Устройство для моделирования напряженного состояния ледогрунтового ограждения Советский патент 1982 года по МПК E21D1/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕДОГРУНТОВОГО ОГРАЖДЕНИЯ

1

Изобретение относится к лабораторным исследованиям, применяемым при физическом моделировании напряженно-деформированного состояния ледогрунтового ограждения горных .выработок, например подземных хранилищ, шахтных стволов.

Известна термобарокамера для моделирования ледогрунтовых ограждений шахтиых стволов, включающая корпус на поворотной оси, герметизированные крышки со стаканами и теплообменник I.

Недостатком ее является то, что она обеспечивает возможности управления граничными условиями по нагрузке.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для моделирования ледопородного ограждения, включающее цилиндрический корпус, размещенные в нем съемный стакан, нагреватель, смонтированный на внешней поверхности корпуса внутренний теплообменник для замораживания грунта, приспособление для создания радиальной нагрузки, выполненное в виде перфорированной трубы, установленной соосно корпусу внутри его, причем полость между корпусом и перфорированной

трубой заполняют крупнозернистым материалом, например, гравием и подключена к источнику гидростатического давления 2.

Недостатком этого известного устройства является то, что при моделировании напряженного состояния ледогрунтового ограждения невозможно обеспечить управление граничными условиями по нагрузке по высоте модели, в частности при моделировании процесса промерзания переслаивающихся грунтов, например песка и глины,

10 что исключает возможность моделирования переслаиваемых грунтов, в которых формируется различное соотнощение между поровым и эффективным давлениями.

Цель изобретения - повышение точности моделирования.

15

Указанная цель достигается тем, что устройство для моделирования ледогрунтового ограждения, включающее цилиндрический корпус, съемный стакан, нагреватель, внутренний теплообменник для замораживания

20 грунта, приспособление для создания радиальной нагрузки, выполненное в виде перфорированного стакана, установленного соосно корпусу внутри его, а полость между ним и перфорированным стаканом заполнена крупнозернистым материалом и подключена к источнику гидростатического давления, снабжено набором эластичных торовых оболочек, соединенных с источником гидростатического давления с возможностью регулирования давления, по крайней мере, в одной оболочке, расположенных концентрич но корпусу между боковой поверхностью последнего и слоем крупнозернистого материала, а перфорированный стакан выполнен податливым.

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для моделирования напряженного состояния ледогрунтового ограждения состоит из цилиндрического корпуса 1, съемного стакана 2, имитирующего крепь шахтного ствола, нагревателей 3 в виде тепловых колонок, внутреннего теплообменника 4 в виде системы замораживающих колонок, приспособления 5 для создания радиальной нагрузки и эластичных торовых оболочек 6 для создания граничных условий по нагрузке. Приспособление 5 выполнено в виде перфорированного податливого (разрезного или эластичного) стакана 7 и крупнозернистого материала 8, например гравия. Стакан 7 установлен концентрично корпусу I, в полости между ними размещены внешним образом торовые эластичные оболочки 6, а между ними и стаканом 7 - крупнозернистый материал 8.

Для удобства монтажно-демонтажных операций торовые эластичные оболочки 6 могут быть отделены от крупнозернистого материала 8 эластичной сеткой 9. Торовые эластичные оболочки б гидравлически соединены погруппно (или автономно) с источником гидростатического давления (на чертеже на показано) через коллектор 10 и 11 соответственно. Замораживающие колонки теплообменника 4 жестко и герметично связаны с дном 12 корпуса 1, а стакан 2 соединен с возможностью разборки (например с помощью болтов) с крышкой 13 корпуса 1.

Моделирование с помощью предлагаемого устройства включает два этапа - подготовительный и рабочий. Подготовительный этап состоит в следующем. При снятой крышке 13 укладывают послойно увлажненный грунт 14 внутрь стакана 7, установленного в корпусе 1, размещают датчики 15 для контроля температуры и деформации грунта и датчик полного (тотального) давления 16. Когда граница грунта 14 достигает отметки поверхности 17, моделирующей крепь ствола, устанавливают стакан 2 и заполняют увлажненным грунтом стакан 7 до верхнего края. Герметизируют корпус 1 путем закрытия его крыщкой 13 и подключают нагреватель 3, теплообменник 4, коллекторы 10 и 11, а также полость корпуса

1 через патрубок 18 соответственно к системам подачи теплоносителя, хладагента if автономным источникам гидростатического давления.

Рабочий этап моделирования состоит в следующем.

Подают жидкость (воду) 19 и 20 необходимого давления и температуры в торовые оболочки 6 соответственно через коллекторы 10 и 11 и воду 21 в полость корпуса 1 через патрубок 18. Фиксируя полное давление датчиком 16 и гидростатическое давление воды 21, производят перераспределение давления между скелетом грунта и водой с помощью торовых оболочек 6, которые при своем расширении обеспечивают создание требуемой плотности грунта. Подачей хладоагента 22 в систему замораживающих колонок 4 создают ледогрунтовое ограждение 23, одновременно в систему тепловых колонок 3 подводят теплоноситель 24, обеспечивающий формирование внешнего контура 25 ледогрунтового ограждения 23.

Предлагаемое устройство обеспечивает необходимое соотношение между поровым и эффективным давлениями разнородных напластований грунтов как в процессе их замораживания, так и оттаивания. Кроме того, устройство позволяет создавать по высоте модели, а также в плане заданные градиенты положительных и отрицательных температур. Это повышает достоверность моделирования взаимосвязанных термомеханических процессов в промерзающих и оттаивающих ледогрунтовых ограждениях. Повышение достоверности результатов исследований и расширение объема получаемой информации позволит более эффективно создавать дорогостоящие ледогрунтовые ограждения подземных сооружений.

Формула изобретения

Устройство для моделирования напряженного состояния ледогрунтового ограждения, включающее цилиндрический корпус, раз-мещенные в нем съемный стакан, нагреватель, внутренний теплообменник для замораживания грунта, приспособление для создания радиальной нагрузки, выполненное в виде перфорированного стакана, установленного соосно корпусу внутри его, а полость между ним и перфорированным стаканом заполнена крупнозернистым материалом и подключена к источнику гидростатического давления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, оно снабжено набором эластичных торовых оболочек соединенных с источником гидростатического давления с возможностью регулирования давления, по крайней мере, в одной оболочке, при этом оболочки р.асположены концентрично корпусу между боко