Устройство для объемного сжатия образцов горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 G01N3/10 

2. 3

Л 9

ГО

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Устр-во содержит обойму для размещения образца 1 кубической формы в виде четырех жестко скрепленных одна с другой стенок 2, горизонтально установленную подвижную плиту 3 для нагруження образца 1 и пресс, связанный с горизонтальной плитой 3. Устр-во имеет дополнительную вертикально установленную плиту 4 для взаимодействия со свободной гранью образца 1,гидроцилиндр 5 с поршнем и штоком 6, гидронасос 7 и регулируемый клапан 8 давления. Гидронасос 7 и клапан 8 сообщены с подпоршневой полостью гидроцилиндра 5. Последний прикреплен к обойме, а шток 6 - к плите 4. Устр-во имеет индикаторы 11 перемещения плит 3 и 4 и датчик 12 давления. При активном нагружении образца происходит его сжатие по вертикальной оси Z и расширение в сторону гидроцилиндра 5 по оси X, по оси Y деформация отсутствует. Перемещение плит 3 и 4 регистрируется индикаторами 11, давление образца на стенки обоймы регистрируется датчиком 12. 3 ил. (Л

фиг. 1

лу, в частности к устройствам для объемного сжатия образцов горных пород и определения их деформационных и прочностных характеристик.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 показано предлагаемое

устройство для объемного сжатия обра- IQ щается, вытесняя из гидроцилиндра 5 зцов горных пород; на фиг. 2 - то же, масло через клапан 8 и трубопровод

вид

3 - то же,

20

25

вид сверху; на фиг сбоку.

Устройство содержит обойму для размещения образца 1 горной породы кубической формы, вьшолненную в виде четьфех жестко скрепленных одна с другой стенок 2, горизонтально установленную подвижную плиту 3 для на- гружения образца 1, дополнительную вертикально установленную подвижную плиту 4, гидроцилиндр 5, корпус которого прикреплен к стенкам 2 обоймы, а шток 6 - к дополнительной плите 4, гидронасос 7 и регулируемый клапан 8 давления, соединенные трубопроводом 9 с подпоршневой полостью гидроцилиндра 5 и расширительным бачком 10, индикаторы 11 перемещения подвижных плит 3 и 4, датчики 12 давления, уста-30 новленные на всех стенках 2 обоймы, и пресс (не показан), соединенный с плитой 3.

Устройство работает следующим образом.

Во внутреннюю полость обоймы, образуемую четьфьмя неподвижным стенками 2, помещают образец 1 породы кубической формы. Подводят к свободным граням образца 1 подвижные плиты 3 и 4. Контактные поверхности стенок и 2 и плит 3 и 4 заранее смазывают разогретым битумом, а зазоры между образцом 1 и контактными поверхностями заливают твердеющим цементно- песчаным составом. Устройство размещается между плитами пресса (не показан) , который через плиту 3 создает вертикальное нагружение образ9 в расширительный бачок 10. Переме щение плит 3 и 4 регистрируется индикаторами 11, давление образца 1 15 на стенки 2 замеряется при помощи датчиков 12 давления.

Для расчета напряжений, действующих на образец 1 породы, применяют вертикально действующую силу Р ,горизонтальную силу Р, ,рассчитанные

исходя из сил и Рццц с учетом сил трения в обойме, а также силу Р„ принимаемую по показаниям датчиков давления.

Силы Ру и Р определяются следующим образом:

да 1 .

Регулятор клапана 8 устанавливают на заданное в данном эксперименте

50

Р.

цип х

Т

2

-пр

(О (2)

где Р

35

40

45

- усилие, развиваемое гидро 1 цилиндром 5;

Р - показание датчика 12 на

стенке 2, параллельной пл плите 4; РПР усилие, развиваемое прессом

Р - показание датчика 12 на сте ке 2, параллельной плите 3.

Деформации по вертикальной оси и деформации х по горизонталь ной замеряют индикатором 11.

Напряжения по осям определяют по

вьфажениям

z

(а +,)

где а - длина ребра образца,

i

4()

(3)

(4)

давление Р

ЦНА

и гидронасосом 7 давление в гидроцилиндре 5 доводится до этой заданной величины. В зависимости от схемы нагружения образца 1 возможен и такой вариант, когда давление Р

Цил

является только пассивным.

т.е. гидронасос 7 не используется,

силой Pf,- происходит его сжатие по вертикальной оси Z и расширение в сторону гидроцилиндра 5 по оси X. По третьей оси Y деформации отсутствуют.

При этом плита 4 вместе со штоком 6 и поршнем гидроцилиндра 5 переме20

30

9 в расширительный бачок 10. Перемещение плит 3 и 4 регистрируется индикаторами 11, давление образца 1 15 на стенки 2 замеряется при помощи датчиков 12 давления.

Для расчета напряжений, действующих на образец 1 породы, применяют вертикально действующую силу Р ,горизонтальную силу Р, ,рассчитанные

25

30

исходя из сил и Рццц с учетом сил трения в обойме, а также силу Р„ принимаемую по показаниям датчиков давления.

Силы Ру и Р определяются следующим образом:

цип х

Т

2

-пр

(О (2)

где Р

- усилие, развиваемое гидро- цилиндром 5;

Р - показание датчика 12 на

стенке 2, параллельной пли- плите 4; РПР усилие, развиваемое прессом;

Р - показание датчика 12 на стенке 2, параллельной плите 3.

Деформации по вертикальной оси и деформации х по горизонтальной замеряют индикатором 11.

Напряжения по осям определяют по

вьфажениям

z

(а +,)

(3)

где а - длина ребра образца,

i

4()

(4)

55

G,

а (S

(5)

По полученным значениям напряжений и деформаций получают величины модулей упругости и деформации, коэффициента Пуансона и другие характеристики испытьшаемой породы. По предельным значениям G и соответствующим им (5 строят паспорт прочности породы.

Расширение функциональных возможностей достигается за счет обеспечения моделирования напряженно-деформационного процесса в массиве пород вблизи протяженного обнажения. При этом соблюдаются условия геометрического, динамического и кинематического подобия процессов в образце и в массиве за исключением масштабных факторов.

Формула изобретения

Устройство для объемного сжатия образцов горных пород, содержащее

3 12 .П 11 5

обойму для размещения образца кубической формы Б виде четырех жестко скрепленных одна с другой стенок, горизонтальную подвижную плиту для нагружения образца и пресс, связанный с горизонтальной плитой, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено дополнительной вертикально установленной плитой для взаимодействия со свободной гранью образца, гидроцилиндром с Поршнем и штоком, гидронасосом и регулируемым клапаном давления, сообщенными с подпоршневой полостью гидроцилиндра, индикаторами перемещения обеих плит и датчиками давлений, связанными со стенками обоймы, при этом

корпус гидроцилиндра прикреплен к обойме, а шток - к дополнительной плите.

/

Фиг. 2

Фи.З