а затем прикладывают к нему изгибающую нагрузку, соответствующую той же величине деформации, что и при тепловом воздействии, и по величине изгибающей механической нагрузки судят о термонапряженни в горной породе. (Л СП ю -si сриг.1 УУУЛ у /////////л 2tl 5 J Y//////////////////

фиг.г