Устройство для испытания горных пород на сжатие Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для испытания горных пород в лабораторных и полевых условиях.

Цель изобретения - повышение точности и снижение трудоемкости испытаний.

На фиг.1 представлено устройство, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство для испытания горных пород на сжатие содержит пуансоны 1 и аксиатор в виде охватывающей пуансоны 1 направляющей обоймы 2 и шарика 3, установленного на одном из пуансонов 1. Торцы 4 пуансонов 1 выполнены плоскими с симметрично расположенными сквозными призматическими пазами. Грани 5 последних выполнены гладкими и имеют угол раскрытия 90°.

Размер поперечного сечения грани 5 выполнен равным радиусу максимального образца 6 (породного керна), подлежащего испытанию.

Торцы 4 пуансонов 1 выполнены в виде горизонтальных ограничивающих опор.

Устройство работает следующим образом.

Изготовленный из пробы горной породы цилиндрический образец 6 в виде породного керна устанавливают между пазами пуансонов 1. Плитами 7 силозадающей установки производят сжатие образца 6 вплоть до разрушения и измеряют предельное разрушающее усилие, что позволяет определить предел прочности горной породы на сжатие.

Os СП

го ел

4

чэ

Поскольку торцы 4 пуансонов 1 выполнены с призматическими пазами, грани 5 которых имеют угол раскрытия 90°, то испытания можно проводить при любом изменении радиуса R образца 6 в пределах L/2 R L , причем схема нагружения образца 6 всегда остается неизменной, что гарантирует высокую воспроизводимость результатов испытаний. Причем даже при наличии некоторой (до 10°) конусности образцов б схема испытания не претерпевает изменений, так как несмотря на изменение диаметра нагружение всегда будет осуществлено в четырех диаметрально противоположных участках образца 6. Это исключает необходимость в трудоемких операциях по точному изготовлению образцов 6 пород, упрощает технологию проведе- ния испытаний за счет использования одного - двух типоразмеров пуансонов 1 (например, для образцов диаметром 32-64 мм и для образцов диаметром 64-128 мм), повышает точность испытаний. Целесообразно размер L грани 5 паза пуансона 1 выполнить равным максимальному радиусу Rmax подлежащего испытанию образца 6 ().

За счет выполнения граней 5 гладкими обеспечивается фиксированное направление нагрузок на образец 6 на участках контакта, близкое к нормальному, что исключает влияние сил трения и повышает точность испытания. Анализ напряженно- деформированного состояния цилиндрического образца 6, подвергнутого сжатию четырех симметрично приложенных сил, показал, что в центре образца 6 действует двухосное напряжение сжатия

ог - а 0 - V2 Р/я RI ; az О , где Or и (70- радиальное и тангенциальное напряжение в плоскости 2 0 нагружения образца 6, Па;

аг напряжения вдоль оси образца 6, Па;

Р - усилие сжатия пуансонов 1 плитами 7, Н;

R - радиус образца 6,

0

5

0

5

0

5

0

5

I - толщина образца 6, мм.

На периферии образца 6 возникают растягивающие тангенциальные напряжения,которые не превышают 10% сжимающих радиальных напряжений, что обеспечивает требуемое по условиям испытания разрушение от сжатия.

Механизм разрушения образца 6 реализуется образованием трещин сдвига в плоскостях 0 Const от главной разности напряжения (7Г-00, а трещины сдвига направлены под углом 45° + р/2 к продольной оси образца 6 ( р- угол внутреннего трения испытываемой породы). Одновременно на участках контакта граней 5 с образцом 6 образуются локализованные зоны смятия в плоскостях Z Const от разности напряжения стг-а©

В ряде случаев, когда предел прочности породы на растяжение меньше 10% прочности породы на сжатие, на периферии образца 6 могут в начальный момент нагружения возникнуть трещины отрыва длиной менее 0,2 R под действием тангенциальных напряжений 70в плоскости r Const. Однако при последующем нагружении эти трещины закрываются и не оказывают влияния на последующий механизм разрушения образца 6 от сжатия. На последней стадии разрушения образца 6 пуансоны 1 начинают контактировать по торцам 4, что указывает на конец испытаний и способствует сохранению граней 5 в рабочем состоянии.

Формула изобретения Устройство для испытания горных пород на сжатие, содержащее пуансон и аксиатор в виде охватывающей пуансоны направляющей обоймы и шарика, установленного на одном из пуансонов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости испытаний, торцы пуансонов выполнены плоскими с симметрично расположенными сквозными призматическими пазами с гладкими гранями, угол раскрытия которых 90°.

J 7

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение точности и снижение трудоемкости испытаний. Пуансоны (П) 1, между которыми размещен образец 5, охватывают аксиатор в виде направляющей обоймы 2 и шарика 3. установленного на одном из П 1. Торцы 4 П 1 выполнены плоскими с симметрично расположенными сквозными призматическими пазами. Грани 5 последних выполнены гладкими и имеют угол раскрытия 90°. Образец 6 в виде породного керна устанавливают между призматическими пазами П 1. Плитами 7 силозадающей установки производят сжатие образца 6 вплоть до разрушения. Измеряют предельное разрушающее усилие. По полученным результатам определяют предел прочности горной породы на сжатие. Устройство исключает необходимость в трудоемких операциях по точному изготовлению образцов пород и упрощает технологию проведения испытаний за счет использования одного-двух типоразмеров П 1. 2 ил. in С

Составитель В.Петрова Редактор Л.Веселовская Техред М.МоргенталКорректор Л.Бескид

-j ) у J 1 V Лin

Фиг. 2