Способ физического моделирования гравитационных смещений массивов горных пород Советский патент 1989 года по МПК E21C41/06 

I

Изобретение относится к горному делу и инженерной геологии и может быть использовано при проектировании открытых разработок месторождений полезных ископаемых, а также гидротехнических сооружений.

Цель изобретения - повышение точ- ности моделирования явления снижения сопротивления гравитационному смеще нию масс горных пород путем регулирования величины силы трения модельных материалов о поверхность скольжения и снижение стоимости испытаний за счет многократного использования эквивалентных материалов.

На фиг.1 показан лоток для исследования зависимости сопротивления трения материал а от температуры поверхности скольжения; на фиг.2 - зависимости S (Т) и Sro(); на фигяЗ - зависимость pfM (Т) .

Способ осуществляют следующим образом.

Из алюминиевых листов (пластин) изготавливают модель склона, воспроизводящую в выбранном геометрическом масштабе рельеф поверхности скольжения . К тыльной стороне пластин крепят нагревательные элементы и блок питания, которые обеспечивают заданный температурный режим поверхности скольжения модели,

С учетом необходимости обеспечени изменчивости трения модельных обломочных материалов по контактной поверхности, в зависимости от величин действующих нормальных напряжений и от масштаба моделирования подбирают и изготавливают искусственные материалы для моделирования механических свойств обломочных скальных пород. В качестве модельного материала, из которого в модели формируют обрушающий массив, выбран, например, композит, представляющий собой навеску чугунной дроби (диаметр дроби 0,4-1,0 мм) в парафиновой оболочке в виде комков (гранул) произвольной формы с характерными размерами (10- 20 мм и плотностью 2,0-2,5 г/см3). Такой композит обеспечивает возмож-1 ность деформирования и частичного плавления внешней парафиновой оболочки гранул при контакте с нагретой поверхностью модели при сохранении целостности элементарной единицы модельного материала.

Для выяснения диапазона значений Удельной силы трения натурных материалов Ъхц, которые можно моделировать предлагаемым способом, на лотке (фиг.1) исследуется зависимость сопротивления трения модельного материала от температуры поверхности скольжения.

1 С этой целью при различных температурах Т поверхности лотка осуществляют сброс массы обломков композитного материала и измеряется получаемая при этом дальность распространения модельных масс S $ (ко- ордината фронта отложений). Наряду с этим проводят математическое моделирование этого процесса, позволяющее выявить зависимость дальности распространения модельных масс от

5

0

5

0

величины . Сопоставление расчетных и экспериментальных дальностей распространения позволяет установить соответствие между значениями U , реализующимися в экспериментах, и температурой поверхности скольжения. Изменение фрикционных характеристик выбранного модельного материала наблюдается лишь в диапазоне температур от 40 до 85°С, при этом с ростом температуры м монотонно падает от значения 2, кг/см2 при Т 40° С, до 7x10-4 кг/см2 при Т 85°С (фиг.З). Соответствие между модельными и натурными значениями Устанавливается формулой

- « Р1 Рм

где ,0160 кг.с4/смф- средняя плотность модельной обломочной массы; ,0200 кг-с /см - типичная средняя плотность обломочной массы горной породы в натуре; A lw/ln - геометрический масштаб моделирования, в связи с чем пересчет модельных значений в натурные осуществляют из выражения

5

0

5

0

5

О - li.25 i

Чен-д - 1+м

Испытания начинают с включения электрической цепи и нагрева поверхности модели до заданного интервала температур (время нагрева составляет 7-10 мин). Затем подобранный эквивалентный материал загружают при зафиксированной крышке затворного устройства в оползневую нишу модели. После этого с помощью спускового механизма открывают крышку затворного устройства, и освободившаяся масса .обломков устремляется вниз по склону и заполняет пониженные участки рельефа модели, стабилизируясь в зависимости от температуры нагрева поверхности на различном удалении от подножия склона.

По найденному значению м устанавливают с помощью графика на фиг.З соответствующую температуру поверхности модели и при этой температуре определяют диапазон- масштаба моделирования для условий объемной модели, которую изготавливают в масштабе указанного диапазона.

51481

В процессе экспериментов измеряют среднюю скорость смещения модельных обломочных масс V, на горизонтальном участке. Измерения выполняют посредством фиксации моментов прохождения фронтом модельного обвала выбранных точек.

Формула изобретения

Способ физического моделирования гравитационных смещений массивов горных пород, включающий изготовление модели склона с рельефной поверхностью скольжения и смещаемым массивом из гранулированного материала, определение предельного значения силы трения смещаемого материала по поверхности скольжения модели в условиях объемного напряженного состоя- ния и смещения гранулированного материала по поверхности скольжения, о т- личающий ея тем, что, с целью повышения точности моделирования явления снижения сопротивления гравитационному смещению масс горных пород путем регулирования величины

5

о

5

4076

силы трения модельных материалов о поверхность скольжения и снижения стоимости испытаний за счет многократного использования эквивалентных материалов, смещаемый массив изготовляют из термопластичного материала, перед определением предельного значения силы трения в условиях объемного напряженного состояния устанавливают дальность перемещения материала в условиях плоского напряженного состояния и нагревания поверхности скольжения плоской модели, определяют для указанной модели диапазон предельных значений силы трения по ее зависимости от температуры поверхности скольжения и диапазон масштаба моделирования для условий объемной модели, которую изготавливают в масштабе указанного диапазона, и после определения температуры поверхности скольжения объемной модели производят смещение модельного материала при установленной температуре поверхности скольжения .

Изобретение относится к способам физического моделирования с использованием эквивалентных материалов (М). Цель изобретения - повышение точности моделирования явления снижения сопротивления гравитационному смещению масс горных пород путем регулирования величины силы трения модельных М о поверхность скольжения и снижение стоимости испытаний за счет многократного использования эквивалентных М. Модель склона изготовляют с рельефной поверхностью скольжения и смещаемым массивом из гранулированного термопластичного М. Перед определением предельного значения силы трения в условиях объемного напряженного состояния устанавливают дальность перемещения М в условиях плоского напряженного состояния и нагревания поверхности скольжения плоской модели. Затем в условиях объемного напряженного состояния определяют две модели диапазон предельных значений силы трения и смещения М по поверхности скольжения модели. Диапазон значений сил трения находят в зависимости от температуры поверхности скольжения. Диапазон масштаба моделирования определяют для условий объемной модели, которую изготовляют в масштабе указанного диапазона. После определения температуры поверхности скольжения объемной модели производят смещение модельного М при установленной температуре поверхности скольжения. 3 ил.

Н0 6СМ

Фи9,1

1481407

J

а и to 90

J

r/CMt J

гЧр