Способ и устройство для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии Советский патент 1987 года по МПК G01N3/08 E02D1/00 

112

Изобретение относится к исслвдо.ва- ниям механических свойств горных пород.

Известен способ определения прочностных характеристик горных пород, включающий помещение в камеру испытуемого образца, боковое обжатие его давлением жидкости и доведение об-, разца до разрушения путем увеличения вертикальной нагрузки при сохранении постоянной величины бокового обжатия

( } и устройство для его осуществления.

Основным недостатком -устройства является ограниченность возможностей создания различных видов напряженного состояния (так как 6 6,,), в то время как горные породы находятся в , условиях более сложного напряженного

Цель достигается тем, что согласно способу определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, вютючающему размещение образца в обойме,.боковое обжатие образца, приложение вертикальной сжимающей нагрузки,увеличение ее до момента разрушения образца и измерение усилий и деформаций, определяют модуль

состояния. Это обстоятельство не поз- 20 упругости породы, подбирают обойму,

воляет получить указанным способом дрстоверные результаты.

Наиболее близким к изобретению является способ определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, включающий размещение образца в обойме, создание того или иного вида напряженного состояния во всем диапазоне изменения параметра Лоде (-1,0, +1) путем независимого регулирования величин трех главных напряжений ((5, ,G, измерение усилий и деформации в процессе испы25

упругость стенок которой равна упругости образца, породы, а о прочности и деформируемости породы судят по вертикальной нагрузке и усилиям, возникающим на боковых гранях образца после ее приложения.

В устройстве для определения проч ности и деформируемости образцов гор ных пород в объемном напряженном состоянии, содержащем жесткие боковые плиты, установленные с возможностью горизонтального перемещения, стержни для объединения их в рабочую .камеру и пресс для создания вертитаний и разрушение образца. В резуль- 35 1кальной нагрузки, плиты соединены

между собой в шип, а стержни для стягивания противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шипового соединения и имеют

тате получают комбинацию из трех значений напряжений, соответствующую пределу прочности материала.

Однако в реальных условиях нагрумежду собой в шип, а стержни для стягивания противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шипового соединения и имеют

жения материала соотношение напряже- 40 модуль упругости, равный модулю упру- ний СГ, 5 G 5.63 неизвестны поэтому судить о прочности материала, по одной и даже по нескольким комбинациям значений G, , Сэ пред- ставляется возможным.

Рассмотренный способ осуществляют устройством, содержащим жесткую замкнутую обойму для образца кубической формы с установленными на ней подвиж-50 разце выполняют углубления, в которых

гости породы.

Способ определения прочности и деформируемости образцов горных пород осуществляют следующим образом. 45 Из исследуемого массива вырезают образец кубической формы размером, например, 20-2020 см и тщательно шлифуют его граниi В местах установки индикаторов перемещений в обными, нагрузочными плитами,:гидродомкраты для нагружения образца по трем осям, смонтированные на массивной металлической раме, и измерительные приборы. Однако конструктивное выполнение устройства отличается сложностью системы нагружения и приводит к значительным погрешностям в получаемых результатах, вследствие неравномерного распределения напряжений в обр азце, возникающего за счет несоответствия размеров нагрузочных плит и граней образца

Целью изобретения является повы- , шение достоверности получаемых ре- зультатс1в и упрощение определения характеристик механических свойств горных пород.

Цель достигается тем, что согласно способу определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, вютючающему размещение образца в обойме,.боковое обжатие образца, приложение вертикальной сжимающей нагрузки,увеличение ее до момента разрушения образца и измерение усилий и деформаций, определяют модуль

O

0 упругости породы, подбирают обойму,

5

упругость стенок которой равна упругости образца, породы, а о прочности и деформируемости породы судят по вертикальной нагрузке и усилиям, возникающим на боковых гранях образца после ее приложения.

В устройстве для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, содержащем жесткие боковые плиты, установленные с возможностью горизонтального перемещения, стержни для объединения их в рабочую .камеру и пресс для создания верти5 1кальной нагрузки, плиты соединены

1кальной нагрузки, плиты соединены

между собой в шип, а стержни для стягивания противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шипового соединения и имеют

40 модуль упругости, равный модулю упру

50 разце выполняют углубления, в которы

гости породы.

Способ определения прочности и деформируемости образцов горных пород осуществляют следующим образом. 45 Из исследуемого массива вырезают образец кубической формы размером, например, 20-2020 см и тщательно шлифуют его граниi В местах установки индикаторов перемещений в обзаподлицо с поверхностью грани устанавливают металлические подставки на клеевой основе. Далее определяют модуль упругости породы по результа- 55 там испытаний на одноосное сжатие или по классификационным таблицам физико-механических свойств горных пород. Определив модуль упругости породы и зная размеры образца из имеющегося

набора стержней подбираю стержни соответствующей длины и площади поперечного сечения, исходя из условия равенства модулей упругости породы и материала стержней:

Е.

Е . Е -с г.р о S

где EJ, , ЕО - модули упругости стержня и образца; Е(., 0 длина стержня и. грани

образца;

Ug - суммарная площадь поперечного сечения стержней, работающих в осевом направлении; п - количество стержней

(п i).

Кроме того, на стержнях установлены тензорезисторы.

Затем испытуемый образец устанав- ливают на нижнюю нагрузочную плиту, после чего окружают его боковыми нагрузочными плитами, которые стягиваются стержнями подобранного сечени до соприкосновения с гранями образца Сверху на образец помещают верхнюю нагрузочную плиту и затем устанавливают индикаторы для контроля за перемещениями граней образца, причем рычаги индикаторов доводят до сопри- косновения с ними.

В случаях, когда необходимо моделирование природного напряженного состояния исследуемой породы, к образцу прикладавают начальные усилия: обжимающие - с помощью соответствующго натяжения стержней гайками резьбового соединения и в вертикальном направлении - прессом,

В момент разрушения испытываемого образца боковые обжимающие напряжения G и Cj, увеличиваются со скоростью звука за счет дилатансии материала и упругой реакции рабочей камеры. При дальнейшем увеличении внеш- ней нагрузки указанный процесс про- должается, при этом образец находится в состоянии предельного равновесия. По показаниям индикаторов перемещений определяют модуль деформации и коэффициент Пуассона испытываемого материала.

На фиг,1 изображено устройство дл осуществления способа определения прочности и деформируемости образ- цов горных пород в объемном напряженном состоянии, общий вид; на фиг.2 - разрез на фиг,1; на фиг.З - кривая прочности, полученная при испыта ниях образца долерита.

Устройство содержит боковые плиты 1 , образуюшзде рабочую камеру для образца 2 горной породы, стержни 3, стягивающие плиты 1, верхнюю 4-и нижнюю 5 нагрузочные плиты, тенз.одат- чики 6, индикаторы 7 перемещений, установленные на рамах 8, Стержни 3 пропущены через пазы 9 в выступах 10 противоположных боковых плит, а рычаги индикаторов 7 через отверстия в плитах контактируют непосредственно с испытываемым образцом. Указанное выполнение средства для объединения плит в рабочую камеру позволяет придать последней упругость, равную упругости испытываемой породы, и тем самым создать условия, приближающиеся к естественным условиям на- гружения породы, а соединение плит ,в щип обеспечит равномерное распре деление напряжений в образце.

Использование предлагаемого тех- нического решения позволяет получить :характеристики материала в объемном напряженном состоянии, соответствующем его состоянию в природных условиях, что обеспечивает повышение досто- вер ности этих характеристик. При этом для подтверждения прочности материала требуется один образец, . один цикл нагружения, одно нагружа-. кщее устройство, что позволяет сокра тить временные и материальные затра

ты на испытания,, упростить их. За счет того , что образец контактирует с боковыми плитами всей поверхностью боковых граней, происходит равномер ное распределение напряжений в образце, что также способствует повышению точности получаемых результатов.

Формула изобретения

1. Способ определения прочности .и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, включающий размещение образца в обойме, боковое обжатие образца, приложение вертикальной сжимающей нагрузки, увеличение ее до момента разрушения образца и измерение;усилий и деформаций, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения достовергйости получаемых результатов и упрощения определения характеристик механических свойств

горных пород, определяют модуль упругости породы, подбирают йбойму, упругость стенок которой равна упругости образца, породы, а о прочности и деформируемости породы судят по вертикальной нагрузке и усилиям, возникающим на боковых гранях образца после ее приложения,

2, Устройство для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, содержащее жесткие боковые плиты, установленные- с возможностью горизонтального перемещения} стержни для объединения их в рабочую камеру и пресс для создания вертикальной нагрузки5 отличающееся TeMj что, с целью повышения досто верности получаемых результатов и упрощения определения характеристик механических свойств, горных пород, плиты соединены между собой в шип, а стержни для стягивания противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шипового соединения, и имеют модуль упругости, равньй модулю упругости породы.

Изобретение относится к исследованиям механических свойств горных пород. С целью повышения достоверности peзУльtaтoв и упрощения определения характеристик способ определения прочности и деформируемости включает боковое обжатие образца в обойме с упругостью стенок, равной упру-- гости образца, и приложение вертикальной сжимающей нагрузки с последующим ее увеличением до момента разрушения., В устройстве для реализации способа жесткие боковые плиты, образующие рабочую камеру и установленные с возможностью горизонтального перемещения, соединены между собой шиповым соединением. Стержни для стягива- нкя противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шипового соединения, и имеют модуль упругости, равный модулю упругости . породы Использование изобретения позволяет получить характеристики породы в объемном напряженном состоянии, соответствующем природному. 2 с.п. ф-лы. 3 ил. (Л

3

1296897 /f/

;-. . :i V -l - - w

«4 . -. . . .... В , e . ., t

:X: . .-.. .; :. -xsc-. . :«

v: ... Й

. -i- .:« -. ..: .

.«.

.. f

. .-

. 4 . .

V.

W

Л- ««ft

л- -A. ..-i-i-. V.

Ml

.4 v::0

.. :: : A -: л-.

r

/

W

л- -A. ..-i-i-. V.

Ml

.4 v::0

:: : A -: л-.

X

г

a

W 0,8 O.B

OA

0,2

00,2Q,UQB0,8 Wгг dftfjg

ф1/г.З

Составитель В.Врачев Редактор М.Недолуженко Техред И.ПоповичКорректор А.Зимокосов

Заказ 768/44

Тираж .777. Подписное

ВНИРШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4