Стенд для исследований напряженно-деформированного состояния моделей сборных крепей подземных выработок Советский патент 1985 года по МПК E21D11/00 

Изобретение относится к лабораторному оборудованию для исследования моделей подземных сооружений. Известен стенд для испытаний обделок тоннелей и стволов шахт, состоящий из внешней опорной конструкции, гидравлических домкратов, распределительных подушек и заполнения. В стенде посредством гидродомкратов одну часть контура обделки подвергают активному давлению, независяидему от ее деформации, а другую - реактивному давлению, зависящему от ее деформации и имитирующему реактивное давление породы в натурных условиях 1. Недостаток известного стенда заключается в том, что на нем невозможно учесть перераспределение нагрузок на крепь за счет деформации массива. Известен стенд для исследований напряженно-деформированного состояния моделей сборных крепей подземных выработок, включающий корпус, внутри которого размещена испытуемая модель крепи и нагрузочное устройство 2. Недостаток данного стенда обусловлен тем, что на нем можно учесть отпор пород только между задающими активную нагрузку стержнями вследствие их жесткой заделки в корпусе, а это не соответствует действительности, так как в натуральных условиях крепь, напри-мер, кругового очертания под действием горного давления (нагрузки) приобретает форму эллипса, перемещения породного контура и внешнего контура крепи происходят совместно до уравновешивания системы, а окончательная нагрузка является результатом совместных перемещений породы и крепи. Цель изобретения - совместное деформирование системы крепь- массив. Поставленная цель достигается тем, что стенд для исследований напряженно-деформированного состояния моделей сборных крепей подземных выработок, включающий корпус, внутри которого размещена испытуемая модель крепи и нагрузочное устройство, сна.бжен шаблоном, состоящим из двух сег.ментов, один из которых жестко соединен с корпусом, и соединенных между собой, а нагрузочное устройство COCTOFFT ИЗ двух установленных соосно штоков, соединенных между собой посредством муфты и двух опор, одна из которых закреплена на корпусе и охватывает один из штоков, а вторая опора установлена на муфте и подпружинена относительно первой. На фиг. 1 изображен предлагаемый стенд, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2 (нагрузочное устройство); на фиг. 4 - шкала тарированной пружины; на фиг. 5 - конструкция шаблона; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5. Стенд имеет корпус 1, в котором смонтировано нагрузочное устройство, состоящее из штока 2 с правой и штока 3 с левой резьбой, соединяемых муфтой 4. Головка 5 щтока 3 выполнена в форме клина. На муфте 4 смонтирована подвижная опора 6. Между подвижной опорой 6 и неподвижной опорой 7 размещена тарированная пружина 8 сжатия. Шток 2 йожет бь1ть зафиксирован в корпусе 1 гайкой 9. Жесткость пружин подбирается в соответствии с модулем деформации или коэффициентом упругого отпора примыкающих к крепи (обделке) пород. Для определения величин нагрузки на неподвижной опоре 7 закреплена шкала 10 с рабочим нониусом 11 и нониусом-фиксатором 12, Шток 3 опирается на модель обделки (крепи) 13 через распределительные бобыщки 14 и упругие прокладки 15. Модель обделки 13 опирается на шаблон 16 (фиг. 1). Шаблон 16 состоит из сегментов 17 и 18, к которым прикреплены опоры 19 и 20, соединенные муфтами 21 с правой и .тевой резьбой по концам. До приложения нагрузки сегменты 17 и 18 расположены с зазором 22. В собранном виде шаблон представляет собой прочную и жесткую (без люфтов) конструкцию. Вращая муфты 21, сегменты можно сдвигать (смыкать) и раздвигать на требуемое расстояние. Элементы сборной крепи 13 своей внутренней стороной опираются на шаблон 16 по всему его контуру, контактное давление передается с внешней стороны крепи (на фиг. 6 обозначено стрелками). Сегменты 17 и 18 разъемным соединением 23 прикреплены к диску 24, который установлен в корпусе 1 по тугой пойвдке, обеспечивая требуемую жесткость шаблона и предотвращение формоизменения сборной крепи во время задания контактного (горного) давления. Шаблон нужен для того, чтобы ненагруженную модель сборной крепн можно было бы собрать с наибольшей точностью (эксцентриситетом, эллиптичностью и т.п.) и задать контактное давление требуемой величины без изменения первоначально заднанной формы сборной крепи (обделки). Работа стенда осуществляется в следующем порядке. Вращением муфт 21 устанавливают требуемую величину зазора 22 между сегментами 17 и 18 шаблона (фиг. 5). Разъёмным соединением 23 прикрепляют шаблон к диску 24 (фиг. 6), последний устанавливают в корпус 1 (фиг. 1). Корпус располагают горизонтально для удобства монтажа сборной обделки. Модель обделки 13, собирают / на шаблоне 16. По наружному контуру обделки 13 размещают распределительные бобышки 14 на упругих прокладках 15 (фиг. 1). Каждый шток 2, 3 враш,ением муфты 4 загружают до расчетного значения коитактного давления, снимаемого по шкале 10 рабочим нониусом 11, который перемешается по мере сжатия пружины 8. На всех шкалах устанавливают нониусы-фиксаторы на одном уровне с рабочими нониусами 11, чтобы зафиксировать первоначально заданное распределение контактных давлений. После задания требуемого контактного давления (распределенного по любому закону; на фигурах показан случай, когда давление в вертикальном направлении имеет большую величину) корпус устанавливают в вертикальное положение, например в поляризационную установку, и приступают к удалению шаблона: снимают все элементы разъемного соединения 23. Вращением муфты 21 сегменты 17 и 18 смыкают (сдвигают друг к другу) до их освобождения от давления, извлекают сразу весь шаблон (в направлении из плоскости модели) и диск 24. По мере смыкания сегментов шаблона происходит формоизменение сборной крепи (круглая приобретает эллиптическую форму) и перераспределение контактных давлений до возникновения состояния равновесия системы крепь - массив. При этом рабочие нониусы 11 показывают величину действующих контактных давлений. На части контура крепи, где контактное давление стало больше первоначального действует пассивный отпор, равный их разности величина определяется разностью отсчетов с рабочего нониуса 11 и нониусафиксатора 12. На части контура крепи, где контактное давление стало меньше первоначального, сказалось разгружающее действие массива, окружающего крепь, и оно равно их разности: величина определяется разностью отсчетов с нониуса-фиксатора 12 и рабочего нониуса 11. Фиксация отсчетов возможна на любой стадии исследования (испытания), а соответствующее им напряженно-деформированное состояние модели фиксируют на фотопластинки или на экране поляризационной установки (величины перемещений измеряют микроскопом или компаратором, напряжения по всему полю модели по отдельным сечениям разделяют с помощью ЭВМ, получая компоненты тензора напряжений б1,6г,Ттад,бх , бу .fxy , ) После выполнения исследований модель из стенда извлекают в порядке, обратном ее нагружению. Предлагаемое изобретение создает достаточное для практики приближение условий испытания к реальным. При этом повышается точность исследования , появляется возможность исследовать крепи (обделки) в различных условиях заложения сооружения с симметричными и асимметричными нагрузками (давлениями), а также выявления наиболее слабых мест крепи (обделки). Кроме того, измерение деформации крепи и величины действующей на нее перераспределенной нагрузки (давления) на любой стадии исследования крепи (обделки) является результатом совместных перемещений упругого контура массива и крепи, причем возможно разделение пассивного и активного давлений из величины действующей перераспределенной нагрузки (давления), чего ранее выполнить никак не удавалось. Непосредственное определение величины нагрузки по шkaлe с рабочим нониусом создает дополнительные удобства в работе, так как сокращает примерно вдвое время на проведение исследования.

/1-/J

22

Т Фиг:5

В

11

О

Фиг Л

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МОДЕЛЕЙ СБОРНЫХ КРЕПЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК, вклюmi5 чающий корпус, внутри которого расположена испытуемая модель крепи и нагрузочное устройство, отличающийся тем, что, с целью совместного деформирования системы «крепь-массив, он снабжен шаблоном, состоящим из двух сегментов, один из которых жестко соединен с корпусом, и соединенных между собой, а нагрузочное устройство состоит из двух установленных соосно щтоков, соединенных между собой посредством муфты и двух опор, одна из которых закреплена на корпусе и охватывает один из штоков, свободно проходящий через корпус, а вторая опора установлена на муфте и подпружинена относительно первой. К САЭ Г 00 сл К Фиг.