Установка для испытания образцов горных пород при сложном напряженном состоянии Советский патент 1988 года по МПК G01N3/10 

/ ff 17 16 .1

i Изобретение относится к физико-механическим испытаниям горных пород, в частности к установкам для испытания образцов при сложном (объемном) напряженном состоянии.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей установки за счет осуществления непосредственного измерения объемной деформации образца и управления нагружением в зависимости от изменения объемной деформации, что позволяет р еализовать новые режимы нагружения. На фиг. 1 представлена схема установки; на фиг. 2 - схема сигнального блока минимального объема образца.

Установка содержит камеру 1 объемного сжатия, в которую помещается испытуемый образец 2 горной породы с тензо- йетрами продольных 3 и поперечных 4 деформаций, мостовую измерительную схему $ с сопротивлениями 6-10„гальванометром 11 и источником 12 питания. Гальванометр 11 имеет блок 13 автоматики со шкалой 14, на которой установлены управляющий фоторезистор 15 и дополнительный фоторезистор 16. Участок 17 на щкале гальванометра соответствует нулевому положению светового луча гальванометра при сбалансированной мостовой схеме. Фоторезисторы 15 и 16 размещены на щкале 14 симметрично относительно нулевого положе- :ния светового луча гальванометра. Фоторе- ;3истор 15 электрически соединен с элек- :тронно-релейным блоком 18 нагружения, со- : держащим реле 19 включения источника 20 бокового давления. Фоторезистор 16 электрически соединен с электронно-релейным блоком 21 балансировки, содержащим реле 22 включения реверсивного электродвигателя 23. Сигнальный блок 24 минималь-. ного объема образца состоит из индикаторной ламны 25, реле 26 включения индикаторной лампы, цепей 27 и 28 питания, источников 29 и 30 питания, контактов 31 и 32 реле 26, контактов 33 реле 19 и контактов 34 реле 22.

В мостовой измерительной схеме 5 сопротивление 6 представляет собой сопротивление тензорезисторов тензометра продольных деформаций 3, а сопротивление 7 - сопротивление тензорезисторов тензометра поперечных деформаций 4, причем чувствительность тензометров такова, что изменение сопротивления 6 вдвое меньще изменения сопротивления 7 при одной и той же величине измеряемой деформации.

Установка работает следующим образом.

Образец 2 с установленными на нем тензометрами 3 и 4 помещают в камеру 1 объемного сжатия. Тензосопротивления тензометров подсоединяют к мостовой измерительной схеме 5 и производят ею балансировку с помощью переменного сопротивления 10. При этом луч гальванометра 11 устанавливается в средней части 17

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щкалы 14. Затем камеру 1 устанавливают на пресс (не показан) и прикладывают нагрузку. При этом возможны различные режимы испытаний.

При нагружении с поддержанием минимального объема образца в начале нагружения к образцу .2 прикладывается только осевая нагрузка oi и объем его уменьшается. Гальванометр 11 фиксирует относительное уменьшение объема образца. Луч света от гальванометра перемещается вправо по схеме (фиг. 1) и освещает фоторезистор 16, от которого срабатывает электронно-релейный блок 21 и включается реле 22, которое своими контактами включает реверсивный электродвигатель 23. Вал электродвигателя 23 механически связан с осью переменного сопротивления 10, с помощью которого балансируется мостовая схема, при этом луч гальванометра возвращается в нулевое положение, реле 22 выключается и реверсивный электродвигатель 23 останавливается.

После максимального уплотнения образца начинается разуплотнение породы, т. е. увеличение объема образца. Луч света гальванометра 11 при этом перемещается по щкале 14 влево (фиг. 1) и освещает фоторезистор 15, срабатывает реле 19 блока 18, которое включает источник 20 бокового давления. Боковое давление 02, воздействуя на образец, уменьшает его объем и луч гальванометра возвращается в исходное положение. Реле 19 при этом выключается, источник бокового давления перестает работать . Таким образом, при любом значении осевой нагрузки за счет бокового давления автоматически устанавливается минимальный объем образца, соответствующий данному напряженному состоянию.

Для надежной регистрации минимума объема (момента окончания работы источника бокового давления) служит сигнальный блок 24 минимального объема образца. При включении реле 19 его контакты 33 (фиг. 2) подключают к источнику 30 питания реле 26, которое в свою очередь своими контактами 31 подключает к источнику 29 питания индикаторную лампу 25, одновременно контактами 32 блокируя контакты 33 реле 19, в результате чего индикаторная лампа 25 продолжает гореть после выключения реле 19 (при возврате луча гальванометра в исходное положение). Лампа гаснет лищь при уменьшении объема образца (освещении лучом га-льванометра фоторезистора 16, когда включается реле 22, которое размыкает цепь 28 питания реле 26 своими контактами 34). Таким образом, включение индикаторной лампы свидетельствует, что при данном напряженном состоянии объем образца минимальный. Результаты испытаний представляются в виде зависимоетей изменения объема образца от величины осевых и боковых давлений при условии минимального объема образца для каждого напряженного состояния.

При нагружении с поддержанием постоянного объема образца режим работы устанавливается в положении, соответствующем началу увеличения объема образца при одноосном сжатии. После этого выключают из работы фоторезистор 16, электронно-релейный блок 21, реле 22 и реверсивный электродвигатель 23. Далее этот объем образца поддерживается автоматически.

При нагружении с заданным изменением осевой нагрузки и бокового давления отключаются фоторезисторы 15 и 16, а изменение объема фиксируется по шкале 14 гальванометра 11.

Использование изобретения позволяет получить характеристику горных пород: степень разрыхления (дилатапсии) пород в зависимости от напряженного состояния, минимальный объем образца при любом напряженном состоянии, изменение объема образца в процессе его нагружения с непосредственной регистрацией величины объемных деформаций.

Формула изобретения

1. Установка для испытания образцов горных пород при сложном напряженном состоянии, содержащая камеру объемного сжатия образца, источники осевого и бокового давления на образец, тензометры продольных и поперечных деформаций с соответствующими тензорезисторами, мостовую измерительную схему, гальванометр со шкалой, подключенный к мостовой схеме, управляющий фоторезистор, установленный на щкале гальванометра, электронно- релейный блок нагружения с реле включения источника бокового давления, электрически связанный с управляющим фоторезистором, реверсивный электродвигатель для балансировки мостовой схемы и электронно-релейный блок балансировки с реле

включения реверсивного электродвигателя, отличающаяся тем, что, с расширения эксплуатационных возможностей установки путем обеспечения возможности проведения испытаний с регулируемым измене нием объема образца, она снабжена дополнительным фоторезисторо.м, электрически связанным с электронно-релейным блоком балансировки и размещенным на щкале гальванометра симметрично управляющему фоторезистору относительно нуле5 вой отметки шкалы, а тензорезисторы продольных и поперечных деформаций подсоединены одновременно в два соседних плеча мостовой измерительной схемы.

2.Установка по п. I, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности

определения минимального объема образца, она снабжена сигнальным блоком минимального объема образца, электрически связанным с реле включения источника бокового давления и с реле включения ре5 версивного электродвигателя.

3.Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что сигнальный блок минимального объема образца содержит индикаторную лампу и реле включения индикаторной лампы с цепями их питания, цепь

0 питания индикаторной лампы последовательно соединена с нормально разомкнутыми контактами реле включения индикаторной лампы, цепь питания реле включения лампы последовательно соединена с нормально замкнутыми контактами реле вклю5 чения реверсивного двигателя и с нормально разомкнутыми контактами реле включения источника бокового давления, параллельно которым подсоединены нормально разомкнутые контакты реле включения индикаторной лампы.

Изобретение относится к физико- механическим испытаниям горных пород, а именно к установкам для испытания образцов горных пород при сложном (объемном) напряженном состоянии. Цель изобретения - расширение функциональных 4 J , / 1 / возможностей установки путем обеспечения возможности проведения испытаний с регулируемым изменением объема образца - достигается за счет осуществления непосредственного измерения объемной деформации образца 2 при подключении тензоре- зисторов 6 и 7 тензометров продольных 3 и поперечных 4 деформаций к соседним плечам мостовой измерительной схемы 5. Кроме того, установка снабжена дополнительным фоторезистором 16 и сигнальным блоком 24 минимального объема образца. Установка позволяет нагружать образец 2 осевой силой и боковым давлением в камере объемного сжатия 1 и реализовать при этом следующие ре- жи.мы испытаний: нагружение с поддержанием минимального объема образца, нагружение с поддержанием постоянного объема образца и нагружение с изменением объема образца. 2 з. п. ф-лы, 2 ил. & сл 4 to Ю о со 1чЭ