Устройство для моделирования трещиноватости в образцах горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 G01N3/08 

12l3i

2.Устройство по п. I, о т л и- чающееся тем, что основные нагрузоч1ше пластины установлены одна относительно другой сопряженно.

3.Устройство по п. 1,отличающееся тем, что основные нагрузочные пластины установлены

I

Изобретение относится к физико- механическим испытаниям образцов горных пород и материалов, в частности к устройствам для созданий : искусственных систем трещин в образцах горных пород.

Цель изобретения - повышение достоверности моделирования путем создания в образцах горных пород заданных систем трещин отрьша, сдвига и кососекущих трещин.

На фиг. 1 изображено предлагаемо устройство; на фиг. 2 и 3 - схемы размещения нагружающих пластий в обоймах при моделировании в образце заданных систем трещин отрьша и сдвига.

Устройство для моделирования тре щиноватости в образцах горных пород (фиг. 1) содержит обоймь I, между которыми помещен образец горной породы 2. Обоймы установлены на направляющих клиньях 3. В обоймах I размещены сменные нагрузочные элементы создания трещин, выполненные из набора пластин, состоящего из основных пластин 4 с жесткостью большей, чем жесткость образца 2, и установленных между ними дополнительных пластин 5 с жесткостью меньшей, чем жесткость образца 2. Набор пластин установлен перпендиг кулярно поверхности образцов и свободно уложен в своем продольном направлении, а в поперечном направлении фиксирован в обоймах i крепежными элементами 6. .

Устройство работает следующим образом.

Образец горной породы 2 устанавливают между обоймами I, в которых

95

одна относительно другой в шахматном порядке.

4. Устройство по п. I, о т л и - чающееся тем, что направ- лкщке клинья установлены под заданным углом к оси нагружения, а основ- ные и дополнительные нагрузочные пластины смещены одна относительно другой на тот же угол.

размещены сменные элементы создания трещин, выполненные в виде набора пластин 4 и 5. Ширина и последовательность расположения пластин опре5 . деляют плотность распределения.jrpe- щин в образце. Материал для пластии 4 и 5 подбирают так, что жесткость образца 2 является промежуточной между жесткостями пластин 4 и 5,

0 т.е. пластины 4 имеют жесткость боль- Шую, чем образец, а пластины 5 имеют жесткость меньшую, чем образец. Например, при испытании образцов :горных пород в качестве таких матеS риалов выбирают сталь и свинец, а при испытании слабых эквивалентных материалов - оргстекло и пластилин, После установки набор пластин 4 и 5 фиксируют в обоймах 1 крепежными

0 элементами 6 в поперечном направлении, перпендикулярном оси пластин 4 и 5.

При нагружении устройств незави- , симым источником давления, например

5 прессом, вследствие разной жесткости пластин 4 и 5, происходит неравномерное сжатие образца 2. Наличие трения на контакте поверхностей образца 2 с пластинами 4 и 5 разной жесткости

0 приводит к неоднородному трехосному напряженному состоянию образца. Неоднородность поля касательных напряжений в образце усиливается возможностью деформации пластин 4 и 5

J вдоль своей оси при запрещении деформирования в поперечном направлении. При достижении критических значений касательных и сжимающих ком- понентов напряжений в образце проQ нисходит образование системы трещин 7, проходящих через места контакта поверхности образца 2 с гранями

пластин 4 и 5 в направлении оси на- гружения,

В момент образования системы трещин 7 в образце 2 происходит перераспределение усилия внешнего нагрузочного устройства на поверхности образца за счет увеличения доли нагрузки, воспринимаемой дополнительными пластинами 5, вследствие чего резко снижается скорость внедрения основных пластин 4 в образец 2, что предотвращает раздавливание поверхностей образцов под пластинами 4 и нарушение поверхнос- :тей трещин при сдвиге по ним.

Наличие трения между соприкаса- : поверхностями образца 2 с пластинами А и 5, возникающего вследствие несовместимости деформаций расплющивания приторцовой части образца 2 и пластин 4 и 5, предохраняет ослабленный искусственными тре13195 - 4

щинами образец 2 от раскрытия трещин и последующего его раздавливания.

Если расположить пластины 4 и 5 в обоймах одна относительно другой 5 сопряженно, т.е. так, чтобы они находились в обоймах одна против другой (фиг. 2), то можно получить нормальносекущие трещины отрыва. Для получения системы нормальноto секущих трещин сдвига пластины 4 и 5 в обоймах располагают одна от- . носительно другой в шахматном порядке (фиг. 3).

При создании в образце 2 кососе15 кущих трещин, расположенйых под

заданным углом к поверхности образца 2, обоймы 1 устанавливают с помощью направляющих сменных клиньев 3 под заданным углом /5 к оси нагружеяия

20 устройства, а пластины 4 и 5 дополнительно смещают одна относительно другой в обоймах перпендикулярно оси пластин 4 и 5 под тем же углом (фиг. 1).

.h . i . 1- П -- Х |. 1

л .;:r,;lvlv.K-:K:lv

|-Л4 . г. ь:.г.:|;-:|..

Фиг. 2

Фи9.3